BRPI1015138A2 - Método contínuo para a carbonização hidrotermal de biomassa - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO CONTÍNUO PARA A CARBONIZAÇÃO HIDROTERMAL DE BIOMASSA.

A invenção presente refere-se a um método para a carbonização hidrotermal de matérias-primas renováveis e de produtos residuais orgânicos.

Matérias-primas renováveis e produtos residuais orgânicos, que podem ser utilizados no método de acordo com invenção, são a seguir designados pelos termos material de aplicação ou biomassa. Entende-se por material de aplicação ou biomassa no presente contexto biomassa vegetal e animal assim como produtos metabólicos, especialmente matérias-primas renováveis tais como lascas de madeira picada, resíduos verdes derivados da preservação da paisagem natural, plantas, palha,silagem e produtos residuais orgânicos derivados da agricultura e silvicultura, assim como da indústria de gêneros alimentícios e gestão de resíduos, assim como turfa, lignite bruta, lamas de papel e de depuração.borras e semelhantes, que serão a seguir designados como matériasprimas .

As matérias-primas são transformadas através da carbonização hidrotermal basicamente em húmus, carvão, fertilizantes, água e CO2.

Com relação ao método de acordo com a invenção o termo material de aplicação refere-se basicamente ao estado típico, por exemplo, ao grau respectivo de conversão, do material de aplicação no respectivo estágio de processo ou etapa de processo.

O campo de aplicação da invenção é o aproveitamento energético de matérias-primas renováveis, a exploração de produtos residuais derivados da produção voltada à agricultuta, silvicultura e sistema alimentar e de materiais recicláveis orgânicos provenientes de tratamento de resíduos e a fabricação de melhoradores de solo.

No estado da técnica a biomassa do processo circular de carbono cíclico natural é putrefada ou compostada agredindo o meio ambiente e portanto sendo impedida em grande parte de um aproveitamento material e energético de alta qualidade. Processos industriais para a transformação dos

2/41 materiais de aplicação em húmus e carvão através da carbonização hidrotermal na produção em massa não são o estado da técnica, embora os princípios econômicos para a transformação desses materiais de aplicação em carvão tenham sido divulgados em 1913 por Bergius.

Existem princípios econômicos para a transformação dos materiais de aplicação, tais como madeira, palha, relva, resíduos verdes, madeira de tratamento de paisagem natural, vinhaça, resíduos de fermentação, silagem de milho, silagem de plantas inteiras e resíduos orgânicos, mas também turfa e linhita bruta através da desidratação (dissociação de água) sob temperaturas entre 180°C e 300^cC na presença de água no estado líquido em matérias sólidas ricas em carvão e pobres em oxigênio. Em seguida, durante a reação, a pressão deve corresponder a pelo menos à pressão de vapor saturado da mistura de reação na temperatura de reação escolhida ou deve situar-se acima dela. Dependendo dos materiais de aplicação empregados é necessário atingir uma temperatura mínima para dar andamento à reação. Esta é de aproximadamente 180°C para materiais de aplicação ricos em açúcar e situa-se em até 220°C para materiais de aplicação ricos em celulose e lignina. A desidratação é uma reação temporal, que ocorre primeiramente muito rapidamente e depois cada vez mais lentamente até ter atingido um estado de equilíbrio. Em geral, conforme as propriedades do produto desejadas, são necessários tempos de permanência entre 30 minutos e acima de 12 horas.

Paralelamente à reação de desidratação ocorre uma descarboxilação, que produz uma dissociação de predominantemente CO2. Isso acarreta a formação de gases (permanentes) durante a reação. No caso de temperaturas baixas, a desidratação domina, no caso de temperaturas elevadas a descarboxilação domina. Quanto mais elevada for a temperatura selecionada, mais carbono será dissociado na forma de CO2 e se perderá na forma de gás. Ao mesmo tempo, o rendimento da matéria sólida cairá. Através de um aumento da temperatura, porém, o tempo de permanência poderá ser diminuído, já que tanto a desidratação como também a descarboxilação transcorrerão mais rapidamente. Além disso, através de um aumento da tempera

3/41 tura a qualidade do produto atingível no tempo máximo de permanência poderá ser melhorada (maior porcentagem em massa em carbono e/ou menor porcentagem em massa de oxigênio). Enquanto com temperaturas de, por exemplo, aproximadamente 200°C, pode-se obter uma porcentagem de carbono máxima de aproximadamente 70%, para temperaturas de por exemplo 300°C pode-se obter uma porcentagem de carbono máxima de aproximadamente 80%.

Além da desidratação e da descarboxilação ocorre ainda uma série de reações secundárias, que fazem com que se formem entre outras coisas hidrocarbonetos hidrossolúveis. Alguns desses hidrocarbonetos hidrossolúveis formam em seguida novamente um material sólido rico em carbono, eles também são produtos intermediários da reação de desidratação. Uma porcentagem dos hidrocarbonetos hidrossolúveis são ácidos orgânicos, cuja formação produz uma diminuição do vaor de pH. Se a carbonização hidrotermal for realizada sob baixas temperaturas, a porcentagem predominante da fase líquida poderá ser muito facilmente decomposta. Se a carbonização hidrotermal for realizada a temperaturas elevadas, então a porcentagem de hidrocarbonetos pouco biodegradáveis aumentará na fase líquida, o que poderá acarretar custos de disposição final elevados.

A desidratação e descarboxilação poderão respectivamente ser favorecidas mediante adição de catalisadores adequados. Portanto, já com temperatura menor e período de reação reduzido o grau de conversão desejado poderá ser obtido. Exemplos de catalisadores ativos são, entre outras coisas, ácidos orgânicos como, por exemplo, ácido cítríco. Além disso, alguns metais, seus sais e óxidos são cataliticamente ativos na reação de carbonização hidrotermal. Uma parte das substâncias cataliticamente ativas já está presente em diferentes materiais de aplicação e são incoporadas portanto no processo. Outros podem ser adicionados para a otimização da reação ou aos materiais de aplicação antes da introdução no reator ou são colocados no reator durante a operação corrente. Em alguns casos, o catalisador não pode ser recuperado após conversão (por exemplo ácido cítrico) ou é decomposto durante a reação (por exemplo, ácido fórmico). Por isso, o

4/41 termo catalisador não pode ser aplicado no sentido estrito da palavra. Essas substâncias auxiliares aceleram a reação e reduzem a temperatura de partida necessária, inicialmente citada, contudo são aplicáveis propriedades fundamentais de um catalisador.

Uma seleção de catalisadores são:

1) ácidos de Bronsted inorgânicos: HNO₃, HCI

2) Ácidos de Bronsted orgânicos: ácido fórmico, ácido acético, ácido cítrico, NH4CI 3) ácidos de Lewis tais como por exemplo haletos metálicos: FeCI₃, FeBr₃, AICI₃, AIBr₃

4) em geral haletos metálicos e óxidos metálicos: NaCI, FeO, Fe₂O₃, LiCh [Fe(NH₄)₂(SO₄)₂j*6 H₂O

5) zeólita ácida, por exemplo, H-ZSM-5

Embora a reação de carbonização também ocorra sem catalisador, a seleção objetiva de um sistema de catalisador adequado para um controle de processo ideal é vantajosa para ajustar uma combinação conveniente a partir da temperatura de reação e do tempo de permanência em conexão com um rendimento elevado, um balanço de carbono otimizado assim como boas propriedades de produto. Além disso, a adaptação do catalisador pode interferir na qualidade do produto secundário água de processo, sendo que o objetivo representa uma água inserível com carga mínima de substância poluente.

A desidratação e descarboxilação de biomassa é um processo exotérmico, no qual o calor precisa ser afastado.

Uma das primeiras conversões técnicas da desidratação de vinhaças industriais em reatores de pressão sob 25O°C - 300°C da indústria de pasta química foi descrita por Friedrich Bergius 1921 (AT86234).

Além disso, o documento US 3.552.031 apresenta um dispositivo para a dissociação de água a partir de material orgânico juntamente com água líquida no exemplo de linhita sob temperaturas entre 100°C e 300°C em um reator de pressão horizontal, que é alimentado através de um dispositivo transportador e em cuja extremidade o carvão desidratado é novamente retirado. O reator é isolado e aquecido pelo lado de fora. Porém não foram

5/41 feitas conclusões sobre o controle dos fluxos de calor, cuja condução eficiente apresenta uma influência significativa sobre a eficiência econômica do método. Uma outra desvantagem é o dispositivo transportador no interior do reator.

Também o documento US 3.992.784 apresenta um método para a desidratação de material orgânico juntamente com água líquida a mais de 150°C no exemplo de linhita. A linhita é misturada com água e transportada a um reator de pressão com auxílio de uma bomba. A mistura feita de água e linhita é aquecida previamente pelo transferidor térmico/trocador de calor, que utilizam o calor do produto retirado do reator. O aquecimento dos edutos é feito exclusivamente através de uma transmissão de calor indireta em transferidor térmico/trocador de calor. O emprego de transferidores térmicos indiretos para o aquecimento prévio de misturas de sólidos/líquidos é difícil devido às propriedades ruins de transferência térmica e à tendência à formação de depósito. Além disso, o secador que apresenta uma demanda de calor considerável, não é incorporado no balanço/gestão de calor da instalação.

O documento WO 2008081409 A2 descreve um método e um dispositivo para a desidratação de biomassa juntamente com água líquida sob temperaturas acima de 150 °C em um reator de pressão, que é composto basicamente de um reator de loop, no qual o produto de saída é colocado. A mistura de reação presente no reator é continuamente recirculada e uma parte retirada do reator e em seguida secada. Além disso, são divulgados agregados secundários. Uma desvantagem desse ensinamento conhecido é a recirculação completa do conteúdo do reator. Desse modo, a mistura de reação atinge somente um período de permanência médio e uma porção da biomassa é imediatamente removida do reator após a entrada, o que interfere negativamente na qualidade do produto. Além disso, é desvantajoso que a mistura de reação seja transportada para fora do reator com uma baixa porcentagem de matéria seca, sendo que também uma grande quantidade de água de reação quente é transportada para fora, que precisa ser substituída por água mais fria para o fechamento do balanço de água.

