BRPI0804554A2 - automated charcoal production process and equipment with continuous weight and temperature monitoring - Google Patents
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Abstract
O objeto da presente Patente de Invenção consiste em uma tecnologia de produção automatizada de carvão vegetal, representada por um processo e seus respectivos equipamentos, baseados em fornos metálicos, sendo que o conjunto permite operação contínua ou em batelada, com ou sem aproveitamento dos gases combustíveis gerados no processo de carbonização. Os gases combustíveis, gerados pelo processo de carbonização de biomassa, podem ser encaminhados para queima em uma fornalha acoplada ao forno metálico, na qual ocorre a combustão dos mesmos, gerando gases quentes, com temperaturas superiores a 800<198>C. Estes gases quentes podem ser utilizados nas várias fases do processo de carbonização, como pré-secagem, secagem, pré-carbonização e/ou carbonização de biomassa, ou em um segundo processo térmico, como na secagem de produtos orgânicos ou inorgânicos, na geração de vapor, operações de aquecimento, troca térmica, processos metalúrgicos, etc. A presente Patente de Invenção - "PROCESSO E EQUIPAMENTO AUTOMATIZADO DE PRODUçãO DE CARVãO VEGETAL, COM MONITORAMENTO CONTìNUO DE PESO E TEMPERATURA", é solução para os cinco probiemas cruciais e inseparáveis do processo de carbonização executado em fornos convencionais de alvenaria, porque possibilita: 1 - operação mecanizada com controle e automação do processo; 2 - recuperação de praticamente 100<sym> da energia contida na madeira enquanto viva ou verde, 3 - maior qualidade no produto - carvão vegetal - uma vez que o processo pode ser controlado de forma automatizada e contínua, 4 - produção de forma continua pela alternância das etapas do processo de forma seqúencial e com tempos determinados, 5 - maior produtividade de carvão, isto em maior produção de carvão, em menor tempo, pelo mesmo equipamento, pela redução dos tempos de cada etapa do processo.The object of the present invention is an automated charcoal production technology, represented by a process and its respective equipment, based on metallic furnaces. generated in the carbonization process. The combustible gases, generated by the biomass carbonization process, can be sent for burning in a furnace coupled to the metal furnace, in which the combustion occurs, generating hot gases, with temperatures above 800 <198> C. These hot gases can be used at various stages of the carbonization process, such as pre-drying, drying, pre-carbonization and / or biomass carbonization, or in a second thermal process, such as drying organic or inorganic products, generating steam, heating operations, heat exchange, metallurgical processes, etc. The present invention patent - "AUTOMATED VEGETABLE COAL PRODUCTION PROCESS AND EQUIPMENT WITH WEIGHT AND TEMPERATURE MONITORING", is a solution to the five crucial and inseparable problems of the carbonization process carried out in conventional masonry kilns, because it enables: 1 - mechanized operation with process control and automation; 2 - recovery of virtually 100 <sym> of the energy contained in wood while alive or green, 3 - higher product quality - charcoal - since the process can be controlled automatically and continuously, 4 - continuous production by alternation of process steps sequentially and at certain times, 5 - higher coal productivity, this means higher coal production, in less time, by the same equipment, by reducing the times of each process step.
Description
"PROCESSO E EQUIPAMENTO AUTOMATIZADO DE PRODUÇÃO DECARVÃO VEGETAL, COM MONITORAMENTO CONTÍNUO DE PESO ETEMPERATURA"."AUTOMATED VEGETABLE DECARVEN PRODUCTION PROCESS AND EQUIPMENT WITH WEATHER AND WEATHER MONITORING".
Campos desta Patente.Fields of this Patent.
Carbonização de biomassa.Carbonization of biomass.
Automação em carbonização de biomassa.Automation in biomass carbonization.
Qualidade e padronização em produção de carvão de biomassa.Quality and standardization in biomass coal production.
Economia em carbonização de biomassa.Economy in carbonization of biomass.
Proteção ambiental em produção de carvão de biomassa.Environmental protection in biomass coal production.
Higiene do Trabalho em produção de carvão de biomassa.Work Hygiene in biomass coal production.
Benefícios técnicos, econômicos e sociais do objeto desta Patente.Technical, economic and social benefits of the subject matter of this Patent.
O objeto da presente Patente de Invenção consiste em uma tecnologia deprodução automatizada de carvão vegetal, representada por um processo eseus respectivos equipamentos, baseados em fornos metálicos, sendo que oconjunto permite operação contínua ou em batelada, com ou semaproveitamento dos gases combustíveis gerados no processo de carbonização.The object of the present invention patent is an automated charcoal production technology, represented by a process and its equipment, based on metallic furnaces, which together allows continuous or batch operation, with or the use of combustible gases generated in the process. carbonization.
Os gases combustíveis, gerados pelo processo de carbonização de biomassa,podem ser encaminhados para queima em uma fornalha acoplada ao fornometálico, na qual ocorre a combustão dos mesmos, gerando gases quentes,com temperaturas superiores a 800°C.The combustible gases generated by the biomass carbonization process can be sent for burning in a furnace coupled to the furnace, in which the combustion occurs, generating hot gases, with temperatures above 800 ° C.
Estes gases quentes podem ser utilizados nas várias fases do processo decarbonização, como pré-secagem, secagem, pré-carbonização e/oucarbonização de biomassa, ou em um segundo processo térmico, como nasecagem de produtos orgânicos ou inorgânicos, na geração de vapor,operações de aquecimento, troca térmica, processos metalúrgicos, etc.These hot gases can be used in various stages of the carbonization process, such as pre-drying, drying, pre-carbonization and / or carbonization of biomass, or in a second thermal process, such as drying organic or inorganic products, steam generation, heating, heat exchange, metallurgical processes, etc.
É de grande valor econômico e técnico o fato de que o objeto desta Patentepermite utilizar - no próprio processo de carbonização - os gases combustíveisgerados no processo de carbonização, ou seja, utilizar a energia térmicaoriunda da combustão de tais gases para processar a carbonização durantesua etapa endotérmica, com grandes vantagens técnicas, econômicas e deproteção ambiental.It is of great economic and technical value that the object of this patent allows to use - in the carbonization process itself - the combustible gases generated in the carbonization process, that is, to use the thermal energy derived from the combustion of such gases to process the carbonization during its endothermic stage. , with great technical, economic and environmental protection advantages.
Estado da técnica.State of the art.
Anualmente, mais de dez milhões de toneladas de carvão são produzidas econsumidas no Brasil e, desse total, aproximadamente 60% são produzidoscom madeira de eucalipto proveniente de reflorestamento. Cerca de 70% dascarvoarias industriais brasileiras trabalha com fornos de alvenaria tradicionaisque não possuem sistema de aproveitamento da energia liberada durante aetapa exotérmica do processo, ou seja, após a secagem da madeira. Essesfornos não permitem que seja feito um controle das propriedades do carvãoproduzido, uma vez que tal controle é feito apenas visualmente pelos operários,que controlam a carbonização tendo como parâmetro a coloração, dosefluentes em estado gasoso e ou de vapor, isto é, das fumaças que sãoliberadas diretamente para o meio ambiente.Annually, more than ten million tons of coal are produced and consumed in Brazil, and of this total, approximately 60% are produced with eucalyptus wood from reforestation. About 70% of Brazilian industrial charcoal works with traditional masonry ovens that do not have a system to harness the energy released during the exothermic process stage, that is, after drying the wood. These furnaces do not allow a control of the properties of the charcoal produced, since such control is done only visually by the workers, who control the carbonization as a parameter to the coloration, the gaseous or vapor effluents, that is, the smoke that are released directly to the environment.
A decomposição térmica da biomassa lenhosa apresenta duas etapasprincipais e distintas: a primeira consiste na secagem da madeira - etapaendotérmica - e a segunda consiste na liberação de compostos voláteis, quepossuem poder calorífico relativamente alto, isto é, na carbonizaçãopropriamente dita, que é uma etapa exotérmica.The thermal decomposition of the woody biomass presents two main and distinct stages: the first one consists in the drying of the wood - endothermic stage - and the second one consists in the release of volatile compounds, which have relatively high calorific power, that is, in the proper carbonization, which is an exothermic stage. .
A biomassa - que para o caso deste Relatório de Patente se referirá, porsimplicidade de descrição apenas à lenha - apresenta, logo após o corte, cercade 50% de umidade na forma de água não ligada ou água livre eaproximadamente 10% de água de composição, ou seja, na forma de umasolução de compostos, como alcatrão solúvel, ácido acético, entre outros. Aesta solução, dá-se o nome de licor pirolenhoso.Biomass - which in the case of this Patent Report will refer, for simplicity of description only to firewood - presents, after cutting, around 50% moisture in the form of unbound or free water and approximately 10% of composition water, that is, in the form of a solution of compounds such as soluble tar, acetic acid, among others. This solution is called pyroligneous liquor.
Após a eliminação de toda a água livre, ou umidade da lenha, a madeira passaa ter em média a seguinte composição, em peso: 35% de licor pirolenhoso,33% que será transformado em carvão, 25% de gases não condensáveis e 7%de alcatrão insolúvel.After eliminating all free water, or wood moisture, the wood will average the following composition by weight: 35% pyroligneous liquor, 33% coal, 25% non-condensable gas and 7% of insoluble tar.
Após a secagem, durante a etapa exotérmica, a carbonização é um processoauto-sustentável, ou seja, não há necessidade de injeção de energia paracontinuação do processo. Nesta etapa, que dura, aproximadamente, 30 a 50%de todo o ciclo da carbonização, ocorre a geração e eliminação dos gases nãocondensáveis, monóxido e dióxido de carbono, hidrogênio, além de ácidoacético, metanol, alcatrão solúvel, entre outros.After drying, during the exothermic step, carbonization is a self-sustaining process, ie there is no need for energy injection to continue the process. In this phase, which lasts approximately 30 to 50% of the entire carbonization cycle, the generation and elimination of non-condensable gases, carbon monoxide and dioxide, hydrogen, as well as acetic acid, methanol, soluble tar, among others, occur.
Parte das fumaças originadas do leito de pirólise ou carbonização da biomassapode ser condensada, originando o licor pirolenhoso que, depois de decantado,se separa em duas fases: uma fase aquosa contendo álcoois, cetonas e outroscompostos voláteis de baixo peso molecular e uma fase oleosa denominadaalcatrão vegetal, que se compõe de água, creosoto (mistura de fenóis voláteis)e piche polimérico.Part of the fumes originating from the pyrolysis or carbonization bed of the biomass can be condensed to the pyroligneous liquor which, after decanting, separates into two phases: an aqueous phase containing alcohols, ketones and other low molecular weight volatile compounds and an oil phase called tar. vegetable, which is composed of water, creosote (mixture of volatile phenols) and polymeric tar.
Mais de 400 compostos foram identificados no alcatrão da madeira e, algunsdeles, tais como os hidrocarbonetos poliaromáticos podem causar forte impactoambiental e à saúde ocupacional.More than 400 compounds have been identified in the wood tar, and some of them, such as polyaromatic hydrocarbons can have a strong environmental and occupational health impact.
