BR112012011891B1 - utilização térmica e química de materiais carbonáceos em particular para geração de energia livre de emissão - Google Patents

Abstract

"utilização térmica e química de materiais carbonáceos em particular para geração de energia livre de emissão". em um processo de acordo com a invenção para a geração de energia e/ou de hidrocarbonetos e outros produtos através da utilização de materiais carbonáceos, em um primeiro estágio do processo (p1) os materiais carbonáceos são fornecidos e são pirolizados, onde o coque pirolítico (m21) e o gás pirólico (m22) são formados. em um segundo estágio do processo (p2), o coque pirolítico (m21) do primeiro estágio do processo (p1) é gaseificado, onde o gás sintético (m24) é formado, e a escória e outros resíduos (m91, m92, m93, m94) são removidos. em um terceiro estágio do processo (p3), o gás sintético (m24) do segundo estágio do processo (p2) é convertido em hidrocarbonetos e/ou em outros produtos sólidos, líquidos, e/ou gasosos (m60), que são descarregados. os três estágios do processo (p1, p2, p3) dão forma a um ciclo fechado. o gás em excesso (m25) do terceiro estágio do processo (p3) é passado como um gás reciclado no primeiro estágio do processo (p1), e/ou o segundo estágio do processo (p2), e o gás pirólico (m22) do primeiro estágio do processo (p1) é passado no segundo estágio do processo (p2), e/ou no terceiro estágio do processo (p3).

Description

(54) Título: UTILIZAÇÃO TÉRMICA E QUÍMICA DE MATERIAIS CARBONÁCEOS EM PARTICULAR PARA GERAÇÃO DE ENERGIA LIVRE DE EMISSÃO (51) Int.CI.: C10J 3/66; C07C 29/151; C10G 2/00; F01K 23/06; F02C 3/28; F23J 15/06 (30) Prioridade Unionista: 20/11/2009 EP 09176684.0, 22/01/2010 EP 10151481.8, 22/01/2010 EP 10151473.5, 23/02/2010 EP 10154449.2 (73) Titular(es): RV LIZENZ AG (72) Inventor(es): MIKAEL RÜDLINGER

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Relatótio Descritivo da Patente de Invenção para: “UTILIZAÇÃO TÉRMICA E QUÍMICA DE MATERIAIS CARBONÁCEOS EM PARTICULAR PARA GERAÇÃO DE ENERGIA LIVRE DE EMISSÃO”.

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção se relaciona ao processo e recursos para a geração de energia livre de emissão através do processamento térmico-químico e utilização de materiais e misturas carbonáceos sólidos, líquidos e gasosos, em particular de materiais de resíduos, biomassa, carvão e outros materiais heterogêneos. A invenção também se relaciona aos recursos para a geração de energia elétrica e mecânica, e processos correlatos, assim como a produção de hidrocarbonetos sintéticos e sua utilização em tais recursos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Tem-se o conhecimento há algum tempo que as emissões, particularmente emissões de dióxido de carbono, apresentam vários efeitos adversos no equilíbrio climático da terra, e contribui imensamente para o aquecimento climático provocado pelo homen. Evitar as emissões do dióxido de carbono é consequentemente muito desejável, em particular na geração de energia a partir de materiais carbonáceos, tais como resíduos, biomassa e combustíveis fósseis.

Quando os materiais carbonáceos são usados como combustíveis em estações de energia convencionais, o dióxido de carbono é um produto inevitável da geração de energia. Ao separar o dióxido de carbono dos gases de escape dos combustíveis resultantes normalmente não é possível em vista de uma despesa econômica considerável.

Para a escala industrial, sistemas estão sendo testados onde o dióxido de carbono é preso, por exemplo, em solventes baseados em amina, e é armazenado na forma comprimida. Entretanto, tais sistemas são caros e complicados.

Fontes de energia sem emissões de dióxido de carbono tais como, por exemplo, energia solar, energia eólica, energia hidráulica e energia nuclear apresentam outros problemas. Instalações recentes para o uso de fontes de enregia alternativas tais como a energia eólica, energia solar e biomasssa possuem capacidades insuficientes para atender a demanda significativamente crescente de energia. Além disso, as fontes de energia dependentes da meteorologia frequentemente não garantem incondicionalmenteas capacidades de rendimento necessárias. As instalações para baixa emissão, eficiente, flexível e de fácil comercialização com preços elevados de geração de energia, em particular de energia elétrica, são desse modo um tema de intensa atividade de pesquisa.

A partir do estado da técnica, vários tipos de processos e instalações são conhecidos nos quais as misturas gasosas podem ser produzidas a partir de materiais carbonáceos sólidos, líquidos e gasosos, os quais são então usados como os chamados gases sintéticos para a síntese química. Os gases sintéticos contendo monóxido de carbono e hidrogênio

2/46 são usados, por exemplo, para a síntese industrial do metanol em fase líquida ou para a síntese Fischer-Tropsch para produzir hidrocarbonetos e outros materiais orgânicos. Alternativamente, tais gases sintéticos são também usados para a geração de energia, por exemplo, como um combustível para operar máquinas aquecidas.

Para produzir gases com a síntese monóxido de carbono - hidrogêneo a partir do carbono sólido, o carbono sólido é gaseificado usando o oxigênio, o dióxido de carbono ou a água para formar o gás sintético:

C(s) + CO₂í52CO (ΔΗ+131,3 kJ/mol) (I)

C(s) + H₂O Í? CO + H₂ (ΔΗ +172,5 kJ/mol) (II)

2C(s) + O₂F2CO (ΔΗ-110,5 kJ/mol) (III)

A relação entre o monóxido de carbono e o hidrogêneo é dada pelo que é designada a reação de troca do gás e a água (IV):

CO + H2O CO2 + H2 (ΔΗ -41.2 kJ/mol) (IV)

A energia térmica necessária para o curso das reações endotérmicas I e II pode se originar, por exemplo, a partir de uma combustão parcial do carbono sólido na reação III, ou pode ser externamente suprido.

Em um tipo de processo conhecido para produzir o gás sintético ou o combustível gasoso correspondente, o carbono sólido para reações de gaseificação está presente na forma de coque. Este é por sua vez gerado em um estágio do processo anterior através da pirólise do carvão ou outros materiais carbonáceos. Os gases pirólicos formados durante a pirólise são queimados, onde os gases de combustão que contém dióxido de carbono aquecido servem primeiramente como um agente de gaseificação para o coque e também como um fornecedor de energia térmica externa.

Em outro tipo de processo o coque é gaseificado com a adição de ar/oxigênio, onde a energia térmica é gerada em primeiro lugar através da combustão parcial do carbono do coque. O gás pirólico proveniente de um estágio de pirólise anterior é então misturado em síntese de gás térmica onde é quebrada, e então uma mistura de um gás combustível livre de alcatrão é formada.

Os processos conhecidos para produzir o gás sintético são direcionados e otimizados para produzir um gás sintético para a indústria química a partir do carvão fóssil barato, por exemplo, para produzir um propulsor líquido e outros produtos finais de alto valor. Nestes processos alguns dos materiais iniciais são queimados para a geração de energia, e também na produção em grandes quantidades de produtos finais de alto valor com o dióxido de carbono não mais utilizado são produzidos. Devido ao aquecimento climático provocado pelo homem, tais processos ineficientes estão agora se tornando menos e menos aceites.

Outros processos são primariamente direcionados para a produção mais facilmente

3/46 manuseando o combustível gasoso, a partir de materiais carbonáceos tais como, por exemplo, carvão fóssil, biomassa ou misturas heterogêneas tais como, por exemplo, resíduo de combustível. Com este combustível, por exemplo, o turbo de gás pode ser acionado. Tais processos são descritos, por exemplo, na patente DE 102007041624 A1 e DE 2325204 A1. Entretanto, também nesses processos alguma energia química armazenada no material de partida sólido é consumida na conversão, tanto na produção do coque ou quanto na produção de gás e o dióxido de carbono é consequentemente descartado.

Uma desvantagem dos processos conhecidos é a geração de emissões, a baixa eficiência, e a complicada estrutura e operação, particularmente nas instalações onde o coque é gaseificado em uma corrente fluidizada ou fluxo arrastado.

Do mesmo modo, vários processos são conhecidos onde os propulsores líquidos podem ser produzidos a partir da biomassa. No artigo escrito por G.W. Huber et. AL., “Synthesis of Transportation Fuels from Biomass: Chemistry, Catalysts, and Engineeríng, Chem. Rev. 106 (2006), p. 4044, uma revisão de várias abordagens é dada. Em um determinado tipo básico desses processos, a biomassa é gasificada e a partir da mistura de gás resultante então os hidrocarbonetos gasosos e /ou líquido e/ou outros componentes carbonáceos são sintetizados servindo então como propulsor ou combustível.