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Além disso, o documento EP 1970431 A1 descreve um método e um dispositivo para a desidratação de biomassa juntamente com água líquida sob temperaturas acima de 100 °C. A biomassa é neste caso eventualmente pré-aquecida e colocada em um reator de pressão horizontal através de uma bomba ou alimentador rotatório, através do qual ela é movimentada com auxílio de um parafuso de alimentação. O reator de pressão é aquecido externamente. A biomassa reagida é transportada para fora na extremidade do reator de pressão seja através de uma bomba ou de um alimentador rotatório de pressão. Uma desvantagem desse ensinamento é o uso de um parafuso de alimentação, para movimentar o conteúdo do reator através do reator tubular. Através das elevadas temperaturas ocorre um rápido desgaste da rosca sem fim e devido às elevadas pressões surgem dificuldades no caso da vedação contra a pressão atmosférica.

Além disso, o documento WO 2008095589 A1 descreve um reator em formato de S para a desidratação de biomassa em água líquida, que fica em um banho feito de óleo termal, que pode ser resfriado e aquecido quando necessário. Uma desvantagem dessa variante é a operacionalidade ruim da temperatura interna do reator.

O documento WO 2008113309 A1 descreve uma transformação química por via úmida de biomassa sob a superfície terrestre, por exemplo, em poços de carvão, sendo que a pressão estática da água permite um quecimento de camadas que se encontram abaixo de 200 m acima de 200°C, possibilitando assim uma reação de desidratação. O percurso aqui seguido da conversão técnica apresenta desvantagens em relação a uma instalação que se encontra na superfície terrestre, já que a temperatura de reação pode ser controlada totalmente e os trabalhos de manutenção necessários só podem ser realizados com dificuldade.

A utilização ainda não propagada dos conhecimentos de Bergius, além da necessidade de manuseio até agora ainda não atendida, está sem dúvida condicionada através do estado insatisfatório quanto à transmissão dos conhecimentos científicos da carbonização hidrotermal para a tecnologia de processos de aplicação industrial e no caso do desenvolvimento

7/41 dos dispositivos respectivos.

O objetivo da invenção é a exploração da pluralidade de materiais de aplicação possíveis através da melhoria do estado da técnica no caso da transformação, especialmente de materiais de aplicação orgânicos especificamente de grande volume, preferivelmente daqueles com elevado teor de água, através da carbonização hidrotermal, na qual as matérias de aplicação são transformadas por desidratação e descarboxilação principalmente em carvão, húmus, adubo, água e CO₂, também em materiais de aplicação, materiais recicláveis, materiais auxiliares e combustíveis com elevado valor de consumo, por exemplo de poder calorífico superior e baixo teor de água.

É tarefa da presente invenção disponibilizar um método simplificado para a carbonização hidrotermal de biomassa, que atinja uma elevada eficiência com relação à gestão térmica e de água do processo.

De acordo com a invenção, são propostos especialmente • um aumento de pressão para fins de introdução dos materiais de aplicação em recipientes de gás comprimido, • um aumento da concentração de carbono dos materiais de aplicação em uma banho-maria sob temperaturas e pressões condicionadas ao processo, • uma dessecação mecânica e secagem térmica dos produtos carbonizados e opcionalmente • uma recuperação da água e dos nutrientes vegetais lançados através das matérias-primas .

A tarefa é solucionada através de um método contínuo para a carbonização hdrotermal de biomassa, sendo que • em um primeiro estágio de processo, do aumento de pressão, a pressão do material de aplicação é basicamente elevada para a pressão do estágio de processo subsequente de pelo menos 500 KPa (5 bar), • o material de aplicação em um segundo estágio de processo, da carbonização, é transformado sob dissociação de basicamente água e dióxido de carbono sob uma pressão de pelo menos 500 KPa (5 bar) e temperatura máxima de ebulição da água, em um produto carbonizado,

8/41 • o material de aplicação no segundo estágio de processo é, sobretudo transportado verticalmente pela força da gravidade, • o material de aplicação (que se encontra em transformação) é recirculado preferivelmente na parte/área superior do segundo estágio de processo mediante remoção parcial e repetida condução de água para fora ou para o segundo estágio de processo preferivelmente basicamente perpendicular ao sentido de fluxo principal entre a entrada de eduto e saída de produto, • o material de aplicação (que se encontra em transformação) se deposita na parte/área inferior do segundo estágio de processo como sedimento aquoso, • o nível mínimo do sedimento é de tal forma selecionado que o teor de sólidos aumenta por sedimentação para pelo menos 15%, preferivelmente pelo menos 20% mais preferivelmente pelo menos 25%, especialmente preferivelmente pelo menos 30% e o nível máximo da camada de sedimento é assim limitado pela recirculação e/ou adição de vapor de aquecimento, que não se forma sólido residual no fundo através da pressão estática, • o nível de enchimento do nível de água no segundo estágio de processo é regulado pela remoção e condução de água para o estágio de processo, • os gases permanentes que se acumulam no segundo estágio de processo são afastados no contra-fluxo em relação ao material de aplicação que entra no segundo estágio de processo, para fora do segundo estágio de processo de forma que a porcentagem de vapor d'água presente condense pelo menos parcialmente no material de aplicação relativamente mais frio e os gases permanentes só sejam afastados depois, para fora do processo e • o sedimento é transportado para fora do segundo estágio de processo e através basicamente da evaporação de água basicamente no nível de temperatura de um terceiro estágio de processo, ou seja, de uma secagem aquecida com vapor, no qual a secagem é feita em atmosfera de

9/41 vapor, e a este conduzido e transportado para fora deste como produto final na forma de carvão comerciável com teores de água inferiores a 30, preferivelmente inferiores a 20, especialmente inferiores a 15 % em massa.

O princípio fundamental da presente invenção reside em uma concretização simples em termos de tecnologia de processos industriais com um balanço de energia ao mesmo tempo otimizado, o que é possível através de um maior transporte do produto de matéria sólida para fora do segundo estágio de processo, obtendo-se simultaneamente uma quantidade maior possível de água aquecida no segundo estágio de processo e assim evitando-se a formação de um sólido residual no fundo, com ao mesmo tempo uma preparação do calor de escape a partir do resfriamento de retorno do sedimento e da secagem na forma de vapor d'água.

O método contínuo de acordo com a invenção para a carbonização hidrotermal dos materiais de aplicação pode ser vantajosamente configurado, ao realizar pelo menos uma das seguintes medidas:

• no primeiro estágio de processo, a pressão do material de aplicação é basicamente aumentada para a pressão do estágio de processo subsequente de pelo menos 500 KPa (5 bar) e a temperatura do material de aplicação é elevada através de sua mistura com água residual mais quente com relação à temperatura do material de aplicação e/ou vapor dos estágios de processo subsequentes e convenientemente antes da introdução do material de aplicação para o segundo estágio de processo, é separada o máximo de água possível novamente do material de aplicação, tal como anteriormente foi conduzida, e convenientemente transportada da água removida, o máximo de água possível para fora do processo, tal como é ou foi separada do material de aplicação, nos estágios de processo subsequentes da carbonização e secagem, e além disso permanece água conduzida ao primeiro estágio de processo como água de circuito no processo, • material de aplicação no segundo estágio de processo é previamente aquecido por condensação do vapor d'água que se forma no próprio estágio de processo e quimicamente decomposto e é transformado em um banho-maria que opera sob condições máxima de ebulição com uma pres

10/41 são de pelo menos 500 KPa (5 bar) mediante dissociação da água quimicamente ligada e dióxido de carbono, no produto carbonizado, • o material de aplicação no segundo estágio de processo é sobretudo transportado pela força da gravidade basicamente verticalmente, • o material de aplicação (que se encontra em transformação) é recirculado na parte/área superior do segundo estágio de processo mediante remoção e em parte nova condução de água para fora ou para dentro do segundo estágio de processo preferivelmente basicamente perpendicularmente ao sentido de fluxo principal entre a entrada de eduto e saída de produto, o qual (que se encontra em transformação) se deposita na parte inferior do segundo estágio de processo como sedimento aquoso, • nível mínimo do sedimento é selecionado de tal forma que o teor de sólidos é aumentado por sedimentação para pelo menos 15%, preferivelmente pelo menos 20%, mais preferivelmente pelo menos 25%, especialmente preferivelmente pelo menos 30% o nível máximo da camada de sedimento, por exemplo, por recirculação e/ou adição de vapor de aquecimento, é limitado de tal forma que não se forma através da pressão estática nenhum sólido residual no fundo, • o nível de preenchimento do nível de água no segundo estágio de processo é regulado pela retirada e condução de água para o estágio de processo, • o equilíbrio calorífico do segundo estágio de processo é obtido através da realimentação para a recirculação de água retirada, que pode ser aquecida em caso de necessidade de calor no segundo estágio de processo, vantajosamente fora do segundo estágio de processo mediante adição de vapor de aquecimento e/ou em um trocador de calor, se necessário pela retirada de vapor e necessariamente pela adição de vapor de aquecimento externo, que condensa no estágio de processoder, • no segundo estágio de processo é retirado vapor que se forma e que se condensa para fora do segundo estágio de processo e novamente conduzido ao segundo estágio de processo e/ou afastado do segundo estágio de processo para fins de utilização preferivelmente em um outro estágio

11/41 de processo, • os gases permanentes que se acumulam no segundo estágio de processo no contra-fluxo em relação ao material de aplicação que entra no segundo estágio de processo são descarregados para fora do segundo estágio de processo de tal forma que a porcentagem de vapor d' água presente condense pelo menos parcialmente no material de aplicação relativamente mais frio e os gases permanentes sõ sejam descarregados depois para fora do processo, • o sedimento é transportado para fora do segundo estágio e resfriado por basicamente evaporação de água para basicamente o nível de temperatura de um terceiro estágio de processo, ou seja, de uma secagem aquecida a vapor, no qual a secagem é feita em atmosfera de vapor a este conduzido e descarregado para fora deste como produto final na forma de carvão comerciável com teores de água inferiores a 30, preferivelmente inferiores a 20, especialmente inferiores a 15 % em massa.

A seguir, serão descritas formas preferidas de concretização dos três estágios de processo.

Formas preferidas de concretização do primeiro estágio de processo, ou seja, o aumento de pressão, são: 1. Aumento de pressão do material de aplicação junto com um líquido e 2. Aumento de pressão do material de aplicação junto com um gás.