Em média, a composição química dos gases é a seguinte: 32% CO2, 19%CO,5% CH4, 1% H2, - que, juntos formam a fração não condensavel - e, 4%metanol, 11% ácido acético e 27% de alcatrão, que correspondem à fraçãocondensavel. Destes compostos, com exceção do dióxido de carbono, todos osdemais são combustíveis e apresentam poder calorífico entre 1.000 a 5.000kcal/Nm3.On average, the chemical composition of the gases is as follows: 32% CO2, 19% CO, 5% CH4, 1% H2 - which together form the non-condensable fraction - 4% methanol, 11% acetic acid and 27%. % of tar, corresponding to the condensable fraction. Of these compounds, with the exception of carbon dioxide, all the others are combustible and have calorific power between 1,000 to 5,000kcal / Nm3.
O lançamento na atmosfera destes compostos combustíveis, ou o seu nãoaproveitamento por qualquer forma, corresponde em média, à não recuperaçãode energia da ordem de 1Gcal por tonelada de madeira.The release of these combustible compounds into the atmosphere, or their non-utilization in any form, corresponds on average to the non-recovery of energy of the order of 1Gcal per ton of wood.
Esta energia representa mais de 40% de toda a energia contida na madeirasignificando, portanto, um desperdício energético de igual ordem de grandeza.This energy represents more than 40% of all the energy contained in the wood, thus signifying an energy waste of equal order of magnitude.
Embora, como já dissemos acima, a maior parte do carvoejamento exercido noBrasil lança na atmosfera as frações voláteis do processo, mas é sabido, hámuito tempo, que a utilização desses gases e vapores combustíveisprovenientes da carbonização como fonte de energia para processossecundários apresenta as seguintes vantagens operacionais, ambientais e desegurança:- permite o contato direto dos produtos da combustão do gás com acarga/biomassa a ser aquecida, com redução no consumo de energia,necessária para a etapa de secagem da biomassa,Although, as we said above, most coal mining in Brazil throws volatile fractions into the atmosphere, but it has long been known that the use of these combustible gases and vapors from carbonization as a source of energy for secondary processes has the following advantages. operational, environmental and unsafe: - allows direct contact of the gas combustion products with the charge / biomass to be heated, with reduction in energy consumption, necessary for the biomass drying step,
- eliminação do CH4, gás metano, dos gases gerados, com enormes ganhosambientais, uma vez que o metano, apresenta efeito estufa vinte e uma vezessuperior ao dióxido de carbono, C02,- the elimination of CH4, methane gas, from the generated gases, with huge environmental gains, since methane has a greenhouse effect twenty-one times higher than carbon dioxide, CO2,
- facilidade de ignição, mesmo com a câmara de combustão fria,- ease of ignition even with cold combustion chamber,
- necessidade de baixo nível de excesso de ar de combustão, otimizando o usoda energia e reduzindo a formação de óxidos de nitrogênio (Nox),- need for low level of excess combustion air, optimizing energy use and reducing the formation of nitrogen oxides (Nox),
- evita a contaminação do meio ambiente, uma vez que não há emissão depoluentes, como fuligem, óxidos de enxofre, vanádio, sódio, aldeídos, chumboetc, como ocorre com combustíveis líquidos e sólidos,- avoids contamination of the environment as there is no emission of pollutants such as soot, sulfur oxides, vanadium, sodium, aldehydes, lead etc. as with liquid and solid fuels,
- otimização da taxa de aproveitamento energético da madeira, evitandodesperdícios ou perda de energia para o ambiente,- optimization of the energy utilization rate of wood, avoiding waste or energy loss to the environment,
- otimização na produtividade do carvão, uma vez que as etapas endotérmica eexotermica são realizadas de forma independente, reduzindo ou evitando oconsumo de lenha para a etapa de secagem,- optimization of coal productivity, since the endothermic and exothermic stages are carried out independently, reducing or avoiding the consumption of wood for the drying step,
- possível redução do custo da lenha ou biomassa plantada, pelo aumento nofator de conversão biomassa-carvão,- possible reduction in the cost of firewood or planted biomass by increasing the biomass-coal conversion factor,
- aproveitamento ou recuperação da energia contida na lenha, na forma degases condensáveis e não condensáveis,- harnessing or recovering the energy contained in the wood in the form of condensable and non-condensable degasses,
Além da perda energética, outra perda importante e significativa consiste nobaixo rendimento gravimétrico obtido nos fornos tradicionais de alvenaria.In addition to energy loss, another important and significant loss is the low gravimetric yield obtained in traditional masonry kilns.
Nestes fornos, o processo de carbonização ocorre com um único controle,sendo este controle somente visual. Ou seja, o processo se inicia após igniçãopromovida pelo carbonizador e em seguida progride por si só, sofrendo novaintervenção somente ao final do processo, quando o carbonizador percebe oudefine pela coloração da fumaça que o processo está concluído.In these furnaces, the carbonization process occurs with a single control, this control being visual only. That is, the process starts after ignition promoted by the carbonizer and then progresses by itself, undergoing the new intervention only at the end of the process, when the carbonizer perceives or defines by the coloration of smoke that the process is completed.
Este controle visual está sujeito a inúmeras falhas como:- variação individual da qualidade visual,This visual control is subject to numerous flaws such as: - individual variation of visual quality,
- parecer subjetivo sem possibilidade de quantificação,- appear subjective without possibility of quantification,
- impossibilidade de avaliação percentual ou numérica do operador e de suaferramenta de trabalho,- impossibility of percentage or numerical assessment of the operator and of his work tool,
- interferência da avaliação pela radiação solar do dia e/ou do período emobservação, ou mesmo pelas condições climáticas,- interference of the assessment by solar radiation of the day and / or observation period or even by weather conditions,
- processo de difícil sistematização,- difficult to systematize process,
A operação de fornos convencionais de carbonização de biomassa por controlevisual e subjetivo interfere de forma significativa na eficiência do processo,cujos resultados gravimétricos de rendimento - peso de carvão seco portonelada de lenha seca - é da ordem de apenas da 25%, isto é, obtém-se, poreste tipo de processo, apenas uma tonelada de carvão seco para cada quatrotoneladas de lenha seca.The operation of conventional biomass carbonization furnaces by visual and subjective control significantly interferes with the process efficiency, whose gravimetric results of yield - dry weight of dry wood portoneled coal - are of the order of only 25%, that is, obtain In this type of process, only one tonne of dry coal is used for every four tonnes of dry wood.
Este é o Estado da Técnica exercido na prática de carvoejamento: - rendimentode apenas uma tonelada de carvão seco para cada quatro toneladas demadeira seca, lançamento na atmosfera dos vapores e gases combustíveiscom perda de 1 Gcal por tonelada de madeira carbonizada.This is the state of the art practiced in charcoal practice: - yielding only one tonne of dry coal for every four tons of drywood, release into the atmosphere of vapors and combustible gases with loss of 1 Gcal per tonne of charred wood.
Avanços no Estado da Técnica trazidos pelo objeto desta Patente.Advances in the state of the art brought by the subject matter of this patent.
Esses valores, acima apresentados como Estado da Técnica, representamuma perda em torno de 32% de lenha, isto é, para cada tonelada de carvãoproduzido nos fornos tradicionais de alvenaria, consomem-se quatro toneladasde lenha e, com os fornos, objeto desta Patente - que doravantedenominaremos, para facilidade textual simplesmente como "FornosContainers", que são metálicos e não de alvenaria, para cada tonelada decarvão produzido consome-se apenas três toneladas de lenha.These figures, presented above as State of the Art, represent a loss of around 32% of wood, that is, for each ton of coal produced in traditional masonry ovens, four tons of wood are consumed and, with the ovens, object of this Patent - which we will henceforth call, for textual ease simply as "OvensContainers", which are metallic and not masonry, for every ton of charcoal produced consumes only three tons of firewood.
Vê-se, então, que o rendimento gravimétrico dos "Fornos Containers", gira emtorno de 33%, isto é, consegue-se obter uma tonelada de carvão vegetal secopara cada três toneladas de lenha seca, ou seja, os "Fornos Containers" são,pelo menos, 33,3% mais eficientes que os fornos convencionais.A este elevado rendimento gravimétrico atingido pelos "Fornos Containers",somam-se as elevadas produtividade e qualidade que serão descritasoportunamente, que se devem, fundamentalmente, à possibilidade de queneles, o processo de carbonização de biomassa pode ser executado de formacontrolada e automatizada.The gravimetric yield of the "Container Ovens" is now around 33%, that is, one tonne of charcoal can be obtained for every three tons of dry firewood, ie the "Container Ovens". are at least 33.3% more efficient than conventional ovens. To this high gravimetric efficiency achieved by the "Container Ovens", we add the high productivity and quality that will be described in a short time, which is mainly due to the possibility that , the biomass carbonization process can be performed in a controlled and automated manner.
Além destas significativas vantagens econômicas de produtividade e economiade energia e insumos, os "Fornos Containers" são ecologicamente corretos, emtodas as fases técnicas, sociais e econômicas do uso de biomassa.In addition to these significant economic advantages of productivity and energy and input savings, "Container Ovens" are environmentally friendly in all technical, social and economic phases of biomass use.
Descrição e funcionamento do "PROCESSO E EQUIPAMENTOAUTOMATIZADO DE PRODUÇÃO DE CARVÃO VEGETAL, COMMONITORAMENTO CONTÍNUO DE PESO E TEMPERATURA", objeto destaPatente.DESCRIPTION AND OPERATION OF THE "AUTOMATED VEGETABLE COAL PRODUCTION PROCESS AND EQUIPMENT, CONTINUOUS WEIGHT AND TEMPERATURE COMMITMENT", PURPOSE.
A presente Patente de Invenção - "PROCESSO E EQUIPAMENTOAUTOMATIZADO DE PRODUÇÃO DE CARVÃO VEGETAL, COMMONITORAMENTO CONTÍNUO DE PESO E TEMPERATURA", doravantetambém referido apenas como "Fornos Containers", para simplicidade do texto- é solução para os cinco problemas cruciais e inseparáveis do processo decarbonização executado em fornos convencionais de alvenaria, porquepossibilita:This Patent - "AUTOMATED VEGETABLE COAL PRODUCTION PROCESS AND EQUIPMENT, CONTINUOUS WEIGHT AND TEMPERATURE COMMITMENT", hereinafter referred to only as "Container Ovens", for simplicity of text - is a solution to the five crucial and inseparable problems of the decarbonization process. executed in conventional masonry ovens, because it enables:
1 - operação mecanizada com controle e automação do processo;1 - mechanized operation with process control and automation;
2 - recuperação de praticamente 100% da energia contida na madeiraenquanto viva ou verde,2 - recovery of virtually 100% of the energy contained in wood while living or green,
3 - maior qualidade no produto - carvão vegetal - uma vez que o processo podeser controlado de forma automatizada e contínua,3 - higher product quality - charcoal - since the process can be controlled automatically and continuously,
4 - produção de forma contínua pela alternância das etapas do processo deforma seqüencial e com tempos determinados,4 - production continuously by alternating the process steps sequentially and with determined times,
5 - maior produtividade de carvão, isto em maior produção de carvão, emmenor tempo, pelo mesmo equipamento, pela redução dos tempos de cadaetapa do processo.Com o emprego do "PROCESSO E EQUIPAMENTO AUTOMATIZADO DEPRODUÇÃO DE CARVÃO VEGETAL, COM MONITORAMENTO CONTÍNUODE PESO E TEMPERATURA", objeto desta Patente, a carbonização damadeira pode ser executada de forma contínua ou semi-contínua, em tempobastante reduzido em relação ao processo convencional em fornos dealvenaria, cujo período de carbonização compreende em média de 10 a 15dias.5 - higher coal productivity, this means higher coal production, less time, by the same equipment, by reducing the times of each process step.With the use of "AUTOMATED VEGETABLE COAL PROCESSING AND EQUIPMENT, WITH CONTINUOUS MONITORING WEIGHT AND TEMPERATURE ", as object of this Patent, the carbonization of the wood can be performed continuously or semi-continuously, in a very short time compared to the conventional process in steel furnaces, whose carbonization period comprises on average 10 to 15 days.