Tal processo para produzir um propulsor sintético a partir da biomassa é descrita em “Process for Producing the Synthetic Biofuel SunDiesel” [English translation of German title “Verfahren zur Herstellung des synthetischen Biokraftstoffs SunDiesel’], B. Hoffmann, Aufbereitungstechnik, 49(1-2) (2008), p. 6. Neste processo, o qual é chamado de “Carbo-V”, a biomassa granulosa (material da planta fragmentada) é pirolisada com o ar numa primeira etapa a baixa pressão (4 bar) de 400 a 500 °C, onde esta etapa é considerada como uma etapa de pré-tratamento térmico. Este produz o gás pirólico e o coque pirolítico. Uma instalação correspondente é divulgada, por exemplo, na patente DE 19807988 A1. O gás pirólico é então pós-oxidado com ar ou oxigênio pré-aquecido em alta temperatura (1400 a 1500 °C) a fim de quebrar os hidrocarbonetos de cadeia longa. Separada daí, o coque pirolítico é moído e fundido na forma de pó na corrente de gás do segundo estágio do processo onde o pó do coque é gasificada endotermicamente ao gás sintético no fluxo arrastado. Um processo correspondente é divulgado na patente européia EP 1749872 A2. Após um tratamento, o propulsor análogo ao diesel é produzido a partir do gás sintético resultante, em uma síntese de vários estágios de Fischer-Tropsch. Os gases de exaustão resultantes que incluem o dióxido de carbono produzido no estágio da pirólise e da gaseificação são liberados na atmosfera.

A fim de aumentar a eficiência da reação de Fischer-Tropsch, os resíduos gasosos e os produtos gasosos da síntese de Fischer-Tropsch que contêm monóxido hidrogênio e monóxido de carbono sem reação e também os compostos do hidrocarboneto C1-C4,

4/46 podem outra vez ser passados através do estágio de Fischer-Tropsch recirculando-os ao estágio da gaseificação, (cf. H. Boerrigter, R. Zwart, “High efficiency co-production of Fischer-Tropsch (FT) transportation fuels and substitute natural gas (SNG) from biomass”, Energy research centre of the Netherlands ECN Report, ECN-C-04-001, Feb. 2004). Assim, por exemplo, a patente americana US 2005/0250862 A1 mostra um processo para produzir propulsores líquidos da biomassa em que os gases de baixo peso molecular e as frações não desejadas de elevado peso molecular são passados de volta ao estágio da gaseificação, a jusante da síntese de Fischer-Tropsch.

Entretanto, em todos estes processos, os gases de escape que consistem principalmente no dióxido de carbono e também se os gases inertes aplicáveis tais como o nitrogênio atmosférico, são liberados na atmosfera.

As patentes DE 2807326 e US 4092825 descrevem as instalações da central energética em que o gás sintético é produzido a partir do carvão, onde o gás sintético é usado então como o gás de combustível para a geração do vapor. Através de uma turbina de vapor, a energia elétrica é produzida a partir do vapor. Algum gás sintético é ramificado e usado produzindo metanol ou hidrocarbonetos líquidos.

Estes combustíveis líquidos são armazenados temporariamente e usados como necessário gerando a energia elétrica. Os gases de escape resultantes da combustão são liberados na atmosfera.

A divulgação dos documentos do estado da técnica mencionados neste pedido de patente de invenção forma um componente integral da seguinte descrição da invenção. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

É um objetivo da invenção de fornecer processos e instalações para a geração de energia livre de emissões através do processamento químico - térmico e a utilização de materiais e de misturas carbonáceos sólidos, líquidos e gasosos, em particular do resíduo, da biomassa, do carvão e de outros materiais heterogêneos, onde estes processos e as instalações não têm as desvantagens acima mencionadas e outras desvantagens. Particularmente, os processos e as instalações de acordo com a invenção devem ser tão livres de emissões quanto for possível.

Outro objetivo da invenção é fornecer os processos e as instalações por meio de que o resíduo, a biomassa ou o carvão podem ser convertidos com o mínimo de abastecimento de energia como for possível, e livre de emissão, em outros produtos ricos de energia, por exemplo, produtos que contêm hidrocarbonetos sintéticos.

Outro objetivo da invenção consite em fornecer os processos e as instalações por meio de que os materiais que são difíceis de utilizar, como por exemplo, o óleo de xisto, a areia de petróleo ou a lama de petróleo, podem ser convertidos em uma maneira livre de emissão em um produto mais rico de energia e mais úteis, ou pode ser usado para a

5/46 geração de energia livre de emissão, respectivamente.

Um objetivo mais adicional da invenção é fornecer os processos e as instalações com que os materiais sólidos, os líquidos ou gasosos podem eficientemente ser convertidos em fontes de energia gasosas ou líquidas.

Outro objetivo da invenção é fornecer os processos e as instalações por meio de que o sólido, os combustíveis líquidos e gasosos e os propulsores podem ser gerados livre de emissão.

Contudo, outro objetivo da invenção é aperfeiçoar o uso eficaz da energia de ditos processos e de instalações, evitando as perdas químicas e/ou energéticas devido às emissões, e convertendo os materiais não emissores coletados em fontes de energia de primeira qualidade adicionais, como por exemplo, combustíveis e propulsores.

Uma instalação para a geração da energia de acordo com a invenção deve, em particular, permitir o fornecimento da energia elétrica e/ou da energia mecânica e/ou de energia térmica eficientemente e de acordo com a demanda em uma faixa larga da saída.

Vantajosamente, tal facilidade de acordo com a invenção para a geração livre de emissão da energia deve poder armazenar a parte da energia gerada, e no caso da saída aumentada a demanda deve poder liberar outra vez esta energia armazenada como a energia química e/ou a energia elétrica e/ou a energia mecânica e/ou a energia térmica.

Uma instalação para a geração da energia livre de emissão deve vantajosamente poder utilizar uma escala larga de materiais e misturas carbonáceos sólidos, líquidos e/ou gasosos para a geração da energia, em particular resíduo, biomassa, carvão e outros materiais heterogêneos.

Um objetivo mais adicional da invenção é fornecer uma instalação para a geração da energia livre de emissão que é independente de condições externas tais como a pressão, a temperatura, a umidade ou outros parâmetros externos. Por exemplo, em posições relativamente elevadas, a pressão ambiental mais baixa tem efeitos adversos na potência da saída das instalações convencionais de energia.

Estes e outros objetivos são alcançados por processos e por instalações de acordo com a invenção como descritos nas reivindicações independentes. Outras modalidades vantajosas mais adicionais são dadas nas reivindicações dependentes.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Em um processo de acordo com a invenção para a geração de energia livre de emissão e/ou de hidrocarbonetos e outros produtos pela utilização de materiais carbonáceos, em um primeiro estágio do processo os materiais carbonáceos são fornecidos e pirolizados, onde o coque pirolítico e o gás pirólico são formados. Em um segundo estágio do processo, o coque pirolítico do primeiro estágio do processo é gaseificado, onde o gás sintético é formado, e a escória e outros resíduos são removidos. Em um terceiro estágio do

6/46 processo, o gás sintético do segundo estágio do processo é convertido nos hidrocarbonetos e/ou em outros produtos sólidos, líquidos e/ou gasosos, que são descarregados. Os três estágios do processo dão forma a um ciclo fechado. O gás em excesso do terceiro estágio do processo é passado como gás reciclado no primeiro estágio do processo e/ou no segundo estágio do processo, e o gás pirólico do primeiro estágio do processo é passado no segundo estágio do processo e/ou no terceiro estágio do processo.

Em uma variação vantajosa deste processo, o hidrogênio é fornecido, preferencialmente no terceiro estágio do processo, e/ou o dióxido de carbono é fornecido, preferencialmente no primeiro estágio do processo ou no segundo estágio do processo.

O processo pode ser realizado sob pressão em todos os três estágios do processo. O gás pirólico do primeiro estágio do processo pode ser passado no segundo estágio do processo e/ou no terceiro estágio do processo. O gás sintético do segundo estágio do processo pode por sua vez ser passado no terceiro estágio do processo e/ou no primeiro estágio do processo.

Vantajosamente, a corrente do gás dentro do ciclo prossegue em um sentido definido. A corrente do gás pode, por exemplo, fluir dentro do ciclo do primeiro estágio do processo através do segundo estágio do processo ao terceiro estágio do processo, e de volta ao primeiro estágio do processo, ou do primeiro estágio do processo através do terceiro estágio do processo ao segundo estágio do processo, e traser outra vez ao primeiro estágio do processo.

Particularmente vantajosamente, há uma gota de pressão ao longo do ciolo. Isto permite que a corrente de gás seja transportada ao longo do ciclo sem um sistema de transporte adicional, à exceção de um compressor para gerar a gota de pressão.

O primeiro estágio do processo do processo de utilização pode ser realizado em um ou mais reatores de pressão.

A energia calorífica para as reações da pirólise no primeiro estágio do processo pode ser fornecida em parte ou completamente retornando uma parte do gás sintético quente do segundo estágio do processo no primeiro estágio do processo, e/ou pela oxidação parcial do material carbonáceo de partida e do coque resultante da pirólise.

Vantajosamente, a primeira etapa do processo é conduzida a uma temperatura entre 300 e 800 °C, preferencialmente entre 450 e 700 °C, e particularmente preferencialmente entre 500 e 600 °C.