Na primeira forma de concretização preferida do primeiro estágio de processo, ou seja, o aumento de pressão do material de aplicação junto com um líquido, de acordo com a invenção a transportabilidade do material de aplicação é melhorada com relação à tecnologia utilizada para o estabelecimento de pressão, preferivelmente com relação a uma bomba de pistão, uma bomba com parafuso excêntrico, um alimentador giratório, um alimentador rotatório de pressão ou bomba de pistão rotativo, através do reabastecimento de pelo menos seu volume da cavidadecom água residual mais quente com relação à temperatura do material de aplicação a partir dos estágios de processo subsequentes. Através da adição de água a escoabilidade e a compressibilidade ou incompressibilidade do material de aplicação

12/41 utilizado são consequentemente melhoradas. A adição de água é feita, de acordo com a invenção antes do aumento da pressão para a pressão dos estágios de processo subsequentes, que situa-se convenientemente em termos técnicos em pelo menos 500 KPa (5 bar). A quantidade de água conduzida é selecionada de tal forma que a transportabilidade possa ser assegurada com a tecnologia selecionada. Preferivelmente, deve ser conduzida mais água do que a quantidade mínima tecnicamente necessária para minimizar o desgaste. A porcentagem de matéria seca (porcentagem TS ) no caso do aumento de pressão é preferivelmente inferior a 25% e superior a 2%, mais preferivelmente inferior a 15% e superior a 5%. Através da aplicação de águas residuais quentes provenientes dos estágios de processo subsequentes o calor perceptível das águas residuais quentes pode ser transferido para o material de aplicação e a eficiência energética ser consequentemente melhorada. Para um aumento maior da temperatura pode ser adicionado vapor de exaustão proveniente dos estágios de processo subsequentes que condensa no material de aplicação relativamente mais frio. Através da aplicação de vapor de exaustão quente provenientes dos estágios de processo subsequentes, tanto o calor perceptível como o calor latente do vapor de exaustão quente podem ser transferidos ao material de aplicação e assim melhorando ainda mais a eficiência energética.

Preferivelmente, a adição do vapor de exaustão é feita antes da adição das águas residuais. A temperatura do material de aplicação é aumentada tecnicamente pela adição de águas residuais e/ou vapor de exaustão apenas na medida em que não ocorra formação exagerada de vapores de exaustão e é limitada pelas condições de ebulição. Preferivelmente, a temperatura do material de aplicação após a adição de água e de vapor é superior a 60°C e inferior a 100°C, mais preferivelmente superior a 80°C e inferior a 100°C, especialmente preferivelmente superior a 9O°C e inferior a 100°C. Depois de o material de aplicação assim preenchido tiver sido pressurizado, a água residual adicionada e/ou o vapor de exaustão condensado, adicionado, é separado imediatamente antes da introdução do material de aplicação no segundo estágio de processo em parte novamente do material

13/41 de aplicação, a fim de não carregar o segundo estágio de processo com uma quantidade muito grande de água mais fria com relação à temperatura de reação. É feita uma retirada da água separada para fora do processo convenientemente o máximo possível tal como foi separada do material de aplica5 ção nos estágios de processo subsequentes (carbonização e secagem).

Desse modo, a quantidade de água desviada para fora do processo entre o primeiro e o segundo estágio de processo corresponde convenientemente no máximo à diferença entre a quantidade de água introduzida com o material de aplicação no primeiro estágio de processo e transportada para fora 10 junto com o produto final. A água não desviada permanece normalmente como água de circuito no processo.

Na segunda forma de concretização preferida do primeiro estágio de processo, o aumento de pressão do material de aplicação junto com um gás, o procedimento é feito de acordo com a invenção através de um 15 alimentador rotatório de pressão que opera periodicamente, o qual é composto de pelo menos um alimentador rotatório de baixa pressão e de um alimentador rotatório de alta pressão. Neste caso, o balanceamento de ciclo do alimentador é programado de tal forma que • em um primeiro ciclo o alimentador rotatório de baixa pressão, 20 que é preenchido durante a operação de regulação antes de sua despressurização com uma mistura feita de vapor d'água e gases permanentes, é despressurizado contra a pressão atmosférica de tal forma que a porcentagem de vapor d'água da mistura de vapor/gás pelo menos parcialmente no material de aplicação (preparação para o aumento de pressão) condensa e a 25 fase de gás remanescente pode ser separadamente obtida e desviada para fora do processo, • em um segundo ciclo, o material de aplicação assim previamente aquecido é transportado para o alimentador rotatório de baixa pressão aberto preferivelmente através da força da gravidade e este é então tra30 vado, • em um terceiro ciclo o alimentador rotatório de alta pressão, que na operação de regulação antes de sua despressurização é preenchido

14/41 com uma mistura feita de vapor d'água e gases permanentes, de tal forma que a pressão é atenuada no alimentador rotatório de baixa pressão, que condensa a porcentagem de vapor d'água da mistura de vapor/gás pelo menos parcialmente no material de aplicação presente no alimentador rotatório de baixa pressão, • em um quarto ciclo o material de aplicação pressurizado e ainda previamente aquecido é transportado do alimentador rotatório de baixa pressão aberto para o alimentador rotatório de alta pressão aberto preferivelmente através da força de gravidade e este é em seguida travado, • em um quinto ciclo o alimentador rotatório de alta pressão é coberto com uma mistura de gás/vapor a partir do segundo estágio de processo de tal forma que a porcentagem de vapor d'água da mistura de vapor/gás condensa pelo menos parcialmente no material de aplicação presente no alimentador rotatório de alta pressão e este é pressurizado basicamente com a pressão do segundo estágio de processo e • em um sexto ciclo o material de aplicação assim pressurizado e ainda previamente aquecido é transportado do alimentador rotatório de alta pressão aberto para o segundo estágio de processo preferivelmente pela força da gravidade e este é em seguida travado.

Preferivelmente, entre o quarto e quinto ciclo é precido inserir vapor de aquecimento no alimentador rotatório de alta pressão de tal forma que este condense no material de aplicação e desse modo a temperatura do material de aplicação seja aumentada para basicamente o nível de temperatura do segundo estágio de processo, sendo que a pressão se ajusta também ao nível de pressão do segundo estágio de processo. Através dessa medida, as variações de pressão que ocorrem durante o quinto ciclo são reduzidas no segundo estágio de processo. Além disso, preferivelmente entre o segundo e terceiro ciclo o vapor de exaustão proveniente de um dos estágios de processo a jusante deve ser inserido no alimentador rotatório de baixa pressão de tal forma que ele condense no material de aplicação e desse modo a temperatura do material de aplicação seja aumentada. Através dessa medida a quantidade de vapor de aquecimento necessária para o

15/41 preaquecimento do material de aplicação é reduzida. Preferivelmente, além disso, a temperatura do material de aplicação antes do primeiro ciclo deve ser aumentada através da mistura do material de aplicação com água residual mais quente com relação à temperatura do material de aplicação, proveniente dos estágios de processo a jusante e/ou com vapor de exaustão proveniente dos estágios de processo a jusante, que condensa no material de aplicação mais frio. A adição de águas residuais e/ou vapor de exaustão deve ser feita tal como descrito na primeira forma de concretização preferida do primeiro estágio de processo. A água residual adicionada e o vapor de exaustão condensado são porém novamente em grande parte separados do material de aplicação antes do aumento de pressão. É feito um desvio da água separada para fora do processo o máximo do tanto que é ou foi separado nos estágios de processo a jusante (carbonização e secagem) do material de aplicação. Desse modo, a quantidade de água desviada entre o primeiro e o segundo estágio de processo para fora do processo corresponde no máximo à diferença entre a quantidade de água inserida com o material de aplicação no primeiro estágio de processo e a quantidade de água transportada para fora com o produto final. A água não desviada permanece como água de circuito no processo.

A forma de concretização preferida do segundo estágio de processo, a carbonização, no qual o material de aplicação é transformado sob dissociação de água basicamente quimicamente ligada e dióxido de carbono sob uma pressão de pelo menos 500 KPa (5 bar) e temperatura de água de ebulição máxima em um produto carbonizado, pode ser subdividida de acordo com a invenção basicamente em três etapas de processo, sendo • na primeira etapa de processo, do preaquecimento, o material de aplicação é preaquecido ou aquecido especialmente na temperatura de reação necessária por condensação do vapor d'água que se forma no próprio segundo estágio de processo e opcionalmente por adição de vapor de aquecimento e/ou pela adição de água retirada para fora do segundo estágio de processo, aquecida fora do segundo estágio de processo e retornada, • na segunda etapa de processo, da carbonização, vantajosa

16/41 mente é mantida a temperatura atingida na primeira etapa de processo, especialmente temperatura de reação, e o material de aplicação é reagido em um banho-maria que opera no máximo sob condições de ebulição com uma pressão de pelo menos 500 KPa (5 bar) através de dissociação de água predominantemente quimicamente ligada e dióxido de carbono e • na Terceira etapa de processo, da sedimentação, o material de aplicação (que reage) se deposita ou pode ser depositado como sedimento aquoso.

O transporte de material no segundo estágio de processo é feito vantajosamente sobretudo pela força da gravidade, ou seja, em um reator basicamente no sentido vertical, sendo que uma direção de fluxo principal resulta desde a entrada de eduto até a saída de produto no reator no terceiro estágio de processo, a secagem.

A temperatura do material de aplicação, que entra na primeira etapa de processo do segundo estágio de processo, corresponde basicamente à temperatura atingida no primeiro estágio de processo através de preaquecimento. A temperatura do material de aplicação é aumentada na primeira etapa de processo do segundo estágio de processo pela condensação, pelo vapor d'água que se forma na segunda etapa de processo do segundo estágio de processo assim como, se necessário, pela adição de vapor de aquecimento e/ou pela adição de água retirada para fora do segundo estágio de processo, aquecida fora do segundo estágio de processo preferivelmente pela adição direta de vapor de aquecimento ou em um trocador de calor e retornada, para a temperatura da segunda etapa de processo do segundo estágio de processo.

A temperatura na segunda etapa de processo do segundo estágio de processo corresponde pelo menos à temperatura mínima necessária para a conversão do material de aplicação selecionado, que pode ser consutada na literatura ou pode ser apurada de acordo com os testes ali descritos. Ela pode ser selecionada para a aceleração da transformação também para cima. Preferivelmente a temperatura situa-se entre 150°C e 250°C, mais preferivelmente entre 180°C e 230°C. A pressão do Segundo estágio de pro

17/41 cesso corresponde pelo menos à pressão de saturação, que corresponde à temperatura da segunda etapa de processo ou que está acima dela. Preferivelmente predominam na segunda etapa de processo praticamente condições de ebulição.