O processo de carbonização nos "Fornos Containers", objeto desta Patente,semi-contínuo ou contínuo, permite grande redução no tempo do ciclo econsiste, dentre outros aspectos técnicos, significativos, descritos a seguir, emse carbonizar a madeira sob leve pressão negativa, obtida pela sucção -exercida por um exaustor - dos gases e vapores gerados durante o processo.The carbonization process in the "Container Ovens", object of this patent, semi-continuous or continuous, allows a great reduction in the cycle time and consists, among other significant technical aspects, described below, to carbonize the wood under slight negative pressure, obtained. by the suction - exerted by an exhaust - of the gases and vapors generated during the process.
A operação do processo de carbonização em condições de baixa pressãoconduz à formação de um fluxo gasoso, responsável pelo arraste dos gases evapores gerados, com aumento da velocidade de saída dos mesmos. Dessaforma, o ciclo total de carbonização passa a ter um período de duração inferiora 24 horas, tendo a etapa de carbonização um tempo inferior a 8 horas.The operation of the carbonization process in low pressure conditions leads to the formation of a gaseous flow, responsible for the dragging of the generated evaporative gases, with increase of their exit velocity. Thus, the total carbonization cycle has a duration of less than 24 hours, and the carbonization stage has a time of less than 8 hours.
A carbonização contínua ocorre em ciclos, ou repetições dos 5 estágios, queocorrem de forma simultânea, a partir da seguinte seqüência:Continuous carbonization occurs in cycles, or repetitions of the 5 stages, which occur simultaneously from the following sequence:
1 - carregamento,1 - loading,
2 - pré-secagem, secagem, torrefação ou pré-carbonização,2 - pre-drying, drying, roasting or pre-carbonization,
3 - carbonização,3 - carbonization,
4 - resfriamento,4 - cooling,
5 - descarregamento.5 - unloading.
O tempo máximo de cada etapa é de 8 horas, o que permite a condução de 3ciclos diários, para cada conjunto de 4 fornos. Para biomassas consistentes delenha fina, galhada, capim, etc, o tempo médio de carbonização é inferior a 4horas, o que permite a condução de pelo menos 6 corridas por dia.Para que o processo ocorra de forma contínua, com produção em grandeescala, pode-se multiplicar esta unidade de processo, constituída por 4 fornos,por múltiplos de 4, como 8, 12, 16, 20, 24 fornos, etc.The maximum time of each step is 8 hours, allowing the conduction of 3 cycles daily for each set of 4 ovens. For consistent biomass of thinwood, antlers, grass, etc., the average carbonization time is less than 4 hours, which allows at least 6 runs per day to be conducted. For the process to take place continuously, with large scale production, multiply this process unit consisting of 4 ovens by multiples of 4 such as 8, 12, 16, 20, 24 ovens, etc.
Outro lay-out possível para a condução de ciclos contínuos, consiste eminstalar "n" baterias de fornos para cada etapa do processo, estando estasbaterias conectadas por fornalhas intermediárias. Ou seja, uma bateria defornos fornece gases combustíveis provenientes da carbonização para uma ouquantas fornalhas forem necessárias, estas geram gases quentes que sãoconduzidos para outra bateria de fornos para serem carbonizados, que geramgases combustíveis para uma segunda bateria de fornalhas, destas sãoconduzidos gases quentes para uma terceira bateria de fornos e assimsucessivamente até que se atinja a produção pretendida.Another possible layout for conducting continuous cycles is to install "n" oven batteries for each step of the process, these batteries being connected by intermediate furnaces. That is, an oven-shaped battery supplies carbonized combustible gases to one or as many furnaces as necessary. These generate hot gases which are driven to another furnace battery to be charred, which generate combustible gases to a second furnace battery, from which hot gases are carried to a second furnace. third batch of furnaces and so on until the desired production is achieved.
Na seqüência anteriormente descrita, existe sempre uma bateria de fornossendo carregados com biomassa e, na seqüência, existe sempre outra bateriade fornos em processo de resfriamento para posterior descarregamento.In the sequence previously described, there is always a battery of furnaces being charged with biomass and, in the sequence, there is always another battery of furnaces in cooling process for subsequent discharge.
Pode-se ainda disponibilizar os gases combustíveis gerados na primeira bateriade fornos para serem inseridos em uma segunda bateria de fornos diretamente,ou seja, sem passagem e combustão nas fornalhas. O potencial energéticodestes gases da primeira batelada fornecerá energia suficiente para prover aenergia necessária na etapa endotérmica do processo de carbonização dosfornos da segunda batelada e assim sucessivamente.It is also possible to make available the combustible gases generated in the first furnace battery to be inserted into a second furnace battery directly, ie without passage and combustion in the furnaces. The energetic potential of these first batch gases will provide sufficient energy to provide the necessary energy in the endothermic step of the second batch furnace carbonization process and so on.
A energia contida nos gases provenientes do processo de carbonização de 1tonelada de lenha com umidade em torno de 20%, é suficiente para secar estaumidade e ainda ter um excedente de energia, em torno de 70% da energiainicial.The energy contained in the gases from the carbonization process of 1 ton of wood with humidity around 20%, is enough to dry this humidity and still have a surplus of energy, around 70% of the initial energy.
Como já mencionado anteriormente, no caso de se optar pela combustão dosgases em fornalhas, os gases quentes gerados podem ser aproveitados nasecagem, pré-secagem, pré-carbonização e/ou carbonização da biomassacontida em outros fornos.Os "Fornos Containers" podem ser construídos em várias dimensões eformatos, com seções horizontais retangulares, quadradas, circulares ouquaisquer outras.As already mentioned, if the combustion of the gases in furnaces is chosen, the hot gases generated can be used in the drying, pre-drying, pre-carbonization and / or carbonization of the biomass contained in other ovens. The "Container Ovens" can be built. in various dimensions and shapes, with rectangular, square, circular or any other horizontal sections.
Para que o processo de carbonização de biomassa se desenvolva de formamecanizada e automatizada, os "Fornos Containers" dispõem de aberturas oufuros laterais em suas superfícies, os quais podem também, estar presentesem seus topos ou bases, aberturas estas que se destinam a permitir a entradade ar de processo.In order for the biomass carbonization process to develop in a mechanized and automated manner, the "Container Ovens" have side openings or holes in their surfaces, which may also have their tops or bases present, which openings are intended to allow entry. process air.
Tais aberturas, ou furos, possuem diâmetros que podem se alterar conformenecessidade e dimensões do projeto.Such openings, or holes, have diameters that may change as needed and design dimensions.
Além da possibilidade da variação dos seus diâmetros, a quantidade de furos,ou aberturas, por metro quadrado da área superficial dos "Fornos Containers"pode variar também em função da especificidade de cada projeto e/ou produto,em termos de percentual de carbono fixo, que se deseja obter.Besides the possibility of varying their diameters, the number of holes or openings per square meter of the surface area of the "Container Ovens" may also vary depending on the specificity of each project and / or product, in terms of percentage of fixed carbon. , which one wishes to obtain.
Estes furos podem se conectar através de camisa externa de distribuição degases, como à frente será explicado - o que se constitui em notável avanço noEstado da Técnica - ou diretamente a válvulas de controle de entrada de ar deprocesso, que poderão ser de diversos tipos, tais como válvulas de esfera, porexemplo, cujos fechamentos ou aberturas podem ser executados por sistemaspneumáticos de movimentação, a elas ligados, os quais são comandados porsoftware específico residente em PLCs ou quaisquer outros equipamentosinformáticos.These holes can be connected through an external degassing sleeve, as will be explained below - which is a remarkable advance in the State of the Art - or directly to air intake control valves, which may be of various types, such as such as ball valves, for example, whose closures or openings may be performed by pneumatic handling systems connected to them, which are controlled by specific software resident in PLCs or any other computer equipment.
Além destas válvulas, os "Fornos Containers" dispõem de um sistema demonitoramento contínuo de peso, como por exemplo, célula de carga oubalança pendular.In addition to these valves, the "Container Ovens" have a continuous weight monitoring system, such as a load cell or pendulum balance.
Os "Fornos Containers" também dispõem de um sistema de medição detemperaturas, por termopares tipo K, termopares de contato, sensoresinfravermelhos ou quaisquer outros.The "Container Ovens" also have a temperature measurement system, such as K-type thermocouples, contact thermocouples, infrared sensors or any other.
Assim, em função da presença de válvulas destinadas a controlar a entrada dear de processo e a operação das mesmas por mecanismos pneumáticos, daexistência de elementos sensores de temperatura adequadamente localizadose de centrais de comando programáveis, representadas por PLCs ou outrosequipamentos informáticos adequados, a operação mecanizada eautomatizada de um "Forno Container" será a seguinte: - em função dastemperaturas medidas em pontos específicos do interior e/ou da superfície doforno e da perda de peso da carga de biomassa que está sendo carbonizada, osoftware específico traça a curva de "perda de peso em função do tempo",perda de peso esta que é decorrente da volatilização dos gases da lenha ao setransformar em carvão.Thus, due to the presence of valves designed to control the process input and the operation thereof by pneumatic mechanisms, the existence of properly located temperature sensing elements and programmable control centers, represented by PLCs or other suitable computer equipment, mechanized operation. The automated method of a "Container Oven" will be as follows: - Depending on the temperatures measured at specific points in the interior and / or surface of the oven and the weight loss of the biomass load being charred, the specific software plots the "loss of temperature" curve. weight as a function of time ", which is the weight loss that is due to the volatilization of the firewood gases when transformed into coal.
Em função da curva traçada e comparação desta com a curva padrão de"perda de peso por tempo", o software específico do sistema indica se oprocesso se encontra de acordo com o padrão ou quanto está defasado com omesmo, em adiantamento ou atraso.As a function of the plotted curve and its comparison with the standard "weight loss over time" curve, the system-specific software indicates whether the process is in accordance with the pattern or how much it is lagging behind, in advance or delay.
Ao detectar defasagens entre uma curva de carbonização em marcha e a curvapadrão escolhida, o software específico atua ou informando ao operador, pormeios visuais, alarmes sonoros etc em quais regiões do "Forno Container" alenha ainda não atingiu a temperatura de carbonização e/ou qual ou quaisregiões do mesmo a lenha ultrapassou a temperatura limite de carbonização,indicando a operação manual que o operador deverá exercer.When detecting lags between a running carbonization curve and the chosen standard curve, the specific software acts or informing the operator, visuals, audible alarms etc. in which regions of the "Container Oven" has not yet reached the carbonization temperature and / or which or which regions of the wood exceeded the carbonization limit temperature, indicating the manual operation that the operator should perform.