A segunda etapa do processo de utilização pode do mesmo modo ser realizada em um ou mais segundos reatores de pressão. Para a reação da gaseificação no segundo estágio do processo, o oxigênio e/ou o vapor e/ou o dióxido de carbono podem ser usados como o agente da gaseificação.

O coque pirolítico pode ser gaseificado completamente ou parcialmente. No último

7/46 caso, o coque não processado pode ser descarregado junto com a escória resultante.

A energia térmica exigida para a reação da gaseificação no segundo estágio do processo pode ser fornecida em parte ou completamente, por exemplo, por dispositivos de aquecimento e/ou por trocadores de calor, e/ou pode ser gerada oxidando uma parte do coque pirolítico com um agente de oxidação, em particular o oxigênio.

Vantajosamente, o segundo estágio do processo do processo de utilização de acordo com a invenção é realizado em uma temperatura entre o 600 e 1600 °C, preferenciamente entre 700 e 1400 °C, e particularmente preferencialmente entre 850 e 1000 °C.

Em uma variante preferida a temperatura no segundo estágio do processo é de 850 °C ou mais onde o coque pirolítico e o gás pirólico permanecem no segundo estágio do processo no mínimo 2 segundos. Desse modo, as provisões são encontradas de forma que se aplicam em muitos países para tratar materiais e resíduos contaminados.

Vantajosamente, o primeiro estágio do processo e/ou o segundo estágio do processo do processo de utilização de acordo com a invenção são realizados em uma pressão entre 1 e 60 bar preferencialmente entre 5 e 25 bar e particularmente preferencialmente entre 10 e 15 bar.

Em outra variação vantajosa do processo de utilização de acordo com a invenção, o primeiro estágio do processo e o segundo estágio do processo são realizados no mesmo reator de pressão.

O terceiro estágio do processo do processo de utilização é realizado vantajosamente em um ou mais reatores da pressão. A conversão no terceiro estágio do processo prossegue preferencialmente usando uma síntese de Fischer-Tropsch ou uma síntese de fase líquida do metanol.

Em uma variação particularmente vantajosa do processo de acordo com a invenção, a energia elétrica e/ou mecânica é gerada através da oxidação dos hidrocarbonetos e de outros produtos sólidos, líquidos, e/ou gasosos do terceiro estágio do processo, a um gás de oxidação essencialmente consistindo de dióxido de carbono e de água. O oxigênio vantajosamente puro é usado como o agente de oxidação. A partir do gás da oxidação, a água pode ser condensada e/ou separada.

Em uma variação vantajosa de tal processo de acordo com a invenção, uma parte do gás de oxidação do dispositivo de movimentação é retroalimentada no primeiro estágio do processo e/ou no segundo estágio do processo e/ou no terceiro estágio do processo do processo.

Em uma variação particularmente vantajosa de um processo de acordo com a invenção, o gás sintético é refrigerado em um trocador de calor, onde o vapor superaquecido e/ou outro gás quente são formados, onde a energia elétrica e/ou mecânica é gerada usando um motor de calor, preferencialmente uma turbina de vapor.

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Uma instalação de acordo com a invenção para a geração de energia livre de emissão e/ou de hidrocarbonetos e outros produtos pela utilização de materiais carbonáceos compreende uma instalação de utilização que contém uma unidade de utilização com uma primeira subunidade para realizar uma pirólise dos materiais carbonáceos para formar coque pirolítico e ao gás pirólico; uma segunda subunidade para realizar uma gaseificação do coque pirolítico para formar gás e aos resíduos de síntese; e uma terceira subunidade para realizar uma conversão do gás sintético em hidrocarbonetos e/ou em outros produtos sólidos, líquidos e/ou gasosos. Todas as três subunidades da unidade de utilização são fechadas com forte pressão e dão forma a um ciclo essencialmente fechado. Uma tubulação do transporte para o gás pirólico conecta a primeira subunidade fechada a forte pressão a segunda subunidade e/ou a terceira subunidade. Uma tubulação do transporte para o gás sintético conecta a segunda subunidade fechada a forte pressão a terceira subunidade e/ou a primeira subunidade. Uma tubulação do transporte para o gás reciclado conecta a terceira subunidade fechada a forte pressão a primeira subunidade e/ou a segunda subunidade.

Vantajosamente, um compressor é arranjado pelo menos ao longo pelo menos de uma das ditas tubulações do transporte.

Os meios podem ser fornecidos de forma que faça com que a corrente do gás flua ao longo da tubulação do transporte em somente um sentido definido, preferencialmente da primeira subunidade através da segunda subunidade a terceira subunidade, e de volta a primeira subunidade, ou da primeira subunidade através da terceira subunidade a segunda subunidade, e de volta a primeira subunidade.

As subunidades podem ter cada uma um ou mais reatores de pressão. Em uma variação vantajosa, a primeira e/ou a segunda subunidade compreende dispositivos de aquecimento e/ou trocadores de calor.

Uma ramificação da tubulação do transporte do gás sintético pode ser fornecida, por meio da qual algum gás sintético, da segunda subunidade pode ser retornado ao primeiro reator de pressão.

Em outra variação vantajosa de uma instalação de acordo com a invenção, a primeira subunidade e a segunda subunidade da unidade de utilização compreendem um reator compartilhado da pressão.

A terceira subunidade da unidade de utilização compreende preferencialmente uma instalação da síntese de Fischer-Tropsch, ou uma instalação da síntese do metano de fase líquida, ou outra instalação apropriada para produzir produtos líquidos.

Particularmente vantajosa é uma instalação dr utilização que possa ser operada de tal maneira que haja uma gota de pressão do primeiro estágio do processo sobre o segundo estágio do processo ao terceiro estágio do processo. Desta maneira, o transporte de massa ao longo da corrente do gás cíclico é conduzido pela diferença de pressão entre os vários

9/46 reatores de pressão. Esta é uma vantagem substancial, uma vez que esta conduz à instalação que exige o mínimo de componentes moventes quanto for possível.

Uma vantagem particular da invenção é que a instalação é independente de condições externas tais como a pressão, a temperatura, a umidade, ou quaisquer parâmetros externos restantes. Uma vez que nas instalações de acordo com a invenção a corrente da matéria prossegue em uma maneira fechada, o processo é substancialmente independente da pressão ambiental.

Uma vantagem substancial mais adicional de uma instalação de acordo com a invenção é que o sistema fechado não exige um tratamento do gás. É uma vantagem mais adicional que a formação e a separação de produtos líquidos do gás sintético no terceiro estágio do processo conduzam inevitavelmente às partículas que estão sendo separadas.

Uma modalidade particularmente vantajosa de uma instalação de acordo com a invenção compreende uma instalação de energia que é arranjada gerando a energia elétrica e/ou mecânica e/ou a energia térmica, usando os hidrocarbonetos e/ou outros produtos da instalação de utilização como combustíveis. Vantajosamente, um dispositivo da movimentação para gerar a energia elétrica e/ou mecânica dos combustíveis é fornecido na instalação de energia, onde o dito dispositivo de movimentação obtém a energia necessária para a operação da oxidação dos combustíveis a um gás de oxidação que consiste essencialmente no dióxido de carbono e na água, e compreende um dispositivo para a compressão e/ou a condensação do gás de oxidação. O dispositivo de movimentação pode ser projetado como uma célula combustível ou como um motor de calor. Em uma variação particularmente vantajosa, o dispositivo de movimentação pode ser operado com oxigênio puro como o agente de oxidação.

Em uma modalidade mais adicional de uma instalação de acordo com a invenção, um trocador de calor é fornecido para refrigerar o gás de oxidação, a montante e/ou a jusante do dispositivo para a compressão e/ou a condensação do gás de oxidação.

Em ainda uma modalidade mais adicional de uma instalação de acordo com a invenção, um dispositivo para a condensação e/ou separação de água do gás de oxidação é fornecida. Isto reduz, entre outras coisas, a quantidade do gás residual restante.

Outra variação de tal instalação de acordo com a invenção compreende um armazenamento para coletar o gás de oxidação, ou gás residual após a compressão e/ou a condensação do gás de oxidação, respectivamente.

Para recircular os gases de oxidação ou gases residuais em um dos três estágios do processo da instalação de utilização de uma instalação de acordo com a invenção, uma tubulação do transporte pode ser fornecida.

Em outra modalidade vantajosa de uma das instalações acima mencionadas de acordo com a invenção, o dispositivo da movimentação da instalação da energia é projetado

10/46 como um motor de combustão, com pelo menos uma câmara de combustão para a combustão do combustível líquido ou gasoso com oxigênio, com meios para converter a pressão de gás ou o volume resultante do gás no trabalho mecânico, com um dispositivo da alimentação para introduzir o oxigênio na câmara de combustão, e com um dispositivo de ventilação para remover o gás de oxidação da câmara de combustão.

Em uma variação particularmente vantajosa de tal instalação para a geração da energia de acordo com a invenção, o dispositivo de movimentação da instalação de energia é fornecido com um dispositivo da alimentação introduzindo a água e/ou o vapor de água na câmara de combustão, e/ou na corrente do gás de oxidação após a saída da câmara de combustão. O dispositivo de movimentação pode compreender, por exemplo, um dispositivo da turbina que é operado com a corrente do gás de oxidação.