Na segunda etapa de processo o material de aplicação reage sob dissociação de água basicamente quimicamente ligada e dióxido de carbono. Neste caso, a temperatura pode subir através da reação de carbonização exotérmica localmente acima da temperatura de ebulição, sendo formado vapor d'água, que sobe e novamente condensa preferivelmente na primeira etapa de processo. Verificou-se como energeticamente vantajoso no controle de processo de acordo com a invenção que o condensado proveniente da primeira etapa de processo (preaquecimento) circule novamente em direção da segunda etapa de processo (carbonização) do segundo estágio de processo.

De acordo com a invenção, o equilíbrio térmico da segunda etapa de processo do segundo estágio pode ser atingido pela retirada e recondução de água, que pode ser aquecida em caso de necessidade de calor, na segunda etapa de processo do segundo estágio de processo vantajosamente fora do segundo estágio de processo mediante adição de vapor de aquecimento ou em um trocador de calor, caso necessário pela retirada de vapor e necessariamente por adição direta de vapor de aquecimento externo, que condensa no estágio de processo.

O material de aplicação que se encontra em transformação se deposita de acordo com a invenção na terceira etapa de processo do segundo estágio de processo como sedimento aquoso. Através do estabelecimento de uma camada de sedimento obtém-se uma concentração de matéria sólida, assegurando-se assim que um elevado transporte de produto de matéria sólida seja feito para fora do segundo estágio de processo obtendo-se ao mesmo tempo uma quantidade maior possível de água aquecida no segundo estágio de processo. Convenientemente, a altura da camada de sedimento é de pelo menos 0,5 metros, preferivelmente de 1 metro, mais preferivelmente de pelo menos 2 metros para atingir uma concentração suficien18/41 te de matéria sólida.

Além disso, é assegurado pela estruturação de uma camada de sedimento, que o produto transportado para fora do segundo estágio de processo apresenta uma qualidade mínima, já que o material de aplicação durante o período em que ele circula pela terceira etapa de processo, fica exposto a pressões e temperaturas condicionadas pelo processo e portanto é submetido a uma carbonização e sendo descartado que ele seja transportado pouco após sua entrada no segundo estágio de processo, novamente para fora deste. Através da altura da camada de sedimento pode ser portanto, de acordo com a invenção, ajustado um tempo de permanência mínimo e portanto obter-se uma qualidade mínima de produto. Preferivelmente, o tempo de permanência mínimo do material de aplicação na terceira etapa de processo situa-se entre 30 e 180 minutos, mais preferivelmente entre 40 e 120 minutos, especialmente preferivelmente entre 50 e 90 minutos.

Como na terceira etapa de processo não é possível realizar nenhuma entrada de calor direta através de uma adição de vapor de aquecimento ou água de circuito aquecida, já que isso prejudicaria a camada de sedimento, a camada de sedimento resfria lentamente condiocnalmente pela perda de calor no ambiente mais frio. Em uma forma de concretização preferida, a temperatura do segundo estágio de processo é por essa razão selecionada de tal forma que também no terceiro estágio de processo ainda predominem temperaturas condicionadas pelo processo e se realize uma carbonização. Em uma outra forma de concretização preferida o terceiro estágio de processo é aquecido indiretamente pelo lado externo através de trocador de calor.

Para evitar a formação de um sólido residual no fundo feito de sedimento, que pode agir de modo impeditivo sobre o transporte de produto para fora do segundo estágio de processo para o terceiro estágio de processo, a altura da camada de sedimento e, consequentemente, o limite entre a segunda e a terceira etapa de processo, que cresce sem uma interferência condicionada pela força da gravidade, é limitada pela retirada e realimentação pelo menos parcial de água para fora ou para a segunda etapa de pro

19/41 cesso.O local e modo da retirada de água é preferivelmente selecionado de tal forma que um carregamento pequeno com matéria sólida é assegurado. No caso de um cilindro rotatório horizontal, ideal esse é o meio do cilindro. A retenção de materia sólida pode ser assistida pela aplicação de preferivelmente peneiras fendidas. A realimentação da água é vantajosamente realizada basicamente em sentido transversal em relação à direação de fluxo principal, ou seja, desde a entrada de eduto até a saída de produto, o segundo estágio de proesso, para manter a mistura vertical do material de aplicação que carboniza e, consequentemente, manter a um nível mínimo a interferência na camada desejada de sedimento na terceira etapa de processo. No caso de um reator vertical é feita uma recirculação basicamente horizontal.

De acordo com a invenção, o nível de água no segundo estágio de processo para a realização da segunda etapa de processo do segundo estágio de processo é regulado pela retirada de água ou opcionalmente pela condução de água, preferivelmente água residual para fora de um outro estágio de processo para o segundo estágio de processo. A retirada ou condução de água referida possibilita um controle especialmente simples do nível de água. A pressão da água desviada para fora do segundo estágio de processo e não conduzida novamente a ele é diminuída em uma variante preferida de concretização através da evaporação Flash ou em um trocador de calor para aproximadamente uma pressão ambiente e a água em seguida conduzida convenientemente ao primeiro estágio de processo ou desviada para fora do processo. Se ao segundo estágio de processo for conduzida água, então será utilizada preferivelmente água residual quente proveniente do primeiro e do terceiro estágio de processo, que é previamente aquecida preferivelmente pela adição de vapor de exaustão, sendo que a eficiência energética é melhorada.

Os gases permanentes que se acumulam no segundo estágio de processo são desviados no contrafluxo em relação ao material de aplicação que entra no segundo estágio de processo para fora do segundo estágio de processo de tal forma que a porcentagem de vapor d'água presente é remo

20/41 vida por condensação pelo menos parcialmente no material de aplicação relativamente mais frio. Verificou-se ser energeticamente vantajoso no controle de processo de acordo com a invenção não desviar o calor latente do vapor d'água da fase gasosa para do segundo estágio de processo mas sim ser recuperado pelo menos parcialmente por condensação.

Na combinação desta forma de concretização preferida do segundo estágio de processo com a primeira forma de concretização preferida do primeiro estágio de processo, ou seja do aumento de pressão na presença de um líquido, a condução dos gases permanentes é de tal forma calculada que sua porcentagem de vapor d'água é removida por condensação na primeira etapa de processo do segundo estágio de processo e os gases permanentes entre a primeira etapa de processo do segundo estágio de processo e o primeiro estágio de processo são desviados para fora do processo.

Na combinação desta forma de concretização preferida do segundo estágio de processo com a segunda forma de concretização preferida do primeiro estágio de processo, ou seja, do aumento de pressão na presença de um gás, a condução dos gases permanentes é preferivelmente configurada de tal forma que sua porcentagem de vapor d'água é removida por condensação parcialmente no alimentador rotatório de alta pressão, parcialmente no alimentador rotatório de baixa pressão e parcialmente antes da entrada do material de aplicação no alimentador rotatório de baixa pressão neste e então ali é desviado para fora do processo.

De acordo com a invenção, o nível de pressão do sedimento transportado para fora do segundo estágio de processo é atenuado pela despressurização e o nível de temperatura do sedimento transportado para fora do segundo estágio de processo pela evaporação de água para basicamente o nível de temperatura e de pressão do terceiro estágio de processo, ou seja, de uma secagem aquecida com vapor, na qual a secagem é feita em atmosfera de vapor (preferivelmente de uma secagem a vapor de leito fluidificado atmosférica, de uma secagem a vapor de leito fluidificado pressurizada, de uma instalação de secagem de leito fluidificado ou uma secagem

21/41 a vapor fluida) e a este conduzido e transportado para fora deste como produto final na forma de carvão comerciável com teores de água inferiores a 30, preferivelmente inferiores a 20, especialmente inferiores a 15 % em massa.

A secagem, de acordo com a invenção em atmosfera de vapor possibilita que seja obtido a partir da secagem no vapor saturado basicamente (com um teor de gás permanente de tipicamente inferior a 5% em massa, preferivelmente inferior a 1 % em massa), que pode ser condensado sob liberação de calor. A condensação neste caso, pode ser feita diretamente ou preferivelmente após uma compressão ou despressurização.

Em uma forma preferida de concretização da diminuição de pressão e de temperatura, esta é feita simultaneamente pela evaporação flash de uma parte da água transportada com o sedimento para fora do segundo estágio de processo preferivelmente em uma válvla de estrangulamento ou em um alimentador de despressurização que opera periodicamente. Verificou-se ser energeticamente vantajoso nesse controle de processo preferido, que a quantidade do vapor gerado seja maximizada, já que não ocorrem perdas pela utilização de trocadores de calor.

Em uma outra forma de concretização preferida da diminuição de pressão e de temperatura, primeiramente é feita a diminuição de temperatura pelo aquecimento e evaporação de água, especialmente preferivelmente condensado de vapor de aquecimento proveniente das secagem em um trocador de calor de contra-fluxo imediatamente antes da diminuição de pressão, que preferivelmente é realizada em um alimentador rotatório de despressurização, alimentador rotatório de célula ou estrangulador. Verificou-se ser energeticamente vantajoso nesse controle de processo preferido que pode ser obtido no trocador de calor tanto vapor como também, caso seja necessário para o fechamento do balanço térmico do segundo estágio de processo, água quente e esta, em seguida, pode ser conduzida ao segundo estágio de processo desde que necessário para o fechamento do balanço térmico.