Tais atuações também podem ser exercidas automaticamente pelo softwareespecífico agindo diretamente através de mecanismos atuadores deautomação sobre as válvulas de forma a abri-las, se o processo se encontraatrasado, ou fechá-las, se o processo se encontra adiantado.Such actuations can also be performed automatically by the specific software acting directly through actuating mechanisms of automation on the valves in order to open them if the process is delayed or to close them if the process is advanced.
O software específico permite não só atuações dicotômicas do tipo "abre oufecha totalmente as válvulas" - atuação "on-off" - mas permite, também, aabertura ou fechamento das válvulas de forma gradativa, com ajustes ultra-finos, para a obtenção de alto grau de controle do processo.The specific software not only allows dichotomous "fully open or close valve" actuations - "on-off" actuation - but also allows the valves to be gradually opened or closed with ultra-fine adjustments to achieve high degree of process control.
Os "Fornos Containers", diferentemente dos fornos convencionais, que sãoconstruídos em alvenaria, são metálicos, podendo ser construídos em açocarbono, ligas de aço carbono, ferro fundido, aço inoxidável ou qualquer outromaterial que apresente as necessárias resistências térmica e mecânica,capazes de permitir que os mesmos sejam de forma cilíndrica, poliédrica, ouem qualquer outra configuração que possibilite a acomodação da lenha.The "Container Ovens", unlike conventional ovens, which are built in masonry, are metallic and can be made of carbon, carbon steel alloys, cast iron, stainless steel or any other material that has the necessary thermal and mechanical resistances, capable of allowing they are cylindrical, polyhedral in shape, or any other configuration which enables the firewood to be accommodated.
Os "Fornos Containers" podem ser, ou não, revestidos por camisa isolante dealvenaria e podem ser colocados em posição aérea ou subterrânea, para ocaso de ser querer conservar parte do calor gerado no processo e que seirradia para atmosfera, a partir de sua superfície metálica; naturalmente, ao seevitar a perda de calor, há ganhos de energia térmica que se mantém noprocesso, o que implica em maior rapidez da elevação das temperaturas deprocesso e, também, em ganhos de produtividade.The "Container Ovens" may or may not be lined with an insulating jacket and may be placed in an overhead or underground position, in order to conserve part of the heat generated in the process and which radiates into the atmosphere from its metallic surface. ; Naturally, by preventing heat loss, there are gains in thermal energy that remain in the process, which implies a faster increase in process temperatures and also in productivity gains.
Com esse objetivo, os "Fornos Containers" podem ainda ser revestidos pormanta isolante ou material refratário.For this purpose, the "Container Ovens" may also be coated with insulating blanket or refractory material.
Como é inerente ao processo de carbonização de biomassa, o início doprocesso exige fonte de calor externa ou ignição de combustíveis adicionadosà massa que será carbonizada, ou ambos simultaneamente, recursos estesque serão responsáveis pelo suprimento energético da etapa endotérmica doprocesso.As inherent to the biomass carbonization process, the initiation of the process requires external heat source or ignition of fuels added to the mass to be carbonized, or both simultaneously, which resources will be responsible for the energy supply of the endothermic process step.
Na presente Patente de Invenção, a ignição - ou "start-up" do processo -poderá ocorrer pela base, pelo topo e/ou pelas laterais do forno.In the present invention patent, the ignition - or "start-up" of the process - may occur from the bottom, top and / or sides of the furnace.
O topo do "Forno Container" é constituído por um "telhado" de chapa de aço,geralmente em formato cônico, podendo ser de qualquer outra forma, telhadoeste que possui furos para entrada controlada de ar no interior do mesmo epossui uma abertura para introdução de resíduos florestais e/ou biomassa paraa ignição inicial do processo de carbonização. É por esta abertura que sãointroduzidos gravetos, acículas, resíduos florestais, ou quaisquer biomassasque se comportem como combustíveis sólidos que possam ser incendiadosrapidamente, para se iniciar a ignição da carga de biomassa que serácarbonizada.The top of the "Container Oven" consists of a steel sheet "roof", usually in a conical shape, which can be otherwise a roof that has controlled air intake holes inside it and has an opening for the introduction of forest residues and / or biomass for the initial ignition of the carbonization process. It is through this opening that sticks, pellets, forest residues, or any biomasses that behave as solid fuels that can be quickly ignited are introduced to ignite the biomass charge that will be carbonized.
O "Forno Container", para melhor controle da entrada de ar de processo,poderá ainda dispor de uma ou mais fileiras de tubulações, furos, aberturas, oujanelas, dispostas de forma seqüencial, ou intercaladas, em um ou mais níveisna altura e em uma ou mais posições no sentido horizontal. O início doprocesso, ou ignição, também poderá ocorrer a partir destas aberturas; porelas, deverá ocorrer admissão de ar atmosférico para alimentação de oxigêniode processo e manutenção da frente de ignição, necessária para a conduçãodo processo de carbonização.Tais aberturas exercem função similar às"baianas" e "tatus" dos fornos tradicionais de alvenaria.The "Container Oven", for better control of process air intake, may also have one or more rows of pipes, holes, openings, or windows, arranged sequentially, or interspersed, at one or more levels at a height and a or more positions in the horizontal direction. Process initiation, or ignition, may also occur from these openings; through them, atmospheric air should be allowed to feed the process oxygen and maintain the ignition front, necessary for the conduction of the carbonization process. These openings have a similar function to the "baianas" and "armadillos" of traditional masonry ovens.
Estas aberturas dispõem de dispositivos, tais como válvulas de controle, ouquaisquer outros mecanismos destinados a fechá-las à medida que se inicie aignição da carga e se estabeleça a cinética do processo de carbonização.These openings are provided with devices such as control valves or any other mechanism to close them as the load is ignited and the kinetics of the carbonization process are established.
Assim, na medida em que o processo - ou linha de carbonização - vai sedeslocando de cima para baixo ao longo do "Forno Container", estas aberturas,para entrada controlada de ar do processo inicial de ignição, vão sendofechadas manual e/ou automaticamente.Thus, as the process - or carbonization line - moves from top to bottom along the "Container Oven", these openings for controlled air intake from the initial ignition process will be closed manually and / or automatically.
Dessa forma, a seqüência do processo é a seguinte: a ignição pode se iniciarna região superior, inferior e/ou lateral do forno, sendo controlada a entrada dear de processo. Em seguida, o fluxo de calor gerado deverá ascender nointerior do forno e após atingir o topo começará a descer, percolando a lenha,conduzindo calor e promovendo a carbonização. As entradas de ar destasregiões são então, gradativamente, fechadas. Em seguida a carbonizaçãoocorre na região intermediária e então as tubulações desta zona são fechadase por fim ocorre a carbonização na base do forno, pela entrada controlada dear. Após isto, são vedadas as últimas aberturas de entrada de ar de processo.Thus, the process sequence is as follows: ignition can start in the upper, lower and / or lateral region of the furnace, and the process input is controlled. Thereafter, the heat flow generated should rise inside the oven and after reaching the top will begin to descend, percolating the wood, conducting heat and promoting carbonization. The air intakes of these regions are then gradually closed. Afterwards the carbonization occurs in the intermediate region and then the pipes of this zone are closed and finally the carbonization occurs at the base of the furnace, through the controlled inlet. After this, the last process air inlets are sealed.
O forno pode ser subdividido em quantas regiões, zonas ou camadas queforem necessárias, ou adequadas ao processo, em função do tamanho doforno e layout do sistema.The furnace can be subdivided into as many regions, zones or layers as necessary or appropriate to the process, depending on the furnace size and system layout.
Além das aberturas laterais, pode-se ainda contar com tubos internos,transversais ao forno, como prolongamentos dos furos laterais, por onde entrao ar de processo. Estes tubos podem possuir comprimento variável, desde 1%até 100% do diâmetro do forno, deverão possuir furos em sua superfície edeverão estar posicionados, preferencialmente, no sentido horizontal, podendoestar ancorados internamente para evitar empeno e/ou deformação. Os furosem sua superfície poderão variar em tamanho e em quantidade, conformenecessidade do projeto.In addition to the side openings, internal, transverse furnace tubes can be counted as extensions of the side holes through which process air enters. These pipes may have a variable length, from 1% to 100% of the furnace diameter, they should have holes in their surface and should preferably be positioned horizontally and may be internally anchored to prevent warping and / or deformation. Holes on their surface may vary in size and quantity as needed.
A função de tais tubos - que consistem em importante inovação apresentadapelo objeto desta Patente - é fazer chegar o ar de processo às partes maisinteriores da biomassa em carbonização, o que é impossível de ser feito, umavez que os furos de entrada de ar de processo, que estão na superfície dasparedes dos fornos, lançam o ar apenas nesta região e não diretamente nointerior da carga de biomassa a ser carbonizada.The function of such pipes - which is an important innovation presented by the object of this patent - is to bring process air to the innermost parts of carbonizing biomass, which is impossible to do, since process air inlet holes, which are on the surface of the furnace walls, release air only in this region and not directly inside the biomass charge to be charred.
Até agora, descrevemos, de forma geral, simultaneamente, tanto o processo,quanto os equipamentos e suas partes inovadoras que possibilitam talprocesso.So far, we have broadly described both the process and the equipment and its innovative parts that enable such a process.
Antes de passarmos, como será feito a seguir, para as ilustrações e descriçãodetalhada do equipamento e de suas partes, faremos um resumo do resultadofuncional dos "Fornos Containers" de forma que, ao serem analisadas asfiguras e a descrição de funcionamento, fique claro porque o objeto destaPatente é capaz de realizar os notáveis avanços no Estado da Técnicaanteriormente apontados, e que podem ser resumidos em:Before moving on, as follows, to the detailed illustrations and description of the equipment and its parts, we will summarize the functional outcome of the "Container Ovens" so that when analyzing the figures and description of operation, it is clear why the The object of this patent is capable of making the remarkable advances in the State of the art previously mentioned, which can be summarized in:
1' - aumento superior a 30% no rendimento gravimétrico e de, pelo menos, 10vezes superior na produtividade, (kg/h de carvão vegetal), quando comparadoscom fornos de alvenaria, com as conseqüentes economias de madeira, energiae proteção ambiental pelo não lançamento na atmosfera de efluentes gasososou em estado de vapor;1 '- greater than 30% increase in gravimetric yield and at least 10 times higher in productivity (kg / h charcoal) when compared to masonry kilns, with the consequent savings of wood, energy and environmental protection by not launching in the atmosphere of gaseous effluents or in a vapor state;
2' - aumento da produtividade dos fornos operando individualmente, ouformando conjuntos ou baterias de fornos, pela grande diminuição do tempo deprocesso, de 10 a 15 dias, dos fornos convencionais, para cerca de 24 horas,entre a carga de biomassa e a descarga de carvão vegetal, neste processo decarbonização em "Fornos Containers",2 '- increased productivity of furnaces operating individually, or forming furnace assemblies or batteries, by greatly reducing the process time from 10 to 15 days of conventional furnaces to about 24 hours between biomass loading and charcoal, in this carbonization process in "Furnaces Containers",
3' - obtenção de qualidade e manutenção de padronização do carvãoproduzido em função da operação mecanizada e automatizada dos fornos, como uso de recursos informáticos que garantem controle absoluto do processo,ajudado pelo controle absoluto da entrada de ar de processo de carbonização eacesso deste a todos os pontos do interior dos fornos.3 '- Achieving quality and maintenance of the standardization of the coal produced due to the mechanized and automated operation of the furnaces, as use of computer resources that guarantee absolute process control, aided by the absolute control of the carbonization process air intake and its access to all. the points inside the ovens.