Em uma variação mais adicional vantajosa de uma instalação de acordo com a invenção, a instalação de utilização compreende uma unidade de energia para gerar a energia elétrica e/ou mecânica, com pelo menos um dispositivo de movimentação para gerar a energia elétrica e/ou mecânica e/ou do vapor de outros gases quentes que foram gerados ou superaquecidos na unidade de utilização da instalação de utilização.

Em uma variação particularmente vantajosa, a unidade de energia da instalação de utilização compreende um dispositivo de movimentação para gerar a energia elétrica e/ou mecânica do vapor ou de outros gases quentes que foram gerados ou superaquecidos na unidade de utilização. No ciclo da unidade de utilização pelo menos um trocador de calor é fornecido para o vapor do aquecimento e/ou outros gases, e/ou para a geração do vapor.

Particularmente uma instalação vantajosa mais adicional compreende uma instalação para a produção de hidrogênio, e de meios para fornecer o hidrogênio na unidade de utilização.

Os hidrocarbonetos e outros produtos sólidos, líquidos e/ou gasosos que foram produzidos usando um processo de acordo com a invenção, ou a utilização de uma instalação de acordo com a invenção, respectivamente, podem ser diferenciados dos produtos petrolíferos análogos, por exemplo, pela ausência de impurezas típicas do enxofre e do fósforo. No caso de uma produção com as frações do material de partida sendo a biomassa, tais produtos têm uma fração elevada do isótopo C14, comparada com os produtos petroquímicos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A instalação de acordo com a invenção será descrita em seguida em referência aos desenhos. Estes mostram somente modalidades exemplares do assunto da invenção.

Figura 1 mostra esquematicamente uma instalação de acordo com a invenção para a geração de energia livre de emissão e/ou de hidrocarbonetos e outros produtos através da utilização de materiais carbonáceos.

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Figura 2 mostra esquematicamente uma modalidade de uma instalação de acordo com a invenção com uma instalação de energia que é separada espacialmente da instalação de utilização.

Figura 3 mostra esquematicamente uma modalidade exemplar geral de uma instalação de utilização de uma instalação de acordo com a invenção com uma unidade de energia da carga baixa.

Figura 3A mostra esquematicamente uma variação possível para uma unidade de energia da carga baixa segundo as indicações da figura 3.

Figura 4 mostra esquematicamente uma modalidade exemplar geral de uma instalação de acordo com a invenção, com uma instalação de utilização, e uma instalação de energia para a geração de energia da carga máxima dos compostos do combustível produzidos na instalação de utilização.

Figura 4A mostra esquematicamente uma variação possível para uma instalação de energia da carga máxima segundo as indicações da figura 4.

Figura 5 mostra esquematicamente uma modalidade possível de uma instalação de acordo com a invenção com uma instalação da utilização que tem uma unidade de energia da carga baixa, e uma instalação de energia da carga máxima.

Figura 6 mostra esquematicamente uma instalação de acordo com a invenção que tem a fonte da energia química sob a forma de hidrogênio.

Figura 7 mostra esquematicamente o perfil da energia (a) de uma instalação energética da central térmica convencional, (b), (c) uma instalação de acordo com a invenção, e (d) carga máxima e perfis da carga baixa de uma instalação de acordo com a invenção.

Figuras 8 a 12 mostram esquematicamente várias modalidades exemplares possíveis das instalações de utilização para uma instalação de acordo com a invenção.

Figuras 13 e 14 mostram esquematicamente duas modalidades de um dispositivo da movimentação de uma instalação de energia da carga máxima que conduzem o dispositivo são realizadas como um motor de combustão.

Figura 15 mostra esquematicamente um dispositivo de movimentação de uma instalação de energia da carga máxima que conduzem o dispositivo são realizadas como um turbo combinado de gás/vapor.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Os exemplos discutidos em seguida são fornecidos para uma ilustração melhorada da presente invenção, mas não são apropriados para restringir a invenção às características divulgadas aqui.

A instalação e o processo para gerar a energia elétrica e mecânica

Figura 1 mostra esquematicamente uma modalidade possível de uma instalação Z

12/46 de acordo com a invenção para a geração de energia livre de emissão e/ou de hidrocarbonetos e outros produtos pela utilização de materiais carbonáceos, tendo um A da instalação de utilização para a utilização térmica - química dos materiais carbonáceos M10 para dar hidrocarbonetos e outros produtos M60 e/ou os combustíveis líquidos e/ou gasosos M61 (energia química), assim como a geração da energia elétrica e/ou mecânica E1.

O A da instalação de utilização compreende uma unidade de alimentação AH, em que o material carbonáceo de partida não tratado M10 que deve ser utilizado é processado ao material carbonáceo de partida M11. Dependendo do tipo do material de partida M10, os resíduos M17 podem incorrer, os quais podem ser usados posteriormente, por exemplo, metais.

Além do material carbonáceo de partida tratado M11, outras fontes de energia química podem ser utilizadas, por exemplo, metano ou outros subprodutos da indústria química ou do setor petrolífero que não podem razoavelmente ser utilizados de outra maneira.

A peça central do A da instalação de utilização é a unidade AB de utilização, em que em uma primeira subunidade AC de um primeiro estágio P1 do processo os materiais carbonáceos tratados M11 são fornecidos e pirolizados, onde o coque pirolítico M21 e o gás pirólico M22 são formados. Em uma segunda subunidade AD de um segundo estágio do processo P2, o coque pirolítico M21 do primeiro estágio do processo é gaseificado, onde o gás sintético M24 é formado, e a escória e outros resíduos M90 permanecem. Em uma terceira subunidade AE de um terceiro estágio do processo P3, o gás sintético M24 do segundo estágio do processo é convertido em produtos baseados no hidrocarboneto sólido, líquido, e/ou produtos gasosos M60, M61. Todos os três estágios do processo são fechados a forte pressão, e dão forma a um ciclo substancialmente fechado.

A energia térmica que ocorre no processo da utilização de acordo com a invenção pode ser recolhida da primeira unidade de utilização AB sob a forma do vapor M52, e pode ser usada em uma unidade de energia AF para gerar a energia elétrica e/ou mecânica E1, por meio de um dispositivo apropriado de movimentação, por exemplo, uma turbina de vapor (não mostrada). Também possível e vantajoso é o aquecimento de meios compressíveis, como por exemplo, o nitrogênio, para operar o dispositivo de movimentação. Durante a operação constante da unidade de utilização AB, desse modo alguma energia baixa de saída pode ser gerada. A unidade de energia AF é um componente opcional de uma instalação de acordo com a invenção.

Uma unidade de descarregamento AG é usada descarregando e tratando a cinza de acumulação e outros resíduos sólidos M90.

A instalação de acordo com a invenção pode ainda compreender uma energia da instalação C para a geração de emissão livre da energia elétrica e/ou mecânica E2, ou a

13/46 energia térmica E4, utilizando os produtos carbonáceos M61 da instalação da utilização A como combustíveis. Os gases da oxidação resultantes M27 são levados de volta a instalação de utilização A, e de forma que nenhuma emissão ocorre.

A instalação da energia C pode ser projetada como uma instalação do aquecimento para a geração da energia térmica E4 para edifícios com aquecimento. Alternativamente, a instalação de energia pode ser projetada como uma instalação elétrica da central energética para a geração da energia elétrica E2.

Entre a instalação de utilização A e a instalação de energia C, vantajosamente uma instalação B para o transporte e armazenamento provisório dos combustíveis e dos gases de oxidação é introduzida. Tal instalação B pode igualmente compreender meios para tratar os combustíveis M61 a ser usados na instalação de energia C.

Os combustíveis contendo hidrocarbonetos M61 gerados no estágio do processo da síntese P3 são armazenados temporariamente nos tanques ou nos armazenamentos da pressão da instalação B (não mostrada). A partir destes armazenamentos, os combustíveis M61 são recolhidos como necessário, e convertidos na instalação de energia C na energia elétrica e/ou mecânica E2, usando um dispositivo apropriado de movimentação. Isto pode ocorrer, por exemplo, por meio de um motor de calor ou de um dispositivo da célula combustível. O gás residual contendo o dióxido de carbono M26 da instalação da energia C é recirculado de volta à unidade de utilização AB. Se apropriado, um armazenamento provisório pode ser fornecido.

A instalação da energia C oferece a vantagem que consiste no fato de que a saída da energia produzida pela instalação Z de acordo com a invenção pode ser adaptada em um período muito curto de tempo de acordo com a demanda atualmente exigida. Os combustíveis químicos M61 atuam neste caso como um armazenamento de energia provisório. Durante um pico do consumo de energia, por exemplo, um dispositivo apropriadamente projetado de movimentação, por exemplo, uma turbina de gás e/ou uma turbina de vapor, operado com os combustíveis M61, podem então ser rapidamente colocado em operação, e gera energia elétrica e/ou mecânica. A saída máxima da instalação Z pode exceder a saída baixa térmica da instalação Z por um curto período de tempo, devido à capacidade de armazenamento da energia dos combustíveis do produto químico M61.

É possível usar em uma instalação de energia C outros combustíveis adicionais M14, além dos combustíveis entregues pela instalação de utilização A.