Em uma forma preferida de concretização da diminuição do nível

22/41 de temperatura do sedimento transportado para fora do segundo estágio de processo, o vapor, que é gerado no caso da diminuição de temperatura do sedimento transportado para fora do segundo estágio de processo, é obtido em dois níveis de pressão, sendo que o primeiro nível de pressão corresponde basicamente ao nível de pressão do vapor de aquecimento necessário para o aquecimento do secador e o segundo nível de pressão corresponde basicamente ao nível de pressão do secador. O vapor obtido basicamente no nível de pressão do vapor de aquecimento para o secador pode ser utilizado então para o aquecimento do secador. Se o vapor obtido basicamente no nível de pressão do vapor de aquecimento para o secador for obtido por evaporação flash,então este será lavado ou isotermicamente com condensado de vapor quente proveniente da secagem, e só então utilizado para o aquecimento do secador ou condensado em um trocador de calor sob formação de vapor fresco e o vapor fresco assim otido utilizado para o aquecimento do secador. No caso da utilização de um trocador de calor deve-se observar que o nível de pressão do vapor flash situa-se um pouco acima do nível de pressão do vapor de aquecimento parta o secador, a fim de reduzir as áreas de trocador de calor necessárias. Se o vapor gerado durante a diminuição de temperatura do sedimento transportado para fora do segundo estágio de processo se acumular não continuamente mas periodicamente evido à conversão da tecnologia de processos industriais da diminuição de pressão e de temperatura, por exemplo em um alimentador rotatório de despressurização, de forma que assim deva-se assegurar através de um armazenamento de vapor conveniente preferivelmente, de reservatório de raízes, uma igualização do fluxo de massa de vapor.

De acordo com uma forma preferida de concretização do terceiro estágio de processo, este é composto da secagem aquecida com vapor em atmosfera de vapor assim como de uma drenagem mecânica a montante preferivelmente de uma centrífuga, prensa de banda, prensa de filtro ou prensão de pistão. Em uma forma preferida de concretização a drenagem mecânica opera basicamente no nível de pressão da secagem, e sob essa condição a diminuição de pressão e de temperatura do sedimento transpor

23/41 tado para fora do segundo estágio de processo é feita antes do drenagem mecânica e a drenagem mecânica precisa apenas suportar baixas exigências de pressão e de temperatura. Neste caso, apenas o concentrado que se acumula durante a drenagem mecânica será introduzido na secagem aquecida com vapor em atmosfera de vapor e o filtrado será utilizado preferivelmente para o fechamento do balanço de água do segundo estágio de processo, alem disso preferivelmente será conduzido ao primeiro estágio de processo antes do aumento de pressão e novamente desviado após liberação de uma parte de seu calor detectável antes do segundo estágio e/ou preferivelmente conduzido a uma preparação, preferivelmente a uma preparação biológica opcionalmente com uma oxidação úmida a montante ou se desejado diretamente uma utillização, opcionalmente após concentração progressiva por evaporação lenta ou vaporização. Em uma segunda forma de concretização preferida a drenagem mecânica opera basicamente na pressão do segundo estágio de processo sendo que o sefimento desviado para fora do segundo estágio de processo é primeiramente decomposto em um concentrado e filtrado e esses dois fluxos são então a seguir separadamente conduzidos. O concentrado é colocado sob evaporação de água residual basicamente no nível de pressão de temperatura da secagem aquecida com vapor, no qual a secagem é feita em atmosfera de vapor (conforme descrito mais acima para o sedimento) e a esta conduzido. O filtrado, que se acumula à elevada pressão e elevada temperatura, pode ser utilizado para o fechamento do balanço de água do segundo estágio de processo e a porcentagem não necessária para esse fim, antes do seu resfriamento de volta pode ser conduzida preferivelmente a uma preparação térmica, preferivelmente a uma oxidação por via úmida e em seguida resfriada de volta pela evaporação de água, por exemplo pela evaporação flash ou em um trocador de calor e ser despressurizada na pressão ambiente e conduzida preferivelmente a uma preparação, preferivelmente a uma preparação biológica ou se dejado diretamente a uma utilização opcionalmente após concentração progressiva por evaporação lenta ou vaporização.

De acordo com uma forma de concretização preferida a seca

24/41 gem aquecida a vapor opera em uma atmosfera de vapor em pressão basicamente ambiente, podendo ser utilizada vantajosamente uma tecnologia de secagem simples em termos de engenharia de processos industriais. De acordo com uma outra forma de concretização preferida a secagem aquecida a vapor opera em atmosfera de vapor em sobrepressão, sendo que o nível de pressão da secagem é vantajosamente selecionado de tal forma que o nível de pressão do vapor de aquecimento utilizado para o aquecimento do segundo estágio de processo corresponda basicamente ao nível de pressão do vapor de aquecimento necessário para o aquecimento do secador, sendo que a diferença de temperatura entre a temperatura de vapor de aquecimento do vapor utilizado para o aquecimento do secador e a temperatura de secagem preferivelmente situa-se entre 20K e 70K, mais preferivelmente entre 30K e 60K.

O controle de processo de acordo com a invenção através dos três estágios de processo (elevação de pressão, carbonização, secagem) possibilita obter o calor de escape de processo a partir do segundo e terceiro estágio de processo em relação à parte predominante na forma de vapor saturado que atua de forma especialmente vantajosa sobre a possibilidade da utilização desse calor de escape de processo. Entende-se por calor de escape de processo especialmente:

• vapor, que é obtido durante a diminuição de temperatura da água removida para fora do segundo estágio de processo e não novamente conduzida a este, • vapor, que é obtido durante a diminuição de temperatura do sedimento aquoso desviado para fora do segundo estágio de processo, caso não seja feita nenhuma ou uma drenagem mecânica sob pressão ambiente, • vapor, que é obtido durante a diminuição de temperatura separada do concentrado e filtrado obtido durante a drenagem mecânica de sedimento desviado para fora do segundo estágio de processo, caso a drenagem mecânica seja feita no nível de pressão do segundo estágio de processo e • vapor, que é obtido durante a secagem em atmosfera de vapor.

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Este vapor é lavado em uma forma de concretização preferida antes de uma outra utilização, isotermicamente com condensado de vapor de aquecimento proveniente da secagem, sendo que podem ser separados compostos orgânicos voláteis e pó. Preferivelmente, o valor de pH da lavagem é adatado de tal forma que seja feita uma limpeza ampla.

Em uma outra forma de concretização preferida este vapor é condensado em trocadores de calor e assim gerado vapor fresco. No caso da utilização de trocadores de calor deve-se observar que a temperatura e consequentemente também a pressão do vapor a ser condensado deve estar acima da temperatura e portanto da pressão do vapor a ser gerado a fim de assegurar uma transmissão térmica eficiente. Na medida em que no texto se tratar de basicamente o mesmo nível de pressão,fica implícito também a diferença de pressão necessária para a transmissão térmica.

Em uma forma preferida de concretização o vapor lavado ou o vapor fresco é comprimido ou despressurizado em um processo de força com produção de trabalho técnico, sendo que os estágios de pressão da compressão são convenientemente determinados pelo nível de pressão necessário ao aquecimento do secador e ao aquecimento do segundo estágio de processo. Em uma outra forma de concretização, o vapor é condensado sob liberação de calor e este calor é aproveitado preferivelmente para fins de aquecimento. Em uma outra forma de concretização preferida o vapor de aquecimento para o aquecimento do secador e opcionalmente o vapor de aquecimento necessário para o aquecimento do segundo estágio de processo são desacoplados de uma turbina de contrapressão de um processo de uma força motriz a vapor sendo que o nível de pressão do desacoplamento corresponde basicamente ao nível de pressão do vapor de aquecimento necessário para o aquecimento do secador e se necessário ao nível de pressão, que é necessário para o aquecimento do segundo estágio de processo e o vapor de escape obtido no segundo e no terceiro estágio de processo condensa sob liberação de calor e este é acoplado preferivelmente para o preaquecimento de água de alimentação, ao processo de força motriz a vapor.

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Para melhorar ainda mais o balanço de calor e de água do método, a água que se acumula opcionalmente na lavagem isotérmica dos vapores de secagem e flash, a água de processo separada opcionalmente na drenagem mecânica e o condensado que se acumula opcionalmente durante a formação de vapor fresco, opcionalmente após limpeza a montante de impurezas, tais como pós, é conduzida ou ao primeiro estágio de processo antes do aumento de pressão e novamente desviada após liberação de uma parte do calor detectável, antes do segundo estágio de processo e em seguida conduzida a uma preparação ou se desejado diretamente a uma utilização, opcionalmente após concentração progressiva por evaporação lenta ou vaporização, e as impurezas opcionalmente separadas desviadas para fora do processo.

A vantagem econômica da invenção é um balanço ideal de energia e mínimo de água da carbonização hidrotermal, que resulta do controle de processo de acordo com a invenção, que consegue com uma qualidade extraordinária, usual no mercado, do produto final, necessária para a substituição de carvão fóssil também o aproveitamento do calor de escape que se acumula preferivelmente internamente para a secagem do produto e opcionalmente o aquecimento dos materiais de aplicação com auxílio da compressão a vapor com base no princípio de bombas térmicas, ou preferivelmente extemamente por expansão do vapor ao nível de temperatura ambiente, por exemplo para fins de obtenção de energia elétrica proveniente do vapor de escape do processo ou preferivelmente externamente por condensação para a disponibilização de calor de aquecimento.

O produto final do método, de acordo com a invenção, pode estar presente, por exemplo, na forma de carvão comerciável com teores de água inferiores a 30, preferivelmente inferiores a 20 % em massa, preferivelmente inferiores a 15 % em massa.

A invenção refere-se a combinações de arranjos preferidos, na media em que estes não se excluam mutuamente.

A invenção será esclarecida com base nos exemplos a seguir, sem porém com isso restringi-la às formas de concretização especialmente

27/41 descritas.

Exemplos de concretização

A invenção é descrita a seguir com auxílio da figura 1 em um exemplo de concretização:

O material de aplicação deve ser aparas de madeira com uma porcentagem de matéria seca de 50 % em massa e um comprimento de borda de no máximo 30 x 20 x 20 mm.

Do silo de material a granel 1 são retirados 2000 kg/h de aparas de madeira, correspondente a um desempenho energético de 5155 kW, através do dispositivo transportador 2 com temperatura ambiente e conduzidos ao primeiro estágio de processo, composto do funil de alimentação 3, da bomba de matéria consistente 4 e da separação de água 5.

A capacidade de bombeamento do material de aplicação é estabelecida em que o volume de vão do material de aplicação é preenchido com 2000 kg/h de água residual interna do processo 29, que foi retirada da lavagem a vapor isotérmica 19, no funil de alimentação 3. A porcentagem de matéria sólida do material de aplicação antes da bomba 4 diminui para 25% em massa. O material é previamente aquecido a uma temperature superior a 50 °C.