Descrição do equipamento concernente ao objeto desta PatenteDescription of the Equipment Concerning the Object of This Patent
"PROCESSO E EQUIPAMENTO AUTOMATIZADO DE PRODUÇÃO DECARVÃO VEGETAL, COM MONITORAMENTO CONTÍNUO DE PESO ETEMPERATURA"."AUTOMATED VEGETABLE DECARVEN PRODUCTION PROCESS AND EQUIPMENT WITH WEATHER AND WEATHER MONITORING".
A Figura 1 é uma vista em corte lateral dos equipamentos concernentes aoobjeto desta Patente - "PROCESSO E EQUIPAMENTO AUTOMATIZADO DEPRODUÇÃO DE CARVÃO VEGETAL, COM MONITORAMENTO CONTÍNUODE PESO E TEMPERATURA" - representados pelo denominado "FornoContainer" durante o desenvolvimento deste Relatório; nela se vê:Figure 1 is a side sectional view of the equipment concerning the object of this Patent - "AUTOMATED VEGETABLE COAL PRODUCTION PROCESS AND EQUIPMENT, WITH CONTINUOUS WEIGHT AND TEMPERATURE MONITORING" - represented by the so-called "FornoContainer" during the development of this Report; it shows:
■ Forno Container (1);■ Container oven (1);
■ Tampa da base (2) do Forno Container (1);■ Container Oven base cover (2) (1);
■ Alça para transporte (3) do Forno Container (1);■ Handle for carrying (3) the Container Oven (1);
■ Furos para admissão do ar atmosférico (4) para o interior do FornoContainer (1), que podem ser situados em qualquer ponto dasuperfície do Forno Container (1);■ Atmospheric air intake holes (4) inside the Container Oven (1), which can be located anywhere on the surface of the Container Oven (1);
■ Tubulação de saída dos gases gerados pela carbonização da lenha(5);■ Exhaust piping of gases generated by carbonization of firewood (5);
■ Tampa superior (6) do Forno Container (1);■ Top cover (6) of Container Oven (1);
■ Camisa para distribuição do fluxo de gases (7);■ Liner for gas flow distribution (7);
■ Camisa de alvenaria para isolamento térmico (8);■ Masonry jacket for thermal insulation (8);
■ Tubulação de saída dos gases da carbonização (9);■ Carbonization gas outlet pipe (9);
■ Exaustor para sucção dos gases da carbonização (10);■ Exhaust hood for carbonization gases (10);
■ Dispositivo regulador de entrada dos gases da carbonização (11)para a câmara de queima (11); Tubulação de entrada de arsecundário de combustão (12) para a câmara de queima (16);■ Carbonization gas inlet regulating device (11) for the firing chamber (11); Combustion secondary air inlet pipe (12) to the firing chamber (16);
■ Ventilador para injeção de ar secundário de combustão (13) para acâmara de queima (16);■ Secondary combustion air injection fan (13) for firing chamber (16);
■ Dispositivo para regulagem da vazão de ar secundário decombustão (14) para a câmara de queima (16);Dispositivo para regulagem da vazão de ar (15) para o forno desecagem, pré-secagem ou carbonização secundária (21);Câmara de queima (16);■ Device for regulating the secondary air flow of combustion (14) to the firing chamber (16); Device for regulating the air flow (15) for the drying, pre-drying or secondary carbonization furnace (21); (16);
Exaustor para sucção dos gases (17) câmara de combustão (16);Extractor hood for gas suction (17) combustion chamber (16);
Dispositivo para controle da saída dos gases (18) da câmara dequeima (16);Device for controlling the outlet of gases (18) from the burning chamber (16);
Chaminé para saída dos gases (19) da câmara de queima (16);Exhaust chimney (19) from the firing chamber (16);
Tubulação para passagem dos gases (20) da câmara de queima(16) para o forno de pré-secagem, secagem ou de carbonizaçãosecundária (21) e/ou qualquer outro processo térmico;Piping for passage of gases (20) from the firing chamber (16) to the pre-drying, drying or secondary carbonization furnace (21) and / or any other thermal process;
Forno de secagem, pré-secagem ou de carbonização secundária (21);Drying, pre-drying or secondary carbonization oven (21);
Câmara de entrada dos gases (22), provenientes da câmara dequeima (16), no forno de pré-secagem, secagem ou decarbonização secundária (21);Gas inlet chamber (22) from the burning chamber (16) in the secondary pre-drying, drying or decarbonising furnace (21);
Tubulação de saída dos gases após pré-secagem, torrefação e/oupré-carbonização da lenha (23);Gas outlet piping after firewood pre-drying, roasting and / or pre-carbonization (23);
Exaustor para sucção dos gases (24) do forno de pré-secagem,secagem ou de carbonização secundária (21);Extractor for suction gases (24) from the pre-drying, drying or secondary carbonization furnace (21);
Chaminé para saída dos gases do processo (25) do forno desecagem, pré-secagem ou de carbonização secundária (21);Chimney for exiting process gases (25) from the drying, pre-drying or secondary carbonization furnace (21);
Termopares (26);Thermocouples (26);
Tubulação para passagem dos gases gerados na carbonização(27) do Forno Container (1) para promoverem a pré-secagem,secagem, torrefação e/ou carbonização no forno de pré-secagem,secagem ou de carbonização secundária (21);Piping to pass the gases generated in the carbonization (27) of the Container Oven (1) to promote pre-drying, drying, roasting and / or carbonization in the pre-drying, drying or secondary carbonization furnace (21);
Dispositivo para regulagem da vazão dos gases (28) na tubulaçãopara passagem dos gases gerados na carbonização (27);Device for regulating the flow of gases (28) in the pipe to pass the gases generated in the carbonization (27);
Tubulação para passagem dos gases quentes (29) gerados nacâmara de queima (16) para fornecimento de energia para umsegundo processo térmico;■ Dispositivo para regulagem da vazão de gases quentes (30) paraum segundo processo;Piping for the passage of hot gases (29) generated in the firing chamber (16) for supplying power for a second thermal process ■ Device for regulating the flow of hot gases (30) for a second process;
■ Dispositivo térmico (31), que utiliza os gases quentes gerados nacâmara de queima (16) para quaisquer outros processos térmicosque não a carbonização;■ Thermal device (31), which utilizes the hot gases generated in the firing chamber (16) for any other thermal processes other than carbonization;
■ Sistema de exaustão (32) dos gases gerados no interior do FornoContainer (1);■ Exhaust system (32) of the gases generated inside the OvenContainer (1);
• Válvulas de controle da sucção de gases (33) gerados no interiordo Forno Container (1);• Gas suction control valves (33) generated inside the Container Oven (1);
• Sistema de pesagem contínua (34) do Forno Container (1);• Continuous weighing system (34) of the Container Oven (1);
■ Sistema de mapeamento contínuo da temperatura superficial einterna (35) de toda a extensão do Forno Container (1);■ Continuous internal surface temperature mapping system (35) over the entire length of the Container Oven (1);
■ Sistema de automação informatizado (36), para abertura efechamento das válvulas de admissão de ar para o interior doForno Container (1) e sistema integrado de monitoramento,controle e atuação no processo, por meio de software, comentradas de peso, temperatura e comandos de saída de abertura efechamento de válvulas e/ou alerta ao operador.■ Computerized automation system (36) for opening and closing the air inlet valves inside the Container Oven (1) and integrated process monitoring, control and actuation by means of software, weight, temperature and command inputs. opening and closing valves and / or operator alert.
■ Dispositivo para regulagem da vazão de gases quentes oriundosda secagem, torrefação e/ou pré-carbonização (37) para a caixa depré-secagem (38) e/ou para chaminé (25);■ Device for regulating the flow of hot gases from drying, roasting and / or pre-carbonization (37) to the pre-drying box (38) and / or chimney (25);
■ Caixa de pré-secagem (38);■ Pre-drying box (38);
■ Grelha (39), disposta na parte inferior da caixa de pré-secagem (38) ;■ Grate (39) arranged at the bottom of the pre-drying box (38);
■ Túnel condutor (40) do fluxo dos gases quentes provenientes dasecagem, torrefação e/ou pré-carbonização em direção à grelha(39) para a pré-secagem da lenha.■ Conductive tunnel (40) for the flow of hot gases from drying, roasting and / or pre-carbonization towards the grate (39) for pre-drying the firewood.
Descrição das operações e do Processo do objeto desta PatenteDescription of the operations and Process of the subject matter of this Patent
"PROCESSO E EQUIPAMENTO AUTOMATIZADO DE PRODUÇÃO DECARVÃO VEGETAL, COM MONITORAMENTO CONTÍNUO DE PESO ETEMPERATURA".A lenha é colocada dentro do Forno Container (1), que depois de fechado podeser inserido dentro de Camisa de alvenaria para isolamento térmico (8) parareduzir as perdas térmicas e possui tampa superior (6) metálica, e toda a suasuperfície externa, superior, lateral e/ou inferior, pode ou não apresentar umrevestimento para isolamento térmico."AUTOMATED VEGETABLE DECARVEN PRODUCTION PROCESS AND EQUIPMENT WITH WEIGHT AND WEATHER CONTINUOUS MONITORING" .The firewood is placed inside the Container Oven (1), which after closing can be inserted into the Thermal Insulation Masonry Jacket (8) to reduce losses. and has a metallic top cover (6), and all of its outer, upper, lateral and / or lower surface may or may not have a thermal insulation coating.
O ar de processo pode ser admitido pela base, pelo topo, ou laterais do FornoContainer (1) podendo ser simplesmente ar atmosférico ou ar enriquecido, ounão com Oxigênio sendo que a admissão de ar pode ser controlada por umsistema de válvulas, portas ou qualquer outro tipo de obstrução ao fluxogasoso. Durante o processo de ignição inicial do Forno Container (1), a entradade ar no forno é regulada pelos furos para admissão do ar atmosférico (4) parao interior do Forno Container (1), que podem ser situados em qualquer pontoda superfície do Forno Container (1), podendo-se usar um ou mais destes furospara admissão do ar atmosférico aberturas, nas regiões em que se pretendeiniciar o processo.Process air may be admitted from the bottom, top, or sides of the FurnaceContainer (1) and may simply be atmospheric or enriched air, not oxygen, and the air inlet may be controlled by a valve, door or any other system. type of obstruction to the flow drug. During the initial ignition process of the Container Furnace (1), the air intake in the furnace is regulated by the atmospheric air inlet holes (4) into the Container Furnace (1), which can be located anywhere on the surface of the Container Furnace. (1) One or more of these holes may be used for the admission of atmospheric air openings in the regions where the process is to be initiated.