A instalação de energia C pode ser instalada junto com a instalação de utilização A no mesmo local. Alternativamente, é igualmente possível, segundo as indicações da figura 2, que em uma instalação Z de acordo com a invenção a instalação da energia C seja arranjada espacialmente separada da instalação de utilização A. Os combustíveis M61 e os

14/46 gases de oxidação M27 podem ser transportados, por exemplo, pelo trem, pelo navio, ou pelo oleoduto, onde em tal caso o dispositivo do transporte (vagão de tanque, tanque de armazenamento no navio, oleoduto) atua também ao mesmo tempo como o armazenamento provisório BA, BB. O sistema total de transporte de material entre as instalações A e C deve neste caso ser considerados como uma parte da instalação B para o transporte e o armazenamento provisório dos combustíveis e dos gases de oxidação.

Uma vez que o transporte da energia química sob a forma de combustíveis M61 sobre grandes distâncias é substancialmente mais eficiente do que a transmissão da energia elétrica, o local da instalação de energia da carga máxima Çde uma instalação Z de acordo com a invenção pode ser selecionada para estar onde a demanda correspondente ocorre, visto que a instalação de utilização A é construída vantajosamente onde os materiais carbonáceos de partida M10 ocorrem.

Uma instalação de acordo com a invenção pode mais compreender uma instalação D para a geração e o fornecimento da energia química externa. Por exemplo, o hidrogênio M32 pode ser produzido e fornecido como a fonte de energia química externa. Uma modalidade tão possível de uma instalação Z de acordo com a invenção será tratada mais detalhadamente na discussão da figura 6.

Uma modalidade possível de uma instalação de utilização A de uma instalação Z de acordo com a invenção é mostrada esquematicamente na figura 3. A instalação mostrada A compreende uma unidade de utilização AB para utilizar o material carbonáceo de partida M11, e uma unidade de energia AF para gerar uma quantidade baixa essencialmente constante E1 de energia elétrica e/ou mecânica.

A estrutura da unidade de utilização AB corresponde essencialmente à unidade de utilização exemplar que será discutido mais tarde em referência a figura 9. A unidade de energia de carga baixa AF é descrita somente como um bloco. Uma modalidade possível será discutida na figura 3A.

No trocador de calor / superaquecedor A44, em que ao mesmo tempo o gás sintético quente M24 do segundo estágio do processo P2 é refrigerado a uma temperatura para o terceiro estágio do processo da síntese P3, o vapor superaquecido M52 é gerado (aproximadamente 550 a 600°C / 50 bar) de um vapor mais frio M51. Se requerido, outro trocador de calor subsequente pode refrigerar a corrente do gás sintético. O vapor superaquecido M52 é levado à unidade de energia AF, onde é utilizado para a geração da energia elétrica e/ou mecânica E1. O vapor condensado restante M41 é conduzido de volta à unidade de utilização AB, onde é convertido no terceiro estágio do processo P3 no vapor M51, e este vapor M51 é convertido subsequentemente outra vez no trocador de calor / superaquecedor A44 no vapor superaquecido M52.

A modalidade exemplar da unidade de energia AF na figura 3A compreende um

15/46 dispositivo de movimentação A61 sob a forma de uma turbina de vapor A62, ou outro motor de calor para a geração de energia mecânica que pode ser operada com vapor superaquecido M52, e no exemplo dado um dispositivo do gerador A64, que gera a energia elétrica E1. Após a expansão na turbina de vapor A62, o vapor de exaustão M53 é condensado no condensador / preaquecedor A63, onde o resíduo de calor é descarregado através do ciclo de refrigeração apropriadamente projetado A65.

O condensado resultante M41 está preferencialmente em uma temperatura de 60 a 70°C, e assim que a água no estágio fervente subsequente A32 da instalação de utilização AB não precisa ser aquecida demasiadamente. Ao mesmo tempo, a água não deve estar demasiadamente quente, a fim de impedir a cavitação na bomba A66. O condensado M41 é transportado pela bomba A66 a partir de um armazenamento provisório (não mostrado) no trocador de calor/ caldeira A32 do estágio do processo P3, onde por sua vez é vaporizado para ferver M51 (aproximadamente 250 a 300 °C/ 20 bar), com uma refrigeração simultânea do estágio da síntese P3. O vapor M51 é armazenado em uma abóbada de vapor (que não é mostrada), em ordem em primeiro lugar para separar a água restante antes da entrada no superaquecedor A44, e para dar forma em segundo lugar a um armazenamento por onde o vapor do processo M50 pode ser obtido para as várias finalidades na unidade de utilização AB. As perdas no ciclo e no consumo do processo do vapor M50 são compensadas por um novo fornecimento de água no armazenamento condensado (não mostrado).

Em uma variação alternativa, na turbina de vapor A62, a jusante do estágio de alta pressão, algum do vapor pode ser extraído como o processo do vapor M50, que é mostrado na figura 3A como uma seta tracejada. Desse modo, uma quantidade maior do vapor M52 pode ser utilizada para a geração de energia, e somente depois disso o vapor necessário do processo é fornecido.

O vapor de exaustão dos consumidores do processo do vapor como, por exemplo, os trocadores de calor A45, A17 pode do mesmo modo ser condensado M41 e recirculado à água de alimentação M40, tendo por resultado um ciclo da energia que é fechado tão apertado quanto possível.

Em vez de operar a unidade de energia AF com vapor quente, é igualmente possível aquecer em um meio compressível nos trocadores de calor A32, A44 da unidade de utilização, como por exemplo, o nitrogênio, para subsequentemente usar o gás quente para operar o motor de calor da unidade de energia AF. O uso do gás inerte em vez de um vapor quente mais agressivo tem entre outras coisas favoráveis o fato de que os danos da corrosão dos componentes da instalação sejam reduzidos.

Correspondentemente, em uma instalação de utilização A os ciclos do vapor podem igualmente ser conduzidos diferentemente através dos vários trocadores de calor, a fim de alcançar uma eficiência tão alta da instalação A quanto for possível.

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Em uma instalação de acordo com a invenção somente que tem uma unidade de energia de carga baixa AF, como é divulgado, por exemplo, na figura 3, os produtos formados no estágio da síntese P3 podem ser usados como o combustível M61 para uma instalação da energia convencional C que possa ser operado usando combustíveis fósseis, por exemplo, geradores a diesel ou geradores de turbina de gás, que podem ser usados para cobrir as cargas máximas. Os combustíveis químicos M61 em tal caso servem para conseguir saídas muito elevadas de uma produção em curto período de tempo, independente do sistema baixo AB, AF que é operado em um estado de equilíbrio. Assim, dentro de um período muito curto de tempo, a energia de saída total de uma instalação Z de acordo com a invenção de, por exemplo, 100% da produção de carga baixa constante P_c2 pode ser aumentada, por exemplo, à 600% da produção P_e2 da carga máxima.

Alternativamente, os produtos M60 podem igualmente ser usados em outras maneiras, por exemplo, produzindo combustíveis, ou como reagentes para a indústria química.

Tal instalação de acordo com a invenção tem, comparado com as instalações convencionais, entre outras coisas a vantagem no fato de que devido a corrente do material fechado dentro do processo de três estágios, o filtro para passagem de gás e os dispositivos catalisadores para purificar os gases de exaustão da combustão podem ser dispensados na unidade da utilização AB. Isto conduz a uma redução do número de componentes de tal instalação, e desse modo a custos mais baixos de investimento e custos de operação.

Além disso, tal unidade de utilização igualmente tem uma exigência de espaço mais baixa, uma vez que nenhum sistema de filtro, pilhas, etc. é exigido, e os volumes das correntes dos materiais são mais baixos devido à alta pressão.

Em uma modalidade particularmente vantajosa de uma instalação Z de acordo com a invenção, como é divulgado esquematicamente na figura 4, uma instalação de energia C para cobrir as cargas máximas E2 é fornecida de forma que pode ser operado com combustíveis M61 da instalação de utilização. A instalação de energia C é projetada de tal maneira que o dióxido de carbono que se acumula durante a geração da energia seja conduzido de novo no ciclo instalação de utilização A, e dessa forma nenhuma emissão é formada.

Os combustíveis M61 são obtidos vantajosamente de um armazenamento provisório BA da instalação do transporte/armazenamento B, por exemplo, um armazenamento do tanque do sistema ou da pressão, a fim de atravessar os picos da demanda. O dióxido de carbono presentes que contém os gases residuais M26 da instalação da energia B pode igualmente ser coletado e armazenado em um armazenamento provisório BB.

Uma modalidade possível de uma instalação da energia C é mostrada na figura 4A. Um dispositivo de movimentação C11 gera a energia elétrica e/ou mecânica E2 por meio

17/46 das fontes de energia químicas M61 do estágio da síntese P3 da unidade de utilização AB. O dito dispositivo da movimentação C11 pode ser, por exemplo, um motor de calor, em que o calor que ocorre durante uma oxidação dos combustíveis M61 ao dióxido de carbono é convertido em trabalho mecânico, por exemplo, para operar uma instalação do gerador (não mostrada), ou uma instalação da célula combustível, em que a reação da oxidação é usada diretamente para a geração de corrente eléctrica E2.