A bomba de matéria consistente 4 eleva a pressão da mistura de material de aplicação-água para 2500 KPa (25 bar) e transporta esta para a primeira etapa de processo 7 do segundo estágio de processo através da separação de água 5, na qual ca. 1300 kg/h de água de processo 30 são separados e conduzidos para fora do processo, por exemplo com obtenção dos elementos nutritivos dissolvidos no processo do material de aplicação como adubos 32, através de um espessamento 33, que é obtido pela liberação de vapores de exaustão 31.

Através da colocação de material a granel 6 o material de aplicação preaquecido com um teor de sólidos de 37 % em massa chega à primeira etapa de processo 7 do segundo estágio de processo, que opera sob uma pressão de 2000 KPa (20 bar) e na qual a matéria sólida libera água de arraste, que circula em direção à segunda etapa de processo 9 do segundo

28/41 estágio de processo e na qual o material de aplicação é aquecido através do vapor saturadoque sobe da segunda etapa de processo 9 do segundo estágio de processo e condensa, na temperatura necessária à carbonização hidrotermal, neste exemplo a 210 °C.

O material de aplicação preaquecido na primeira etapa de processo 7 do segundo estágio de processo forma um leito fixo 8, que desce pela força da gravidade para o banho-maria da segunda etapa de processo 9 do segundo estágio de processo, onde ele sob uma pressão de 2000 KPa (20 bar) e temperatura de ebulição da água sob separação da maior parte de sua água quimicamente ligada e formação de gases permanentes,tais como dióxido de carbono, que são transportados para fora do processo através de 15, é carbonizado sob liberação de calor.

O produto carbonizado se decompõe na terceira etapa de processo 10 como sedimento e é transportado dali através de 11 mecanicamente e e regulado sob evaporação flash de uma parte da água de sedimento, para dentro do secador 34.

O balanço de calor do segundo estágio de processo é mantido sob condições de reação aproximadamente isotérmica na segunda etapa de processo pela retirada de água de processo 16 da segunda etapa de processo, através da circulação 13 e a adição de vapor 27 através da condução de vapor 14 e da circulação de água de processo 12 com temperatura de ebulição.

O sedimento transportado através de 11 para fora do segundo estágio de processo para a secagem 34 do terceiro estágio de processo é ali secado indiretamente com auxílio de áreas aquecidas a vapor sob formação de condensado de vapor de aquecimento 28, sob sobrepressão mínima em uma atmosfera de vapor. Os vapores de saturação 17 e 18 que se formam durante a saída de sedimento 11 e durante a secagem 34 assim como o vapor flash da água retirada para fora do seundo estágio de processo através de 16 são lavados na lavagem a vapor 19 isotérmica com uma sobrepressão mínima com o condensado de vapor de aquecimento 36 que se acumula durante a secagem ou água de processo 16.

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O vapor 20 lavado que se acumula com uma pressão superior à pressão ambiente é comprimido em 21 na pressão de vapor de aquecimento necessária para a realização do terceiro estágio de processo, mediante injeção de condensado de vapor de aquecimento em 24 resfriado de volta para condições de vapor saturado basicamente e em seguida conduzido às áreas de aquecimento da secagem através de 25.

Vapor flash não necessário para a realização do terceiro estágio de processo pode ser despressurizado de acordo com a invenção em uma expansão 22 com produção de trabalho técnico no nível de temperatura ambiente e liquefeito em uma condensação 23 e em seguida conduzido ao processo, sendo que aágua aqui desviada reduz correspondentemente a saída de água através de 30.

No caso de necessidade de aquecimento no Segundo estágio de processo, de acordo com a invenção, o vapor comprimido em 21 após resfriamento de retorno em 24 pode ser conduzido a um segundo estágio de compressão 26 e ali ser comprimido sob a pressão necessária para a alimentação ao segundo eságio de processo através de 14.

No exemplo, o produto final é um produto semelhante a combustível pulverizado de linhita, que é transportado através de 35 para fora do processo com um fluxo de massa de aproximadamente 700 kg/h, teor de água de aproximadamente 15 % em massa e um valor de aquecimento de 4.925 kW.

O grau de ação energetic da conversão química é no exemplo superior a 95 %.

A invenção é descrita com auxílio da figura 2 em um segundo exemplo de concretização como segue:

O material de aplicação deve ser uma mistura de grama e folhagem da preservação de paisagem natural com uma porcentagem de matéria seca de 40 % em massa e um comprimento de no máximo 20 mm.

t/h do material de aplicação 37 (0,4 t/h de matéria seca e 0,6 t/h de água) é continuamente conduzido sob temperatura ambiente do primeiro estágio de processo composto de um dispositivo para aumentar a

30/41 pressão, neste exemplo de um alimentador rotatório de pressão de dois estágios 38, que é composto de uma matriz para o material de aplicação, assim como de um alimentador rotativo de baixa pressão, de um alimentador rotativo de alta pressão e de três guarnições de alimentador rotativo.

O alimentador rotativo de pressão 38 opera periodicamente e aumenta a pressão do material de aplicação para 1800 KPa (18 bar), sendo que o material de aplicação 37 é transportado pela força da gravidade da matriz para o primeiro alimentador rotativo de baixa pressão, do alimentador rotativo de baixa pressão para o alimentador rotativo de alta pressão e de lá diretamente para o segundo estágio de processo, composto de um recipiente de reação que fica na vertical.

O material de aplicação é colocado por cima no segundo estágio de processo que opera com uma pressão de 1800 KPa (18 bar) e no qual o material de aplicação libera água de arraste, lá mediante adição de 0,3 t/h de vapor de aquecimento através de 27 é previamente aquecido na temperatura ncessária para a cabonização hidrotermal , neste exemplo 190°C.

O material de aplicação afunda pela força da gravidade no banho-maria 39, onde ele carboniza sob uma pressão de 1800 KPa (18 bar) e temperatura de ebulição máxima da água sob separação de 0,04 t/h de água quimicamente ligada e sob formação de 0,04 t/h de gases permanentes, tais como dióxido de carbono, que são desviados para fora do processo através de 15, sob liberação de calor e que se deposita como sedimento 40.

O sedimento 40 com um teor de sólidos de 30% (0,32 t/h de matéria sólida e 0,75 t/h de água) é transportado para fora do segundo estágio de processo através de 11 por via mecânica e regulado sob vapor flash de uma parte da água de sedimento 17 (0,17 t/h), sendo que o teor de sólidos aumenta para aproximadamente 36% e é inserido no secador 34 do terceiro estágio de processo.

O equilíbrio térmico do segundo estágio de processo é mantido pela remoção de água de processo através de um dispositivo removedor com retenção de matéria sólida 41, de sua circulação 12 e recolocação, através da adição de vapor de aquecimento 27 e o desvio de água através de

31/41

16.

A introdução do vapor de aquecimento 27 e da água de circulação 12 é feita tangencialmente de tai forma que que a parte/área superior do segundo estágio de processo seja recirculada basicamente em sentido horizontal e assim o nível do sedimento 40 seja limitado de forma que não se forma sólido residula no fundo. Ao mesmo, ao permitir, de acordo com a invenção, uma sedimentação, o teor de sólidos na saída de sedimento é aumentado para aproximadamente 30% em massa, de forma que uma grande quantidade de água quente permanece no segundo estágio de processo, que forma o banho-maria 39, sendo realizada a carbonização e desviada apenas a água quimicamente ligada não transportada para fora com o sedimento, porém introduzida juntamente com o material de aplicação ou como vapor de aquecimento no segundo estágio de processo e dissociada do material de aplicação no segundo estágio de processo (junto aproximadamente 0,19 t/h) através de 16 para fora do segundo estágio de processo e despressurizada sob liberação de vapor flash 42 e disponibilizada para uma posterior utilização como água de processo despressurizada (43). O banho-maria apresenta acima da camada de sedimento neste exemplo um teor de sólidos inferior a 10% em massa, o que assegura uma boa capacidade de recirculação. Neste exemplo fica claro que a permissão, de acordo com a invenção, de construção de uma camada de sedimento acarreta uma concentração progressiva elevada de teor de sólidos na saída de sedimento e desse modo uma grande parte da água de processo pode ser mantida no segundo estágio de processo. O estabelecimento do sedimento faz com que o material de aplicação permaneça por um período mínimo, neste exemplo por 60 minutos, no segundo estágio de processo de forma que possa ser realizada a conversão mínima e seja garantida uma qualidade mínima de produto neste caso um teor de carbono superior a 55% em massa.

O sedimento transportado através de 11 para fora do segundo estágio de processo no secador 34 do terceiro estágio de processo é secado lá indiretamente com auxílio de áreas 44 aquecidas a vapor, sob formação de condensado de vapor de aquecimento 28, sob mínima sobrepressão em

32/41 uma atmosfera de vapor e com um teor de água de 10 % em massa (0,32 t/h de teor de sólidos e 0,04 t/h de água) transportado através de 35 para fora do processo. Neste caso, se formam aproximadamente 0,54 t/h de vapor saturado18. Os vapores flash 17 e 42 que se formam durante a despressurização de sedimento 11 e despressurização de água de processo assim como o vapor 18 que se forma durante a secagem 34 são obtidos como vapor saturado de forma que seu calor latente pode ser aproveitado diretamente após compressão ou despressurização por condensação e ser novamente acoplado ao processo.

A invenção será a seguir descrita com auxílio da figura 3 em um terceiro exemplo de concretização:

O material de aplicação são aparas de madeira com um teor de matéria seca de aproximadamente 50 % em massa e uma comprimento de borda de no máximo 60 x 60 x 60 mm.

Do silo de material a granel 1 são removidas 2000 kg/h de aparas de madeira 37, correspondente a um desempenho de energia de 5.556 kW, através de um dispositivo transportador 2 com temperatura ambiente e conduzidas ao segundo estágio de processo, composto do tanque de trituração 3, do dispositivo para aumento de pressão 61 , neste exemplo uma bomba de alta pressão e de um alimentador rotativo de roda celular e da separação de água 5.