O start up pode, então, ser realizado em qualquer das regiões do FornoContainer (1), ou seja, pela base, topo e/ou laterais, geralmente sendo estadecisão tomada em função de vários fatores, como formato e dimensão domesmo, tipo de biomassa, forma de empacotamento de lenha, entre outros.The start up can then be performed in any of the regions of FornoContainer (1), ie, by the base, top and / or sides, generally being taken based on several factors, such as shape and size of the same, type of biomass. , form of packaging of firewood, among others.
A tampa da base (2) do Forno Container consiste em uma tampa perfurada,com furos cujos diâmetros variam conforme o diâmetro da lenha e/oudimensões da biomassa a ser carbonizada e cuja função é permitir oescoamento do fluxo de gás e evitar a passagem de pedaços de lenha oubiomassa pela mesma; é pelos furos da tampa da base (2) que são conduzidosos gases oriundos da carbonização, gases estes que são succionados pelosdispositivos que formam um sistema de exaustão, cujos componentes são atubulação de saída dos gases gerados pela carbonização da lenha (5),tubulação de saída dos gases da carbonização (9) e exaustor para sucção dosgases da carbonização (10).The base lid (2) of the Container Oven consists of a perforated lid, with holes whose diameters vary according to the diameter of the wood and / or dimensions of the biomass to be carbonized and whose function is to allow the flow of gas and prevent the passage of pieces. firewood or biomass; It is through the holes in the base cover (2) that the gases from the carbonization are conducted. These gases are suctioned by the devices that form an exhaust system, the components of which are the outlet pipe of the gases generated by the carbonization of the firewood (5). outlet of carbonization gases (9) and exhaust for suction of carbonization gases (10).
Os vários componentes tubulares deste sistema de exaustão poderão serconectados ao Forno Container (1) pela base, topo e/ou laterais, de forma queo processo de carbonização será executado com absoluto controle quanto àcirculação de gases no interior do Forno Container (1), pois a sucção dosgases pode ocorrer pelas mais diversas combinações de aberturas para saídados gases oriundos da carbonização, sendo que, desta forma, otimiza-se ocontrole e a produtividade da carbonização, controlando os pontos de sucçãodos gases provenientes da carbonização.The various tubular components of this exhaust system can be connected to the Container Oven (1) by the base, top and / or sides, so that the carbonization process will be carried out with absolute control over the circulation of gases inside the Container Oven (1). The gas suction can occur through the most varied combinations of openings for gases from carbonization, thus optimizing the control and productivity of carbonization, controlling the suction points of gases from carbonization.
Constitui-se inovadora parte do processo de carbonização em Forno Containerobjeto desta Patente o fato de que os gases da carbonização, logo que sãogerados são succionados pelo sistema de exaustão e este controle permite queo fluxo de gases seja conduzido ou direcionado na proporção e localização emque é gerado ao longo do tempo do processo, evitando-se o acúmulo de gasese/ou concentração dos mesmos, otimizando assim a cinética ehomogeneização do processo.An innovative part of the Container Furnace carbonization process is the object of this Patent that the carbonization gases as soon as they are generated are suctioned by the exhaust system and this control allows the flow of gases to be conducted or directed in the proportion and location where it is produced. generated over the time of the process, avoiding the accumulation of gasese / or their concentration, thus optimizing the kinetics and homogenization of the process.
O Forno Container (1), equipamento da Patente de "PROCESSO EEQUIPAMENTO AUTOMATIZADO DE PRODUÇÃO DE CARVÃO VEGETAL,COM MONITORAMENTO CONTÍNUO DE PESO E TEMPERATURA" possuisistema de automação informatizado (36), composto por termopares (26),válvulas de controle da sucção de gases (33), gerados no interior do FornoContainer (1), sistema de pesagem contínua (34) do Forno Container (1),sistema de mapeamento contínuo da temperatura superficial e interna (35) detoda a extensão do Forno Container (1), abertura e fechamento das válvulas deadmissão de ar para o interior do Forno Container (1) e sistema integrado demonitoramento, controle e atuação no processo, por meio de softwareespecífico, residente em PLCs ou quaisquer recursos informáticos adequados,com entradas de peso, temperatura e comandos de saída de abertura efechamento de válvulas e/ou alertas visuais ou sonoros aos operadores, deforma que as diferentes fases de decomposição térmica da lenha podem seracompanhadas e ajustadas pelo sistema com ou sem atuação do operador,referido a padrões técnico-científicos, superando com inúmeras vantagens ouso de critérios subjetivos de observação de fumaças típico do processo emfornos convencionais de alvenaria.Andamento do "PROCESSO E EQUIPAMENTO AUTOMATIZADO DEPRODUÇÃO DE CARVÃO VEGETAL, COM MONITORAMENTO CONTÍNUODE PESO E TEMPERATURA" na operação do Forno Container (1) objetodesta Patente.The Container Oven (1), Patent Equipment for "AUTOMATED VEGETABLE COAL PRODUCTION PROCESS WITH WEIGHT AND TEMPERATURE CONTINUOUS MONITORING" has a computerized automation system (36), consisting of thermocouples (26), suction control valves, gases (33) generated within the Container Oven (1), Container Oven continuous weighing system (34) (1), Continuous Surface and Internal Temperature Mapping System (35) throughout the length of the Container Oven (1), opening and closing of the air intake valves inside the Container Oven (1) and integrated process monitoring, control and actuation system, through specific software, resident in PLCs or any suitable computer resources, with weight, temperature and command inputs. opening and closing valves and / or visual or audible alerts to operators, so that the different phases of thermal decomposition of the firewood can be accompanied adjusted and adjusted by the operator-operated or non-operator-operated system, referring to technical and scientific standards, overcoming with numerous advantages the use of subjective smoke observation criteria typical of the process and conventional masonry.Working of "AUTOMATED VEGETABLE COAL PROCESSING AND EQUIPMENT" , WITH CONTINUOUS WEIGHT AND TEMPERATURE MONITORING "in the operation of the Container Oven (1) objectof this Patent.
Após a lenha ter sido introduzida no interior do Forno Container (1),manualmente ou por recursos mecânicos como gruas, a tampa (2) do FornoContainer (1) é fechada e mantida presa ao mesmo.After firewood has been introduced into the Container Oven (1), either manually or by mechanical means such as cranes, the lid (2) of the OvenContainer (1) is closed and secured to it.
O forno é então içado pela alça para transporte (3) e é introduzido, após a pré-secagem, secagem e/ou torrefação, a um suporte, posicionado sobre o poço decarbonização e a ignição inicial pode ser realizada pelas aberturas laterais (4)e/ou pelas aberturas no topo do forno (6).The furnace is then lifted by the carrying handle (3) and is introduced, after pre-drying, drying and / or roasting, to a support positioned over the carbonization pit and the initial ignition can be carried out through the side openings (4). and / or through the openings in the oven top (6).
Para realizar a ignição inicial são queimados resíduos florestais ou lenha debaixa qualidade ou qualquer biomassa ou fonte de energia que seja suficientepara gerar o calor necessário para iniciar a carbonização da biomassa,madeira, ou lenha entornada.To perform the initial ignition, low-quality forest waste or firewood or any biomass or energy source that is sufficient to generate the heat needed to initiate carbonization of the biomass, wood, or spilled firewood is burned.
Os gases quentes gerados a partir do processo de ignição atingem o interior etopo do Forno Container (1) e trocam calor com a carga de biomassapromovendo sua decomposição térmica.The hot gases generated from the ignition process reach the inside of the container oven (1) and exchange heat with the biomass charge promoting its thermal decomposition.
O processo de ignição inicial é mantido até que se forme a frente de ignição nointerior do leito de biomassa, que pode ser visualizada pelos furos paraadmissão do ar atmosférico (4), a partir daí, as entradas de ar atmosférico nointerior do forno metálico vão sendo fechadas em seqüência de forma aproporcionar um fluxo de carbonização descendente, sendo que o fechamentodestes furos para admissão do ar atmosférico (4) pode ocorrer de formaautomática e/ou manual.The initial ignition process is maintained until the ignition front is formed inside the biomass bed, which can be seen through the atmospheric air intake holes (4), from there, the atmospheric air inlets inside the metal furnace are sequentially closed to provide a downward carbonization flow, and the closure of these atmospheric air intake holes (4) may occur automatically and / or manually.
O vapor d'água, a fumaça e os gases gerados no leito de carbonização sãosuccionados pelo exaustor para sucção dos gases da carbonização (10)fazendo com que o sistema de exaustão (32) dos gases gerados no interior doForno Container (1) possa estar funcionalmente conectado à base, topo e/oulaterais do Forno Container (1).A sucção dos gases poderá ocorrer pela base ou toda a superfície do forno, ouseja, topo e parede lateral; este processo é possível devido à presença dacamisa para distribuição do fluxo de gases (7) de forma que o volumecompreendido entre a parede do forno e esta camisa fará conexão com ointerior do forno por meio de aberturas na parede. Ou seja: haverá dois tipos deaberturas na parede do Forno Container (1): aberturas que conectam o interiordo mesmo com a camisa para distribuição do fluxo de gases (7) e aberturasque ultrapassam a camisa para distribuição do fluxo de gases (7) , conectandoo interior do Forno Container (1) com o meio externo. O Forno Container (1)poderá ser dividido em quantas regiões quanto forem consideradas importantesou necessárias e o fluxo ou exaustão dos gases poderá ser realizado porregião de forma consecutiva, simultânea ou poderá ser realizado apenas emuma única região, seja, base, meio ou topo. O processo poderá ainda operarsem esta camisa para distribuição do fluxo de gases (7) de forma que a entradade ar possa ocorrer diretamente pelos furos no interior do forno, sem que hajaesta distribuição dos gases.Water vapor, smoke and gases generated in the carbonization bed are suctioned by the exhaust for suction of the carbonization gases (10) so that the exhaust system (32) of the gases generated inside the Container Furnace (1) may be functionally connected to the base, top and / or sides of the Container Furnace (1). Gas suction may occur through the base or the entire surface of the oven, ie top and side wall; This process is possible due to the presence of the gas flow distribution jacket (7) such that the volume between the furnace wall and this liner will be connected to the interior of the furnace through openings in the wall. In other words, there will be two types of openings in the wall of the Container Oven (1): openings that connect the inside of the same with the gas flow distribution jacket (7) and openings that extend beyond the gas flow distribution jacket (7), connecting it inside the Container Oven (1) with the outside. The Container Furnace (1) can be divided into as many regions as are considered important or necessary and the gas flow or exhaust can be performed by region consecutively, simultaneously or can be performed only in a single region, ie base, middle or top. The process may further operate this jacket for gas flow distribution (7) so that air inlet may occur directly through the holes inside the furnace without this gas distribution.
O controle e sentido do fluxo de gás deverá ser controlado pelas válvulas decontrole da sucção de gases (33) gerados no interior do Forno Container (1);sendo que esta disposição possibilita, ao mesmo tempo, a entrada de arcontrolada para o interior do forno e sucção dos gases a partir de qualquerregião do forno.The control and direction of the gas flow shall be controlled by the gas suction control valves (33) generated inside the Container Oven (1), and this arrangement allows at the same time the controlled entry into the oven. and suction of gases from any furnace region.