Tal dispositivo de movimentação C11 compreende um ciclo fechado, o que significa dizer que não causa nenhuma emissão na atmosfera. Os gases de oxidação M27 que ocorrem durante o desempenho do trabalho mecânico, que contém essencialmente somente o dióxido de carbono e se aplicável também a água, são pós-tratados C12, C13 comprimidos, e o gás residual restante M26 são retroalimentados no ciclo da instalação da utilização AB.

Se a instalação da utilização A e a instalação da energia da carga máxima C estão situadas no mesmo local, o gás residual M26 pode ser retroalimentado diretamente. Em uma variação vantajosa, um armazenamento provisório BB é fornecido, segundo as indicações da figura 4. Como já descrito acima, a energia de instalação C da instalação Z de acordo com a invenção pode ser arranjado separada da instalação de utilização A.

A reação de oxidação que gera a energia térmica ou elétrica ocorre no dispositivo de movimentação C11 usando o oxigênio puro M31 em vez do ar. O uso do oxigênio M31 em vez do ar evita, em primeiro lugar, devido à ausência de nitrogênio atmosférico em uma reação termoquímica em altas temperaturas, a formação de óxidos de nitrogênio; especialmente, entretanto, essencialmente somente o dióxido de carbono e o vapor de água permanecem nos gás de oxidação presentes M27. Dependendo da estequiometria da reação, a ocorrência dos gases pode também conter determinadas frações de monóxido de carbono e de combustível sem reação. Estes podem do mesmo modo ser alimentados sem problemas no ciclo da instalação de utilização A.

Os produtos da reação M27 da reação de oxidação geradora de energia são essencialmente gasosos. A mistura de gases correspondente da oxidação é então comprimida C13 a fim de reduzir o volume. Usando um trocador de calor C12, a mistura de gases de oxidação M27 pode ser refrigerada a montante e/ou a jusante da compressão. A água M41 é condensada e separada, por meio de que somente o dióxido de carbono permanece no gás residual M26, se aplicável tendo frações de monóxido de carbono e combustível sem reação. O gás residual Μ26 é alimentado então ao primeiro estágio do processo P1 da unidade da utilização AB da instalação A, e assim um ciclo material fechado resulta. Alternativamente, o gás residual M26 pode igualmente ser alimentado no segundo estágio do processo P2, ou no terceiro estágio do processo P3, que é indicado na figura 4 por setas tracejadas.

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Assim é possível que em uma instalação Z segundo a invenção, o hidrocarboneto líquido ou gasoso e os derivados de hidrocarboneto sejam gerados a partir de materiais carbonáceos M11, e a mistura de combustível de primeira qualidade resultante M61 é posteriormente convertido na energia elétrica E2. O dióxido de carbono produzido é retroalimentado e em parte ou completamente convertido para fornecer o combustível M61 na instalação de utilização A. Nesta maneira, a descarga de dióxido de carbono eficaz da instalação de gerador de carga máxima C pode ser muito reduzida ou até inteiramente evitada.

O dispositivo de movimentação também pode ser operado sem problemas na operação combinada com M32 de hidrogênio como um novo combustível. Em tal caso, a fração de hidrogênio leva a uma redução do montante de gás residual M26 que ocorre a jusante do trocador/condensador de calor e o compressor, uma vez que só a água surge na oxidação de hidrogênio com o oxigênio.

Outras modalidades possíveis de dispositivos de movimentação convenientes para uma instalação de energia será discutida mais tarde nas Figuras 13 a 15.

Outra modalidade vantajosa de uma instalação Z de acordo com a invenção é mostrada na figura 5. Isto constitui além da unidade de utilização AB, ambas uma unidade de energia de carga baixa AF, e uma instalação de energia de carga máxima C.

Numa variação vantajosa adicional de um processo de utilização de acordo com a invenção, a energia química é introduzida no processo na forma de hidrogênio molecular em quantidades relativamente grandes. A tal modalidade de uma instalação Z de acordo com a invenção é mostrada, por exemplo, esquematicamente na figura 6(a). A instalação de utilização A recebe o material na forma de materiais carbonáceos de partida M10 como já foi descrito acima. O dióxido de carbono M33 é da mesma maneira conveniente como fonte de carbono. A fonte primária de energia usada na modalidade mostrada é principalmente a energia química do hidrogênio molecular M32. Por um lado o hidrogênio serve para a redução do material de partida, e em segundo lugar a oxidação com oxigênio leva ao estoque de energia térmica.

O hidrogênio molecular M32 pode ser produzido a partir da água através da eletrólise, onde também o oxigênio molecular M31 acumula. A energia elétrica E1 pode ser convertida desta maneira em energia química. O hidrogênio molecular gasoso, no entanto, tem uma densidade de energia consideravelmente mais baixa comparada com combustíveis líquidos, mas também comparado com hidrocarbonetos gasosos, em consequência do fato de ainda não ter sido capaz de se estabeler para o uso como propulsor para veículos.

Em um processo de utilização de acordo com a invenção, a energia química do hidrogênio pode ser convertida eficientemente na energia química sob a forma de hidrocarbonetos valiosos e de outros produtos. Vantajosamente, o oxigênio M31 que ocorre

19/46 durante a eletrólise é também usado a fim de introduzir toda a energia química presente no processo, ou um máximo de energia elétrica colocada na eletrólise, respectivamente.

No exemplo mostrado, uma instalação D fornece hidrogênio M32 e oxigênio M31 molecular. A energia elétrica E3 para a reação da eletrólise se origina preferencialmente das fontes de energia regenerativas (energias eólicas, energia solar, energia da água etc.). Isto tem a grande vantagem no fato de que uma desvantagem inerente das instalações das energias eólicas DA e das instalações DB da energia solar podem ser superadas, por exemplo, a cíclica e devido à dependência de fatores externos garantidos nem sempre, a geração da energia. Isto conduz ao mercado realizável correspondentemente baixo dos preços para a energia elétrica gerada. Através da conversão na energia química (hidrogênio M32 e oxigênio M31 molecular) ao contrário, a saída gerada da energia pode temporariamente ser armazenada. O hidrogênio, e, se possível, também o oxigênio, são utilizados então em um processo de acordo com a invenção, a fim de produzir, por exemplo, os combustíveis líquidos mais prontamente manejáveis que têm uma densidade de energia mais elevada, ou outros produtos valiosos.

A energia das unidades da geração de energia DA, DB da instalação D é transportada sob a forma de corrente elétrica à unidade da eletrólise DC, que se encontra situada no lugar da instalação da utilização A, e onde então o hidrogênio M32 e o oxigênio M31 são gerados localmente. Uma parte do oxigênio não é necessária e pode ser utilizada de outras maneiras, por exemplo, em uma instalação de energia C da instalação Z de acordo com a invenção. Armazenamentos provisórios DE, DF, por exemplo, sob a forma de tanques de pressão, servem como amortecedores para compensar a geração da energia da flutuação das unidades da geração da energia DA, DB.

Como já explicado acima, a instalação da utilização A produz hidrocarbonetos valiosos e outros produtos da síntese M60, e, conforme as circunstâncias, a energia E1. Os resíduos M90 são removidos continuamente do sistema. Do mesmo modo, a água pode facilmente ser removida do sistema, por exemplo, por condensação M41. Na modalidade exemplar mostrada, a água serve principalmente como um agente de oxidação e um agente de gaseificação, se nenhum oxigênio estiver disponível. A água M41 removida do sistema, entretanto, também serve como um dissipador para o oxigênio. Isto é principalmente relevante quando o sistema captura grandes quantidades de dióxido de carbono M33 como fonte de carbono.

Em uma combinação segundo as indicações da figura 6 (a), um processo de utilização de acordo com a invenção pode também produzir os produtos valiosos e produtos do hidrocarboneto ricos em energia M60 de fontes de carbono comparativamente de baixa energia. Em um caso extremo, o processo pode em princípio também ser realizado exclusivamente usando o dióxido de carbono puro como a fonte de carbono. Uma vez que a

20/46 energia elétrica fornecida se origina diretamente ou indiretamente (energias eólicas, energia da água) do sol, resulta a seguir - visto de um ponto de vista principal - numa fotossíntese artificial, gerando, por exemplo, compostos do carbono do dióxido de carbono, da água e da luz solar.

A combinação da instalação da utilização A com uma instalação da energia C é facultativa.

No caso em que a posição da energia regenerativa é demasiadamente distante, pode ser mais eficiente transportar o hidrogênio localmente produzido M32 a instalação de utilização, em vez da corrente elétrica. Tal variação, por exemplo, é mostrada na figura 6 (b). A energia E3 é gerada nas unidades produtoras de energia DA, DB que se encontram afastadas de onde o hidrogênio molecular M32 é então produzido em uma unidade da eletrólise DC. Este hidrogênio molecular é armazenado em um armazenamento provisório DE, e trazido nos meios apropriados do transporte DG a instalação de utilização A. O hidrogênio produzido como um subproduto na indústria química pode servir como uma fonte mais adicional do hidrogênio molecular M32.