A temperatura do material de aplicação é aumentada através da adição de 200 kg/h de vapor de escape 45, que foi parcialmente obtido na despressurização fish do sedimento 40, neste exemplo até acima de 90°C. A capacidade de transporte do material de aplicação é estabelecida em que este é misturado no tanque de trituração 3 com uma parte da água de escape interna do processo 46 (1.040 kg/h), que foi removida na drenagem mecânica 47, e uma parte da água de circuito 48 (7.800 kg/h), que foi separada antes do aumento de pressão no alimentador rotativo de roda celular basicamente novamente do material de aplicação e substituída pela água de escape 30 interna do processo. O teor de sólidos do material de aplicação antes do alimentador rotativo de roda celular cai portanto para menos de 10 %

33/41 em massa. A água em excesso (380 kg/h) é desviada através de 49 para fora do processo e, por exemplo, conduzida a uma fase de preparação ou utilização. O aumento de pressão no alimentador rotativo de roda celular é assistido pela condução da água de escape interna do processo 30 para fora da separação de água 5, que é conduzida através d euma bomba de alta pressão para o alimentador rotativo de roda celular.

No aumento de pressão 61 a pressão da mistura de material de aplicação - água é elevada para 2500 KPa (25 bar) e esta transportada basicamente pela água de escape interna de processo conduzida no circuito 30 para dentro da separação de água 5, onde esta é separada novamente do material de aplicação e para fora da qual o material de aplicação dessecado é conduzido ao segundo estágio de processo. O aumento de pressão também pode ser feito em duas combinações comutadas em série compostas de bomba de alta pressão e alimentadores rotativos de roda celular, caso isso seja vantajoso ou necessário para obtenção da pressão necessária.

O material de aplicação é colocado por cima com um teor de sólidos superior a 30 % em massa para dentro do segundo estágio de processo que opera sob uma pressão de 2000 KPa (20 bar) e no qual o material de aplicação libera água de arraste, á á previamente aquecido através de água de circulação 12 aquecida pela condensação de aproximadamente 420 kg/h de vapor de aquecimento 27 na temperatura necessária para a carbonização hidrotermal, neste exemplo 220°C.

O material de aplicação cai condicionado pela força de gravidade no banho-maria 39, onde ele carboniza sob uma pressão de 2000 KPa (20 bar) e temperatura de ebulição máxima da água com separação de 100 kg/h de água quimicamente ligada e formação de 100 kg/h de gases permanentes, tais como dióxido de carbono, que são transportados através de 15 para fora do processo, sob liberação de calor e se deposita como sedimento 40. O banho-maria apresenta acima da camada de sedimento neste exemplo um teor de sólidos inferior a 5 % em massa, o que assegura uma boa capacidade de recirculação. Neste exemplo, fica claro que a possibilidade, de acordo com a invenção, de estabelecimento de uma camada de sedimen

34/41 to produz uma concentração progressiva considerável de matéria sólida na saída de sedimento e desse modo uma grande parte da água de processo é mantida no segundo estágio de processo.

O sedimento 40 é transportado para fora do segundo estágio de processo através de 11 em dois estágios, por via mecânica e de forma ajustada sob evaporação flash de uma parte da água de sedimento 50, 51, sendo que a evaporação flash é feita em dois estágios e o vapor flash é obtido neste exemplo como vapor de média pressão em aproximadamente 600 KPa (6 bar) (50; 360 kg/h) e como vapor de baixa pressão em aproximadamente 100 KPa (1 bar) (51 ; 270 kg/h) e conduzido ao terceiro estágio de processo, composto de uma drenagem mecânica (47) e de uma secagem aquecida a vapor em atmosfera de vapor(34).

O equilíbrio térmico do segundo estágio de processo é mantido pela remoção de água de processo através de um dispositivo removedor com retenção de matéria sólida 41, sua circulação 12, sendo que ela é aquecida em um trocador de calor por condensação de vapor de aquecimento 27, pela remoção de vapor 13 e remoção de água 16.

O balanço de calor do segundo estágio de processo é equilibrado pela remoção de 80 kg/h de água de processo através de 16 que sofre despressurização flash, e na qualidade de água 43 (60 kg/h) ou é colocada como água adicional no tanque de trituração (3) ou transportada para fora do processo e vapor saturado 42 (20 kg/h), que fica disponível para um aproveitamento energético posterior.

O sedimento transportado através de 11 para fora do segundo estágio de processo na drenagem mecânica (47) é ali dessecado mecanicamente a um teor de matéria seca superior a 50 % em massa, o filtrado 46 (1.060 kg/h) é conduzido parcialmente ao tanque de trituração 3 como água de escape intena de processo e o concentrado, o material de aplicação carbonizado, mecanicamente dessecado 52 (1.600 kg/h), é conduzido à secagem 34 onde é secado indiretamente com auxílio de áreas aquecidas a vapor 44, sob formação de condensado de vapor de aquecimento 28 e aproximadamente 730 kg/h de vapor saturado18, sob uma sobrepressão mínima

35/41 em uma atmosfera de vapor e transportado para fora do processo com um teor de água de 8 % em massa (800 kg/h de matéria sólida e 70 kg/h de água) através de 35.

O vapor flash 51 que se forma no segundo estágio de processo da despressurização de sedimento 11, o vapor 18 que se forma na secagem 34 assim como o vapor flash 42 da água removida do segundo estágio de processo através de 16 são obtidos como vapor saturado, podem ser conduzidos juntos e ficam disponíveis após descarga do fluxo de vapor para o aquecimento prévio dos materiais de aplicação 45 no tanque de trituração 3 como vapor de baixa pressão 53 (cercade 100 KPa (1 bar)) para um aproveitamento energético posterior através da condensação direta ou despressurização.

Além disso, fica disponível o vapor flash 50 que se forma no primeiro estágio da despressurização de sedimento como vapor de média pressão (cerca de 600 KPa (6 bar)) para um aproveitamento posterior através da condensação direta ou após compressão ou despressurização.

No exemplo o produto final é um produto semelhante a um combustível pulverizado de linhita, que é transportado através de 35 para fora do processo com um fluxo de massa de aproximadamente 870 kg/h e um teor de água de aproximadamente 8 % em massa e um valor calorífico de 5.376 kW.

O grau de ação energético da conversão química é no exemplo superior a 95 %.

O terceiro exemplo de concretização mostra em relação ao segundo exemplo de concretização com relação à gestão de energia e de água do processo um controle de processo melhorado ainda mais com relação ao segundo exemplo de concretização, já que a temperatura do material de aplicação da die Temperatur des Einsatzstoffs durch die Ruckfuhrung von Abwãrme pôde ser aumentada na forma de vapor de escape proveniente da despressurização flash e na forma de água residual proveniente da drenagem mecânica, de forma que a demanda específica de vapor de aquecimento 27 cai no segundo estágio de processo e ao mesmo tempo a demanda de

36/41 vapor de aquecimento 25 é reduzida na secagem através da drenagem mecânica a montante. A água separada na drenagem mecânica é vantajosamente utilizada para estabelecer a capacidade de bombeamento do material de aplicação e preparar a água necessária para a realização do segundo estágio de processo, que não é colocada no processo tal como no primeiro exemplo, com o material de aplicação mais seco em comparação com o primeiro exemplo de concretização.

A quantidade de agua transportada neste exemplo para fora da instalação resulta da soma dos fluxos 49 e 43 assim como dos fluxos 50 e 53 após uma condensação direta ou realizada após uma compressão ou despressurização.

A utilização, de acordo com a invenção, dos fluxos de vapor de escape é a seguir descrita pela figura 4 em um quarto exemplo de concretização, que deve ser considerado em combinação com o exemplo de concretização 2 (figura 2):

Os vapores flash 17 e 42 que se formam na despressurização de sedimento 11 e na despressurização da água removida para fora do segundo estágio de processo através de 16 assim como o vapor 18 que se forma na secagem 34 são lavados na lavagem a vapor 19 isotermicamente com o condensado de vapor de aquecimento 28 que se acumula durante a secagem.

O vapor lavado 20 é comprimido no compressor 21 na pressão de calor de aquecimento necessária para a realização do terceiro estágio de processo, aquecido mediante injeção de condensado de vapor de aquecimento em 24, ou seja, colocado basicamente na temperatua de vapor saturado, e em seguida conduzido às áreas de aquecimento da secagem através de 25.

No caso de demanda de aquecimento no segundo estágio de processo o vapor comprimido em 21, de acordo com a invenção, poderá ser conduzido após resfriamento de retorno em 24, a um segundo estágio de processo 26 e lá ser comprimido na pressão necessária para o lançamento no segundo estágio de processo através de 27.

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O vapor não necessário para o aquecimento do segundo e do terceiro estágio de processo pode ser despressurizado de acordo com a invenção em uma expansão 22 sob liberação de trabalho técnico ao nível de temperatura ambiente e ser fluidificado em uma condensação 23. Alternativamente também poderá ser feita uma condensação simples do vapor em excesso sob liberação de calor.

O condensado de vapor que acumula durante 55 e a água de escape interna de processo que se acumula durante 29 proveniente da lavagem a vapor isotérmica são, em caso de necessidade, utilizados internamente no processo como água de circuito ou opcionalmente desviados para fora do processo após uma preparação.

O aproveitamento, de acordo com a invenção dos fluxos de vapor de escape é a seguir descrito com auxílio da figura 5 em um quinto exemplo de concretização, que deve ser considerado em combinação com o exemplo de concretização 3 (figura 3):

O vapor de baixa pressão 53 não necessário para o preaquecimento regenerativo dos materiais de aplicação (ca. 1 bar) é condensado em um evaporador de baixa pressão 56. O contra-fluxo o condensado de vapor de aquecimento 28 que se acumula na secagem sofre em seguida uma despressurização flash e o vapor flash assim formado que foi separado no separador 57 de líquido/vapor, evapora juntamente com o condensado de vapor 55 proveniente da expansão 22 e fornece, juntamente com o vapor flash proveniente de 57, o vapor de baixa pressão 20. Neste caso, deve-se observar que o vapor de baixa pressão 20 condicionado pela diferença de temperatura necessária no trocador de calor é gerado a uma pressão de aproximadamente 90 KPa (0,9 bar).

O vapor de baixa pressão 20 (cerca de 80 KPa (0,8 bar)) é comprimido no compressor 21 na pressão de vapor de aquecimento necessária para a realização do terceiro estágio de processo, aquecido por injeção de condensado de vapor de aquecimento em 24 ou seja, colocado basicamente na temperatura de vapor saturado, e em seguida juntamente com vapor flash proveniente da despressurização do condensado 54 e o vapor adicionalmen

38/41 te gerado em 58 e separado em 57, é conduzido às áreas de aquecimento da secagem através de 25.