O controle e sentido do fluxo dos gases poderão, também, ser controlados pelaabertura e fechamento das válvulas, que poderão estar instaladas na paredeinterna do forno sem a presença da camisa para distribuição do fluxo de gases(7).The control and direction of the gas flow may also be controlled by opening and closing the valves, which may be installed in the oven's inner wall without the presence of the gas flow distribution jacket (7).
O processo de carbonização é monitorado por meio de manômetros etermopares (26) estrategicamente colocados no interior do forno, de forma que,quando a carbonização termina, boa parte do volume de lenha passa a serocupado pelo carvão vegetal formado e a temperatura se mantém praticamentehomogênea em toda a extensão do forno. A partir daí, o forno é novamenteiçado e deslocado por meio de pórtico ou ponte rolante para o local deresfriamento. O tempo de resfriamento do carvão é inferior a 10 horas. Oresfriamento pode ocorrer por convecção, através da condução de calor pelasparedes metálicas do forno, pela pulverização de água no interior do forno,absorção de calor e vaporização da água, ou ainda pelo fluxo dos gasescontidos no interior do forno por um trocador de calor sem contato.The carbonization process is monitored by means of etermopar gauges (26) strategically placed inside the furnace, so that when the carbonization ends, a large part of the wood volume becomes occupied by the charcoal formed and the temperature remains practically homogeneous. the full length of the oven. From there, the furnace is again lifted and moved by gantry or crane to the cooling location. Coal cooling time is less than 10 hours. Cooling can occur by convection, by conducting heat through the oven's metal walls, by spraying water inside the oven, by absorbing heat and spraying water, or by flowing the gas inside the oven by a non-contact heat exchanger. .
Cada unidade de carbonização poderá trabalhar com um ou mais FornosContainers (1).Each carbonization unit may work with one or more FurnacesContainers (1).
A logística funciona da maneira descrita a seguir: - o caminhão de lenhadescarrega a mesma no pátio e oportunamente é introduzida manualmente, oupor meio de uma grua, na caixa de pré-secagem (38). A pré-secagem ocorrepela passagem dos gases quentes, provenientes do forno de secagem, pré-secagem ou de carbonização secundária (21) sendo que tais gases possuemtemperatura inferior a 200°C.The logistics work as follows: - The firewood truck unloads it in the yard and is timely introduced manually or by crane into the pre-drying box (38). Pre-drying occurs through the passage of hot gases from the drying, pre-drying or secondary carbonization furnace (21) and such gases have a temperature below 200 ° C.
O processo de pré-secagem pode durar de 10 a 50 horas, em média. A caixade pré-secagem (38) consiste em uma estrutura de paredes de alvenaria,apoiada sobre o piso, tendo na base uma grelha (39), feita de chapa de aço.The pre-drying process can last from 10 to 50 hours on average. The pre-drying box (38) consists of a masonry wall structure, supported on the floor, with a grid (39) made of steel plate at the base.
Esta grelha (39) se encontra apoiada sobre o túnel condutor (40) do fluxo dosgases quentes provenientes da secagem, torrefação e/ou pré-carbonização emdireção à grelha (39) para a pré-secagem da lenha.This grate (39) is supported over the conducting tunnel (40) of the flow of hot gases from drying, roasting and / or pre-carbonization towards the grate (39) for pre-drying the firewood.
A pré-secagem, poderá ser feita na caixa de pré-secagem (38) com grelha (39)e fluxo de gases quentes ou poderá ocorrer de forma natural, exposta àsintempéries. A pré-secagem é um processo térmico que consiste na remoçãode grande parte da água livre, presente na lenha e/ou biomassa; a pré-secagem se dá pela redução no teor de umidade inicial da lenha, em torno de50% a 60%, para um teor inferior a 20%.Pre-drying may be done in the pre-drying box (38) with grate (39) and hot gas flow or it may occur naturally, exposed to the weather. Pre-drying is a thermal process consisting in the removal of much of the free water present in the wood and / or biomass; Pre-drying occurs by reducing the initial moisture content of the firewood, from around 50% to 60%, to a content below 20%.
Após a pré-secagem, a lenha e/ou biomassa, com teor de umidade em torno de10% a 20% deverá ser transportada, manual ou mecanicamente, paracarregamento do forno de secagem, pré-secagem ou de carbonizaçãosecundária (21).After pre-drying, firewood and / or biomass with moisture content around 10% to 20% should be transported, manually or mechanically, for drying, pre-drying or secondary carbonization furnace (21).
Nesta etapa operacional o Forno Container (1) está tombado e apoiado sob umcavalete. Após a introdução da lenha no interior do mesmo, faz-se ofechamento ou travamento do mesmo com a tampa da base (2). Em seguidatodo o conjunto é pesado e descontando-se o peso da estrutura metálica, tem-se o peso da lenha enfornada. Inicia-se então a secagem e/ou torrefação dalenha.At this operational stage the Container Oven (1) is tipped over and supported by a pallet. After the wood is inserted inside it, it is closed or locked with the base cover (2). Then the whole is weighed and discounting the weight of the metal structure, there is the weight of the hanging wood. The drying and / or roasting of the firewood then begins.
A secagem e/ou torrefação, consiste em remover a umidade residual aindacontida na lenha e se conveniente ainda retirar uma parte dos compostosvoláteis presentes.Drying and / or roasting consists of removing residual moisture still contained in the firewood and further removing some of the volatile compounds present.
A secagem e/ou torrefação é promovida pela injeção do gás oriundo da câmarade queima (16), cuja temperatura pode ser superior a 200°C.Drying and / or roasting is promoted by the injection of gas from the burning chamber (16), the temperature of which may exceed 200 ° C.
Após a secagem e/ou torrefação, o Forno Container (1), contendo a lenha secae/ou pré-carbonizada, deve ser transportado ou deslocado por meio de umpórtico e/ou ponte rolante, até a posição de carbonização. No poço decarbonização, o forno é acoplado à câmara de combustão (16) por meio datubulação (5). A câmara de combustão (16) pode ser utilizada como câmara deignição ou como câmara para apoio ou contenção do sistema de exaustão.After drying and / or roasting, the Container Oven (1), containing the dried and / or pre-charred firewood, must be transported or moved by means of a gantry and / or crane to the charring position. In the carbonization pit, the furnace is coupled to the combustion chamber (16) by means of dubulation (5). The combustion chamber 16 may be used as a ignition chamber or as a chamber for supporting or containing the exhaust system.
Após ajuste do forno sobre o sistema de pesagem contínua (34), inicia-se oprocesso de carbonização. A ignição poderá ocorrer na câmara de combustão(16) e/ou pelo topo e/ou pela lateral do forno, da seguinte forma: alimenta-se,pelos furos para admissão do ar atmosférico (4) para o interior do FornoContainer (1), ou por sua tampa superior (6) pedaços de biomassa, comogravetos, folhagens, etc e se faz a queima destes. A combustão e o fogodeverão ser mantidos até que se estabeleça a frente de ignição no interior doForno Container (1). Esta frente de ignição deverá ascender até o topo doforno; caso, entretanto, a ignição inicial já seja realizada pelo topo, a frente deignição inicial já estará posicionada no local adequado.After adjusting the furnace on the continuous weighing system (34), the carbonization process begins. Ignition may occur in the combustion chamber (16) and / or the top and / or the side of the furnace as follows: it is fed through the atmospheric air intake holes (4) into the OvenContainer (1) , or by its top cover (6) pieces of biomass, comogravetos, foliage, etc. and these are burned. The combustion and the cooker must be maintained until the ignition front is established inside the container oven (1). This ignition front shall ascend to the top of the oven; If, however, the initial ignition is already carried out from the top, the initial ignition front is already in place.
Em seguida, inicia-se a descida da frente de carbonização, no sentidolongitudinal do Forno Container (1), a qual percola todo o leito de biomassapromovendo a decomposição térmica da lenha.Then begins the descent of the carbonization front in the longitudinal direction of the Container Oven (1), which percolates the entire biomass bed promoting the thermal decomposition of the firewood.
A passagem da frente de carbonização pelas várias regiões ou níveis do FornoContainer (1) pode ser verificada visualmente pelos furos para admissão do aratmosférico (4) para o interior do Forno Container (1).Todo o processo é continuamente monitorado, pelos seguintes parâmetros:peso da carga de lenha em carbonização, temperatura interna do volume delenha em carbonização e temperatura externa do Forno Container (1). Aoreceber estas informações o sistema de automação informatizado (36), verificaa equivalência entre as curvas da marcha e a padrão, de perda de peso xtempo, anteriormente ajustadas para cada tipo de lenha, dimensões e umidade.Caso as curvas da operação em marcha e a padrão não estiverem em fase, ouseja, se o processo estiver adiantado ou atrasado em relação à curva padrão, osistema deverá verificar o mapa de temperatura e então avaliar a necessidadede abertura e/ou fechamento das válvulas para admissão de ar/oxigênio nointerior do forno. Em seguida atuará no processo pelo controle automático deabertura das válvulas e/ou alertando o operador para fazê-lo, seja por sinalsonoro e/ou visual.The passage of the carbonization front through the various regions or levels of the FurnaceContainer (1) can be visually verified by the aratmospheric intake holes (4) into the Container Furnace (1). All the process is continuously monitored by the following parameters: weight of the charcoal firewood load, internal temperature of the carbonization wood volume and external temperature of the container oven (1). In order to receive this information, the computerized automation system (36) verifies the equivalence between the gait curves and the standard weight loss xtempo curves previously adjusted for each type of wood, dimensions and humidity. If the process is not in phase, that is, if the process is ahead or behind the standard curve, the system should check the temperature map and then evaluate the need for opening and / or closing the valves for air / oxygen inlet inside the oven. It will then act in the process by automatically controlling the opening of the valves and / or alerting the operator to do so, either by sound signal and / or visual.
Dessa forma, à medida que a frente de carbonização desce, as entradas de arcorrespondentes a esta altura, ou nível do Forno Container (1), vão sendogradativamente fechadas. Após todas as entradas de ar estarem fechadas, oForno Container (1) permanece vedado, com sucção dos gases sendoexecutada pelo exaustor para sucção dos gases da carbonização (10), até quea temperatura ao longo de todo o volume do forno se homogeneize e seestabilize em torno da temperatura final que se deseja alcançar. Estatemperatura final é definida em função do teor de carbono fixo que se deseja.Quanto maior a temperatura final, maior o teor de carbono fixo.Thus, as the carbonization front descends, the arc corresponding entries at this height, or level of the Container Oven (1), will be progressively closed. After all air inlets are closed, the Container Oven (1) remains sealed, with gas suction being performed by the carbonization gas suction hood (10), until the temperature throughout the furnace volume is homogenized and stabilized. around the final target temperature. Final temperature is defined as a function of the desired fixed carbon content. The higher the final temperature, the higher the fixed carbon content.
Todos os gases e vapores succionados pelo exaustor para sucção dos gasesda carbonização (10) são conduzidos até a câmara de queima (16), onde sãoqueimados, gerando calor e gases quentes, os quais poderão ser utilizados dediversas formas, conforme acima descrito.All gases and vapors suctioned by the carbonization gas suction hood (10) are conducted to the firing chamber (16), where they are burned, generating heat and hot gases, which may be used in various ways as described above.