A diferença no espectro de energia de uma instalação Z de acordo com a invenção comparada com uma central elétrica convencional operada com combustíveis carbonáceos é explicada mais precisamente nas figuras 7 (a) a (d).

A figura 7 (a) mostra esquematicamente o perfil da energia de uma central térmica convencional. A linha central vertical mostra a energia P e a linha central horizontal mostra o tempo t. A central eléctrica tem um índice de calor adicionado Pa, o que significa dizer que a energia calorífica ou a energia contida no combustível como energia química, e um Pb eficaz da energia térmica, que quer dizer a energia calorífica que é eficazmente convertida na energia elétrica ou mecânica por unidade de tempo. A demanda para o P_e da corrente elétrica em uma grade de energia convencional varia não somente durante o dia mas também durante a semana. A fim de poder cobrir também com uma central elétrica as cargas máximas, além das cargas baixas P_c, a saída nominal inteira de tal instalação da central energética deve ser dirigida para a carga máxima. Isto significa que devido ao desempenho máximo exigido o cálculo de dimensões da instalação é maior do que é realmente necessário com base na energia média total.

Em uma instalação de acordo com a invenção para a geração de energia, ao contrário, isto não é necessário. Tal instalação Z, como é mostrada, por exemplo, na figura 1, converte a instalação de utilização A parte constante da energia química fornecida sob a forma de materiais carbonáceos M10, M11 na energia térmica sob a forma de vapor, que é convertido então, por exemplo, usando uma turbina de vapor da unidade de energia de carga baixa AF na energia elétrica Pf. Uma fração mais adicional da energia química fornecida sob a forma de materiais carbonáceos M10, M11 é convertida no estágio da

21/46 síntese P3 da unidade de utilização AB com uma produção constante da energia de produção na energia química sob a forma de combustíveis carbonáceos valiosos M61, por exemplo, produtos tipo o diesel ou produtos gasosos tais como o propano. Estes combustíveis podem ser armazenados BA em qualquer quantidade desejada e/ou, segundo as indicações da figura 2, transportados por distâncias curtas ou mais longas.

A figura 7 (d) mostra esquematicamente o perfil do P_e total da energia de uma instalação de acordo com a invenção no curso de uma semana. Durante a demanda da carga máxima durante os dias de trabalho a instalação da energia da carga máxima o C gera a energia elétrica dos combustíveis químicos M61, que podem então ser alimentados a preço correspondentemente elevado em uma grade de energia. A demanda por combustíveis químicos M61 excede neste caso a produção da energia de produção da instalação da utilização A substancialmente, a qual é marcada com (-). Este consumo superior à média é descolado do armazenamento de combustível BA. Durante a noite e no fim de semana a demanda é reduzida extremamente, e a produção de energia P_g excede a demanda P_e, que é marcada com (+). Consequentemente, o armazenamento de combustível BA é reabastecido outra vez.

Durante os períodos de carga baixa, a instalação da energia C pode ser operada com um nível de energia mínima, segundo as indicações da figura 7 (d), ou a instalação de energia C é interrompida completamente, e assim a carga baixa PC é coberta completamente pela unidade de energia da carga baixa AF.

Uma instalação de acordo com a invenção tem consequentemente a vantagem substancial que somente uma parte P_f da energia constante eficaz P_d ocorre sob a forma de energia térmica, que como em uma central eléctrica convencional deve ser convertida imediatamente na energia elétrica e/ou mecânica. Esta parte P_f pode ser usada entregando a energia para o mínimo da carga baixa P_c. Outra parte P_g da energia eficaz, por outro lado, é armazenada temporariamente sob a forma de combustíveis M61 no armazenamento BA. A demanda (P_e - Pf) que excede a energia térmica da unidade de energia da carga baixa AF pode então ser coberta pela instalação da energia da carga máxima C do armazenamento de combustível BA. Isto permite que uma instalação de acordo com a invenção seja projetada de tal maneira que a energia eficaz P_d composta de energia térmica Pf da unidade de energia de carga baixa AF e a energia de produção do estágio de síntese P3 da unidade de utilização AB corresponde à demanda média principal segundo as indicações da figura 7 (b). Em consequência, em uma instalação de acordo com a invenção que tem a energia térmica eficaz P_d da energia térmica que a energia térmica P_b de uma instalação convencional da central energética, uma energia comparativamente mais elevada da carga baixa P_ci e uma energia mais elevada da carga máxima são alcançadas, onde por um curto período de tempo a energia máxima pode consideravelmente exceder energia térmica eficaz

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P_d.

Considerando o contrário, uma instalação Z de acordo com a invenção, a fim de poder cobrir um perfil de demanda definido, pode ser projetado tendo uma energia térmica instalado consideravelmente menor, por exemplo, com 75% ou 50% da energia térmica de uma central elétrica convencional comparável. Isto conduz para baixar consideravelmente os custos importantes.

Uma instalação de acordo com a invenção pode ser projetada e aperfeiçoada de tal maneira que a energia P_f gerada diretamente da energia térmica é reduzida em favor da produção da energia gerada dos combustíveis M61. Tal variação é mostrada na figura 7 (c). Tal instalação de acordo com a invenção pode ao cobrir um mínimo da carga baixa reduzida P_c2, armazenar uma quantidade significativamente mais elevada de energia. A energia armazenada correspondente pode finalmente ser usada gerando a energia da carga máxima P_e2, que pode então ser vendida a preço mais elevado.

Dependendo das circunstâncias, é possível aperfeiçoar uma instalação de acordo com a invenção com respeito a geração flexível de energia da carga máxima até ao ponto em que a energia da carga baixa da energia AF é mínima, e opcionalmente pode somente ser suficiente para cobrir a demanda de energia interna da instalação.

Processos da utilização e instalações da utilização

Uma primeira variação possível de uma configuração de uma instalação A para a utilização do produto térmico - químico de sólidos carbonáceos usando um processo de acordo com a invenção, e uma instalação de acordo com a invenção, respectivamente, são mostradas esquematicamente na figura 8. A instalação da utilização A da instalação Z de acordo com a invenção compreende uma unidade da utilização AB com três subunidades AC, AD, AE para realizar os três estágios do processo P1, P2, P3 do processo de acordo com a invenção, que são conectados para dar forma a um ciclo fechado de maneira tal que permitam uma corrente fechada, cíclica do gás. Da unidade do tratamento AH, somente o silo A91 para o fornecimento do material carbonáceo M11 tratado para o processo é mostrado. Da unidade de descarregamento AG, de um lado, somente o depósito da escória A92 é descrito. A instalação de utilização A pode compreender uma unidade de energia (não mostrada) ou não. Isto não é relevante para a funcionalidade do processo de utilização.

As três subunidades AC, AD, AE da unidade de utilização AB são conectados a um ciclo fechado de tal maneira que permitem uma corrente fechada, cíclica do gás. No primeiro estágio do processo P1 (estágio da pirólise), e na primeira subunidade AC, respectivamente, o material carbonáceo de partida M11 é pirolizado sob pressão desse modo dando forma ao coque pirolítico M21 e aos gases pirólicos M22. No segundo estágio do processo P2 (estágio da gaseificação), e a segunda subunidade AD, respectivamente, o coque M21 da pirólise é gaseificado para formar gás sintético M24, que é reagido finalmente em um

23/46 terceiro estágio do processo P3 (estágio da síntese), e na terceira subunidade AE, respectivamente, para dar forma a produtos de hidrocarbonetos e/ou produtos sólidos, líquidos ou gasosos M60.

Os materiais carbonáceos de partida M11 que estão para ser processados são alimentados no ciclo continuamente de uma instalação de estoque AH, P6 através do primeiro estágio do processo P1. Simultaneamente, os produtos M60, M61 gerados da síntese do gás M24 continuamente são sacados do terceiro estágio do processo P3. Os vários resíduos M91, M92, M93 continuamente são retirados do ciclo.

Uma multiplicidade de materiais carbonáceos pode ser usada como material de partida M11 para um processo de utilização de acordo com a invenção, em particular, resíduo, biomassa, carvão, ou outros materiais heterogêneos tal como, por exemplo, terra contaminada, mas também previamente resíduo depositado, por exemplo, de aterros. Isto permite uma remoção ecologicamente amigável e eficiente de custo de aterros abertos. Também materiais sólido-líquido que contém petróleo que são difíceis de utilizar, tal como xisto betuminoso, areia de óleo ou lama de óleo, podem ser utilizadas num processo de acordo com a invenção. Subprodutos carbonáceos gasosos da indústria química ou do setor petroleiro, que de outra maneira não podería ser utilizado e pode ainda ter que ser chamejado, podem também ser usados como os aditivos M12.

O valor calorífico dos materiais de partida, do índice de carbono, do índice de água, e do índice de resíduos não inflamáveis tais como o metal, vidro e cerâmica, pode variar muito. Para essa finalidade o material de partida pode ser pulverizado a um tamanho da parte apropriada para uma determinada instalação de utilização, onde o tamanho da parte preferida resulta da consistência do material e do projeto específico do primeiro reator da pressão, e do sistema de transporte interno no reator, respectivamente. Para processar usando uma grelha deslizante, por exemplo, um tamanho da parte de aproximadamente 5 a 10 cm é muito apropriado.