Em caso de necessidade de aquecimento no segundo estágio de processo de acordo com a invenção o vapor comprimido em 21 após o resfriamento de retorno em 24 é conduzido a um segundo estágio de processo 26 e lá é comprimido na pressão necessária para o acoplamento ao segundo estágio de processo através de 27. O condensado 54 do vapor de aquecimento 27 sofre despressurização flash e é parcialmente evaporado no evaporador de média pressão 58 por condensação de vapor flash de média pressão 50 (cerca de 600 KPa (6 bar)). O vapor assim obtido, que é gerado condicionalmente pela diferença de temperatura necessária no trocador de calor a uma pressão de aproximadamente 500 KPa (5 bar), é separado no separador de líquido-vapor 57 da fase líquida e conduzido como vapor de aquecimento juntamente com o vapor comprimido em 21 e desaquecido em 24 da secagem através de 28. A fase líquida é misturada juntamente com o condensado de vapor de aquecimento proveniente da secagem 28 e em pregado parcialmente para o resfriamento de retorno de vapor em 24 e parcialmente para a geração de vapor de vaixa pressão.

O vapor não necessário para o aquecimento do segundo e do terceiro estágio de processo de acordo com a invenção é despressurizado em uma expansão 22 com produção de trabalho técnico no nível de temperatura ambiente e liquefeito em uma condensação 23. Alternativamente, também pode ser feita uma condensação simples do vapor em excesso sob liberação de calor.

O condensado de vapor de baixa pressão que se acumula em 59 e o condensado de vapor de média pressão que se acumula em 60 são utilizados como água de circuito se houver necessidade, internamente no processo ou opcionalmente desviados para fora do processo após preparação.

LISTAGEM DE REFERÊNCIA

1)

2) silo de material a granel dispositivo transportador

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3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12)	funil de alimentação! tanque de trituração bomba de matéria consistente separação de água colocação de material a granel primeira etapa de processo, segunda etapa de processo leito fixo do material de aplicação segunda etapa de processo, segundo estágio de processo terceira etapa de processo, segundo estágio de processo saída de sedimento com despressurização flash água de processo de circulação proveniente do segundo estágio de processo
13) 14) 15) 16) 17) 18) 19) 20) 21) 22) 23) 24) 25) 26) 27)	vapor de remoção proveniente do segundo estágio de processo adição de vapor desvio de gás permanente água de processo proveniente do segundo estágio de processo vapor flash proveniente de despressurização de sedimento Vapor proveniente da secagem lavagem de vapor flash isotérmica Vapor de baixa pressão antes do compressor Compressor I expansão condensação retrorefrigerador vapor de aquecimento secagem compressor II Vapor de aquecimento para o aquecimento do segundo estágio de processo
28) 29)	Condensado de vapor de aquecimento proveniente da secagem água de escape interna de processo proveniente da lavagem a vapor
30)	água de escape interna de processo proveniente da separação de água

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31) Vapores de exausto provenientes de concentração

32) Adubos

33) concentração de água de processo

34) secador em atmosfera de vapor

35) saída de produto

36) condensado de vapor de aquecimento para a lavagem isotérmi- ca

37) material de aplicação antes do primeiro estágio de processo

38) alimentador rotatório de pressão

39) banho-maria no segundo estágio de processo

40) sedimento no segundo estágio de processo

41) dispositivo removedor com retenção de matéria sólida

42) vapor flash proveniente da despressurização de água de processo

43) água de processo despressurizada

44) áreas aquecidas a vapor

45) vapor de escape antes do preaquecimento

46) água residual interna de processo proveniente de drenagem mecânica

47) drenagem mecânica

48) água de circuito para o transporte de material de aplicação

49) água de processo transportada para fora

50) Vapor flash pressão média proveniente de despressurização de sedimento

51) vapor flash baixa pressão proveniente de despressurização de sedimento

52) material de aplicação carbonizado após drenagem mecânica

53) vapor de baixa pressão

54) condensado de vapor de aquecimento proveniente do segundo estágio de processo

55) condensado de vapor expansão

56) trocador de calor /evaporador de baixa pressão

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57) 58) 59) 60) 5 61)

separador de líquido-vapor trocador de calor /evaporador de média condensado de vapor de baixa pressão condensado de vapor de média pressão bomba de alta pressão e alimentador rotativo de roda célula

1/4

Claims (11)

1. Método contínuo para a carbonização hidrotermal de biomassa, caracterizado pelo fato de • em um primeiro estágio de processo, o do aumento de pressão, a pressão do material de aplicação ser elevada basicamente para a pressão do estágio de processo subsequente de pelo menos 500 KPa (5 bar), • o material de aplicação em um segundo estágio de processo, o da carbonização, ser transformado em um produto carbonizado sob dissociação de basicamente água e dióxido de carbono sob uma pressão de pelo menos 500 KPa (5 bar) e temperatura máxima de ebulição da água, • o material de aplicação no segundo estágio de processo ser transportado sobretudo pela força da gravidade basicamente verticalmente, • o material de aplicação na área superior do segundo estágio de processo ser recirculado pela remoção de água para fora do segundo estágio de processo e recondução parcial de água para dentro do segundo estágio de processo, • o material de aplicação se depositar na parte inferior do segundo estágio d eprocesso como sedimento aquoso, • o nível mínimo do sedimento ser de tal forma escolhido que o teor de sólidos é elevado por sedimentação para pelo menos 15%, preferivelmente pelo menos para 20%, ainda mais preferivelmente pelo menos para 25%, especialmente preferivelmente pelo menos para 30% e o nível máximo da camada de sedimento ser limitado de tal forma que não é formado nenhum sólido residual no fundo através da pressão estática, • o nível de enchimento do nível de água no segundo estágio de processo ser ajustado pela remoção e condução de água para o estágio de processo, • os gases permanentes que se acumulam no segundo estágio de processo serem desviados no contra-fluxo em relação ao material de aplicação que entra no segundo estágio de processo, para fora do segundo estágio de processo de tal forma que a porcentagem de vapor d'água pre

2/4 sente condense pelo menos parclalmente no material de aplicação relativamente mais frio e os gases permanentes sejam só então desviados para fora do processo • o sedimento ser transportado para fora do segundo estágio de processo e ser resfriado por evaporação de água no nível basicamente de temperatura de um terceiro estágio de processo, o de uma secagem aquecida com vapor, no qual a secagem é feita em atmosfera de vapor e para esta ser conduzido e para fora desta ser transportado como produto final na forma de carvão comerciável com teores de água inferiores a 30, preferivelmente inferiores a 20, especialmente inferiores a 15 % em massa.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a temperatura do material de aplicação no primeiro estágio de processo ser elevada através da mistura deste com água residual mais quente em relação à temperatura do material de aplicação e vapor de escape proveniente dos estágios de processo subsequentes e de, antes da introdução do material de aplicação no segundo estágio de processo, ser novamente separada tanto de água máxima possível do material de aplicação, quanto anteriormente esta havia sido conduzida e ser desviada da água separada o máximo de água possível para fora do processo, quanto esta havia sido separada do material de aplicação nos estágios de processo subsequentes, o da carbonização e o da secagem, e além disso de água conduzida ao primeiro estágio de processo permanecer no processo como água de circuito.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de no primeiro estágio de processo o aumento de pressão do material de aplicação ser feito na presença de um líquido e imediatamente antes do aumento de pressão ser estabelecida a capacidade de transporte do material de aplicação por preenchimento de pelo menos seu volume da cavidade com água residual interna do processo e de antes da entrada do material de aplicação no segundo estágio de processo, ser separada tanto de água máxima possível novamente do material de aplicação, quanto esta havia sido conduzida.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a

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3, caracterizado pelo fato de na segunda etapa de processo do segundo estágio de processo, o da carbonização, um procedimento aproximadamente isotérmico ser obtido pela retirada de vapor, por recondução da água removida para a recirculação e se necessário pela adição de vapor de aquecimento externo, que condensa no estágio de processo.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de na segunda etapa de processo do segundo estágio de processo, o da carbonização, um procedimento aproximadamente isotérmico ser obtido por retirada de vapor ou pela remoção, aquecimento e recondução da água removida para a recirculação.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de ficar a montante da secagem aquecida a vapor do terceiro estágio de processo, uma drenagem mecânica, sendo que apenas o concentrado que se acumula durante a drenagem mecânica é colocado na secagem aquecida com vapor.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de o vapor flash proveniente da redução de pressão da água não novamente conduzida ao segundo estágio de processo e do sedimento aquoso, assim como o vapor que se forma durante a secagem serem isotermicamente lavados e em seguida comprimidos ou em um processo de força com produção de trabalho técnico serem despressurizados, sendo que os estágios de pressão da compressão são determinados pela pressão necessária para o aquecimento do secador e para o aquecimento do segundo estágio de processo.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de o vapor flash proveniente da redução de pressão da água não novamente conduzida ao segundo estágio de processo e do sedimento aquoso assim como o vapor que se forma durante a secagem serem condensados para gerar vapor fresco, o qual é em seguida comprimido ou despressurizado em um processo de força com produção de trabalho técnico, sendo que os estágios de pressão da compressão são determinados pela pressão necessária ao aquecimento do secador e ao aquecimento

4/4 do segundo estágio de processo.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de a água que se acumula na lavagem isotérmica dos vapores flash e de secagem ser conduzida ao material de aplicação no primeiro estágio de processo antes do aumento de pressão e novamente ser separada deste após liberação de uma parte de seu calor detectável no material de aplicação pelo menos parcialmente antes do segundo estágio de processo, e depois ser conduzida e em seguida ser conduzida a um aproveitamento, opcionalmente após concentração progressiva por evaporação lenta ou vaporização.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de o filtrado que se acumula na drenagem mecânica ser conduzido ao material de aplicação no primeiro estágio de processo antes do aumento de pressão e após liberação de uma parte de seu calor detectável no material de aplicação ser desviado novamente pelo menos parcialmente antes do segundo estágio de processo e em seguida ser conduzido a um aproveitamento, opcionalmente após concentração progressiva por evaporação lenta ou vaporização.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de o condensado que se acumula no evaporador ser conduzido ao material de aplicação no primeiro estágio de processo antes do aumento de pressão e após liberação de uma parte de seu calor detectável ser novamente separado deste pelo menos parcialmente antes do segundo estágio de processo e em seguida ser conduzido ao aproveitamento, opcionalmente após concentração progressiva por evaporação lenta ou vaporização.