Depois de terminada a carbonização, o Forno Container (1), contendo o carvãoem temperatura elevada, é retirado do poço de carbonização e transferido parao poço de resfriamento ao ar livre com ou sem refrigeração de água, com ousem sistema de troca de calor dos gases quentes contidos no forno em contatocom o carvão.Ao final do resfriamento, faz-se a pesagem do forno, para obtenção do peso decarvão produzido. A descarga do carvão é feita tombando-se novamente oForno Container (1) e descarregando o carvão no pátio de estocagem ou emum local apropriado.After the carbonization is completed, the Container Furnace (1), containing the coal at elevated temperature, is removed from the carbonization well and transferred to the outdoor cooling well with or without water cooling, with no gas heat exchange system. contained in the furnace in contact with the charcoal. At the end of the cooling, the furnace is weighed to obtain the weight of the charcoal produced. Coal is discharged by overturning the Container Oven (1) and discharging the coal into the stockyard or an appropriate location.
O processo é continuo, ou seja, enquanto um Forno Container (1) está dentrodo poço sofrendo o processo de carbonização, outro forno está sendocarregado, o terceiro está sendo descarregado e o quarto forno em processode resfriamento, de maneira que os poços para cada estágio do ciclo nuncaficam vazios. Os gases da carbonização conduzidos pela tubulação de saídados gases da carbonização (9) são succionados pelo exaustor para sucção dosgases da carbonização (10) e são regulados pelo dispositivo regulador deentrada dos gases da carbonização (11) para a câmara de queima (16), cujaentrada de ar de combustão é feita pela tubulação de entrada de ar secundáriode combustão (12) que é soprado pelo ventilador para injeção de ar secundáriode combustão (13), devidamente controlado pelo dispositivo para regulagem davazão de ar secundário de combustão (14) para a câmara de queima (16). Apartir do ventilador para injeção de secundário de combustão (13), o aratmosférico cuja vazão deverá ser regulada pelo dispositivo para regulagem devazão de ar secundário de combustão (14) poderá fluir pela tubulação deentrada de ar secundário de combustão (12) para realizar a combustão nacâmara de queima (16) e/ou poderá seguir outra tubulação para resfriamentodos gases provenientes da câmara de queima (16) e/ou para reduzir atemperatura no forno de secagem, pré-secagem ou de carbonizaçãosecundária (21) em caso de necessidade; este controle é executado pelodispositivo para regulagem da vazão de ar (15) para o forno de secagem, pré-secagem ou carbonização secundária (21).The process is continuous, that is, while a Container Furnace (1) is in the well undergoing the carbonization process, another furnace is being loaded, the third is being discharged and the fourth furnace in cooling process, so that the wells for each stage of the cycle never become empty. The carbonization gases conducted by the carbonization gas outlet pipe (9) are suctioned by the exhaust for the carbonization gas suction (10) and are regulated by the carbonization gas inlet regulator (11) to the firing chamber (16), whose combustion air inlet is made by the combustion secondary air inlet pipe (12) which is blown by the combustion secondary air injection blower (13), duly controlled by the combustion secondary air discharge device (14) for the firing chamber (16). From the secondary combustion injection fan (13), the aratmospheric whose flow rate is to be regulated by the secondary combustion air flow regulating device (14) may flow through the secondary combustion air inlet pipe (12) to perform combustion. the firing chamber (16) and / or may follow other piping to cool the gases from the firing chamber (16) and / or to reduce the temperature in the drying, pre-drying or secondary carbonization furnace (21) if necessary; This control is performed by the air flow regulation device (15) for the drying, pre-drying or secondary carbonization furnace (21).
Ao serem introduzidos na câmara de queima (16), os gases da carbonizaçãosão queimados por meio de um sistema de ignição adequado, gerando umachama radiante com elevado poder calorífico. A energia liberada nesteprocesso poderá promover diversos fenômenos de transferência de calor,reações químicas, processos físicos de mudança de fase, etc. Após esta etapade recuperação energética dos gases da carbonização, os gases provenientesda queima dos gases combustíveis, ainda com temperatura elevada poderãoser reaproveitados em uma etapa paralela ou consecutiva, como por exemplo,a pré-secagem ou a própria carbonização da madeira. Os gases provenientesda câmara de queima poderão ser conduzidos para a atmosfera pela chaminé(19) ou seguirão para uma próxima etapa de recuperação energética pelatubulação para passagem dos gases (20) ou pela outra tubulação parapassagem dos gases quentes (29). Para regulagem e controle da saída dosgases da câmara de queima, ha um dispositivo para controle da saída dosgases (18) da câmara de queima (16), localizado em uma posição anterior àchaminé (19).When introduced into the firing chamber (16), the carbonization gases are burned by means of a suitable ignition system, generating a radiant flame with high calorific value. The energy released in this process may promote various heat transfer phenomena, chemical reactions, physical phase change processes, etc. After this stage of energy recovery of carbonization gases, the gases from the burning of combustible gases, even at high temperatures, may be reused in a parallel or consecutive stage, such as pre-drying or the carbonization of the wood itself. The gases from the firing chamber may be flushed to the atmosphere by the chimney (19) or proceed to a next energy recovery step by the gas passage piping (20) or the other hot gas passage piping (29). For regulating and controlling the gas outlet of the firing chamber, there is a device for controlling the gas outlet (18) of the firing chamber (16), located in a position prior to the chimney (19).
No caso de se optar por aproveitar o potencial energético dos gases dacombustão, oriundos da câmara de queima (16) os mesmos seguirão pelatubulação para passagem dos gases quentes (29) gerados na câmara dequeima (16) para fornecimento de energia para um segundo processo térmico,devidamente controlados pelo dispositivo para regulagem da vazão de gasesquentes (30) para um segundo processo a acontecer no dispositivo térmico(31), que utiliza os gases quentes gerados na câmara de queima (16) paraquaisquer outros processos térmicos, que não a carbonização.If the energy potential of the combustion gases from the firing chamber (16) is chosen, they will follow the tubing for the passage of the hot gases (29) generated in the burning chamber (16) to supply energy for a second thermal process. , properly controlled by the gas flow rate regulating device (30) for a second process to take place in the thermal device (31), which utilizes the hot gases generated in the firing chamber (16) for any other thermal processes than carbonization.
Tais gases podem, também, ser conduzidos pela tubulação para passagemdos gases (20) para o forno de secagem, pré-secagem ou de carbonizaçãosecundária (21), Os gases entrarão pela câmara de entrada de gases (22) esairão pela tubulação de saída de gases (23).Such gases may also be conducted through the gas passage pipe (20) to the secondary drying, pre-drying or carbonization furnace (21). The gases will enter the gas inlet chamber (22) and will exit the exhaust pipe. gases (23).
Após saída do forno de pré-secagem, os gases deverão ser succionados peloexaustor para sucção dos gases (24) do forno de pré-secagem, secagem ou decarbonização secundária (21) e levados à chaminé para saída dos gases doprocesso (25) do forno de secagem, pré-secagem ou de carbonizaçãosecundária (21), sendo que a vazão destes gases e/ou é definida pelascaracterísticas exaustor para sucção dos gases (24).After exiting the pre-drying furnace, the gases shall be suctioned by the exhaust suction hood (24) from the pre-drying, drying or secondary carbonization furnace (21) and flushed to the chimney for process exhaust gases (25) from the furnace. drying, pre-drying or secondary carbonization (21), and the flow of these gases and / or is defined by the exhaust suction characteristics of the gases (24).
No caso de se optar por utilizar a energia contida nos gases quentes geradosna câmara de queima (16) em um segundo processo, como secagem, troca decalor, geração de vapor, etc, então, os gases passarão a ser conduzidos parao dispositivo térmico (31) pela tubulação para passagem dos gases quentes(29) gerados na câmara de queima (16) para fornecimento de energia para umsegundo processo térmico, sendo regulados pelo dispositivo para regulagemda vazão de gases quentes (30) para tais processos.If the energy contained in the hot gases generated in the firing chamber (16) is chosen to be used in a second process, such as drying, heat exchange, steam generation, etc., then the gases will be conducted to the thermal device (31). ) by piping for the passage of hot gases (29) generated in the firing chamber (16) to supply power for a second thermal process, being regulated by the device for regulating the flow of hot gases (30) for such processes.
Uma terceira opção consiste em se conduzir os gases combustíveis geradosnos Fornos Containers (1) - operando em conjunto - para um segundo Forno,Container (1) para fornecer energia para a carbonização diretamente, sempassagem pela câmara de queima (16); neste caso os gases seguem pelatubulação para passagem dos gases gerados na carbonização (27) do FornoContainer (1) sendo regulados pelo Dispositivo para regulagem da vazão dosgases (28) e entrando diretamente no forno de secagem, pré-secagem ou decarbonização secundária (21).A third option is to conduct the combustible gases generated in the Furnace Containers (1) - operating together - to a second Furnace, Container (1) to supply energy for the carbonization directly, bypassing the firing chamber (16); In this case, the gases follow the piping to pass the gases generated in the carbonization (27) of the FornoContainer (1) and are regulated by the device for regulating the gas flow (28) and directly entering the drying, pre-drying or secondary decarbonization furnace (21). .
Observadas as várias possibilidades operacionais do Forno Container (1) pelaoperação de seus dispositivos de condução de gases e controle dos mesmos,além dos controles de temperatura de perda de peso ao correr do tempo,praticamente todo o potencial energético da biomassa original será aproveitadopara produção de carvão, secagem, operação de processos físico-químicosquaisquer e os efluentes gasosos a serem lançados na atmosfera têm baixastemperaturas e são compostos, basicamente, pelos gases tipicamenteresultantes de combustão completa,sem lançamento de metano na atmosfera.Given the various operational possibilities of the Container Furnace (1) by operating its gas conduction devices and controlling them, as well as weight loss temperature controls over time, virtually all of the original biomass's energy potential will be harnessed to produce coal, drying, operation of physicochemical processes any and the gaseous effluents to be released into the atmosphere have low temperatures and are basically composed of gases typically resulting from complete combustion without methane release into the atmosphere.
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Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BRPI0804554 BRPI0804554A2 (en) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | automated charcoal production process and equipment with continuous weight and temperature monitoring |
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| BR (1) | BRPI0804554A2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015168763A1 (en) * | 2014-05-09 | 2015-11-12 | Bocaiuva Mecanica Ltda. | Industrial process using a forced-exhaust metal furnace and mechanisms developed for simultaneously producing coal, fuel gas, pyroligneous extract and tar |
-
2008
- 2008-10-24 BR BRPI0804554 patent/BRPI0804554A2/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015168763A1 (en) * | 2014-05-09 | 2015-11-12 | Bocaiuva Mecanica Ltda. | Industrial process using a forced-exhaust metal furnace and mechanisms developed for simultaneously producing coal, fuel gas, pyroligneous extract and tar |
| US10450510B2 (en) | 2014-05-09 | 2019-10-22 | Bocaiuva Mecanica Ltda. | Industrial process using a forced-exhaust metal furnace and mechanisms developed for simultaneously producing coal, fuel gas, pyroligneous extract and tar |
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