O primeiro estágio do processo P1 compreende no exemplo mostrado um primeiro reator da pressão A13, em que sob a pressão de uma pirólise do material carbonáceo de partida M11 ocorre. O material de partida M11 é transportado no reator pressurizado da pirólise A13 através de um fechamento apropriado da pressão A11. Na modalidade mostrada, o reator da pirólise A13 consiste em um corpo horizontal da pressão A14 em que o transporte horizontal do material irregular se estende ao longo do reator durante a pirólise através de uma grelha deslizante esquematicamente mostrada A15, com placas de grelha movendo-se para um lado e outro. Qualquer outro dispositivo de transporte apropriado para o avanço contínuo do material de partida que deve ser processado é do mesmo modo útil, por exemplo, grelhas de rolo, os transportes de cadeia, os parafusos de transporte, etc. Uma fornalha da estufa giratória pode igualmente ser usada.

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No reator da pirólise A13 o material é transportado continuamente através do reator da pressão A13 em uma temperatura de aproximadamente 300 a 800 °C e a pressão de 1 a 60 bar e no curso desta é piroiizado na ausência de oxigênio. A temperatura é selecionada, entre outras coisas, de tal maneira que além da manutenção da reação da pirólise, a pressão de funcionamento desejada deve ser mantida, primeiramente, devido à expansão dos gás por causa da temperatura, e em segundo lugar devido à produção nova de gás pirólico. Uma temperatura mínima de 450 °C assegura a reação completa contínua de compostos livres de oxigênio durante pirólise. Uma temperatura de funcionamento de 500 a 600 °C e uma pressão de funcionamento entre 5 e 25 bar são particularmente bem adequados.

A energia térmica necessária para as reações da pirólise originada inicialmente da corrente quente do gás retroalimentado M24b do segundo reator A21, que será ainda considerado em seguida. Além disso, o vapor do processo M50 serve para manter a temperatura de funcionamento do primeiro reator. Uma fonte externa de calor como, por exemplo, um trocador de calor ou um aquecedor externo pode do mesmo modo estar presente. Este último é igualmente vantajoso durante a partida da instalação de utilização A do estado frio.

O gás reciclado M25 do terceiro estágio do processo (estágio da síntese) P3 é alimentado ao primeiro reator da pressão A13 após a passagem através de um compressor A42. O gás reciclado M25 contém principalmente o dióxido de carbono, e também o vapor de água, e o monóxido de carbono e o hidrogênio que não reagiram no estágio da síntese, e também conteúdos residuais de hidrocarbonetos de baixo peso molecular. A fim de poder controlar o processo, o carbono adicional que tem um valor calorífico elevado pode ser introduzido no reator A13, por exemplo, sob a forma do carvão ou do óleo pesado. Estes aditivos M12 podem já ser adicionados de forma adiantada ao material de partida M11, ou ser introduzidos separadamente no reator A13. A mistura dos aditivos viscosos M12 com o material sólido de partida M11 facilita o transporte do material viscoso dentro do reator. Além disso, os aditivos líquidos M12 aumentam a quantidade de gás pirólico, e desse modo a pressão de funcionamento.

Na pirólise no primeiro estágio do processo P1, o coque pirolítico M21 é formado, que consiste essencialmente no carbono sólido e em resíduos inorgânicos. O coque pirolítico M21 é descarregado na extremidade do reator da pressão A13. Os gases pirólicos M22 formados durante a pirólise contêm não somente materiais gasosos, mas também materiais que são sólidos e líquidos a temperatura ambiente. A composição dos gases pirólicos M22 depende naturalmente extremamente dos materiais de partida, e pode também conter poluentes.

O coque pirolíico M21 é transportado sob pressão no reator da pressão A21 do

25/46 segundo estágio do processo P2. Um parafuso de transtorte fechado, por exemplo, é outra vez apropriado. Uma trava de pressão pode também ser fornecida. Os gases pirólicos M22 são transportados do mesmo modo através de uma tubulação separada do transporte no segundo reator de pressão A21. Um compressor A41 arranjado na tubulação do transporte transporta os gases pirólicos no segundo reator da pressão A21, que está em uma pressão de funcionamento mais elevada.

No segundo estágio do processo P2, a temperatura de funcionamento está entre 600 e 1600 °C. Neste segundo estágio do processo o carbono sólido no coque pirolítico M21 é então gaseificado usando o dióxido de carbono e se apropriado o oxigênio e/ou vapor como um agente de gaseificação, para formar monóxido e o hidrogênio de carbono, de acordo com as reações I, ο II e ο III.

O dióxido de carbono se origina primeiramente do gás reciclado M25. O dióxido de carbono adicional M33 pode igualmente ser alimentado no ciclo. O vapor de água consiste primeiramente na umidade residual do material de partida M11. O vapor do processo M50 pode igualmente ser alimentado neste.

A energia térmica necessária para o curso destas reações endotérmicas da pirólise originada, por exemplo, de uma oxidação parcial do carbono sólido (reação III) com o oxigênio M31 passado no segundo reator da pressão A21. A reação de deslocamento exotérmica IV do gás e a água pode igualmente contribuir para isso.

Para começar a instalação de utilização o A, e para controlar o processo, pode ser necessário alimentar os combustíveis adicionais M13 ao segundo reator A21, tais como, por exemplo, do coque, gás do óleo ou do petróleo, e/ou aumentar o abastecimento de oxigênio a fim de aumentar temporariamente a geração de calor.

A relação entre o monóxido de carbono e o hidrogênio, que é de suma importância para a síntese mais atrasada no terceiro estágio do processo P3, é dada pela reação de deslocamento IV do gás e a água e pode ser influenciado no sentido para o lado direito adicionando o vapor do processo M50. Entretanto, é vantajoso manter quantidade total de água no sistema tão baixa quanto for possível, e para introduzir o hidrogênio adicional M32 diretamente no terceiro estágio do processo preferencialmente.

No exemplo mostrado de uma unidade de utilização AB, o segundo estágio do processo compreende do mesmo modo um corpo de pressão A22, em que o coque pirolítico é transportado dentro do reator A21 por uma grelha deslizante A23. Além disso, outros sistemas de transporte são igualmente possíveis, como tem sido discutido já para o primeiro reator de pressão A13. Isto tem a vantagem no fato de que o coque pirolítico pode ser processado sem uma preparação adicional no segundo estágio do processo.

A princípio, o segundo reator pode ser alternativamente diferentemente projetado. Por exemplo, o coque pirolítico pode ser fragmentado ou moído com antecedência, que

26/46 permite então uma gaseificação do coque em uma corrente fluidizada ou uma corrente arrastada. Contudo, esta variante tem a desvantagem no fato de que as partículas tem um tempo de retenção mais curto no reator, que necessita alimentos de materiais e preparação mais homogêneos. Além do mais, tais instalações necessitam um controle mais exato e mais rápido da velocidade da corrente de gás e de outros parâmetros de processo.

A superfície reativa do coque pirolítico grumoso é comparativamente pequena comparada com uma reação possível do mesmo modo na corrente fluidizada, que, contudo, é compensada para o tempo de residência comparativamente longo no reator A21 devido à alta capacidade de massa do reator de pressão. Outra vantagem é a mercadização mais fácil. Por meio de um alongamento simples do reator de pressão ou um alargamento da seção transversal, a capacidade e consequentemente a taxa de conversão pode ser aumentada sem a necessidade de mudar os parâmetros de processo relevantes tais como a pressão ou a temperatura. Os reatores que tem uma corrente arrastada ou uma corrente fluidificada, ao contrário, não podem ser escalonados de uma maneira tão simples e sem problemas.

O oxigênio M31 necessário para a oxidação parcial e, se apropriado, o vapor do processo M50 é fundido na fogueira formada pelo coque pirolítico, por meio de que a energia térmica necessária é gerada e o reator A21 é mantido na temperatura de funcionamento. Em vez do oxigênio puro, o ar poderia também ser usado, onde, entretanto, o nitrogênio atmosférico inerte expande a corrente do material do gás que circula dentro da instalação de utilização e é difícil de remover outra vez. Isto reduz consideravelmente a eficiência da instalação e assim o oxigênio puro deve ser preferido em todo caso. Além disso, a ausência de nitrogênio no sistema também impede a formação de óxidos de nitrogênio.

Na modalidade exemplar de uma instalação da utilização A mostrada na figura 8, os gases pirólicos M22 são fundidos na fase de gás acima da fogueira no reator de pressão A21, onde em preferidamente altas temperaturas as moléculas poliatômicas contidas nos gás pirólico M22 são quebradas e divididas muito rapidamentes. O gás sintético M24 formado no segundo estágio do processo consequentemente essencialmente já não contém moléculas orgânicas, e pode ser usado para a síntese de Fischer-Tropsch no terceiro estágio do processo. Além disso, os poluentes tais como a dioxina, por exemplo, são decompostos.

O abastecimento de oxigênio M31 na fogueira e no ponto de entrada dos gases pirólicos M22 no reator da pressão ocorre vantajosamente de maneira tal que as dioxinas não podem ser formadas, o que pode ser alcançado por uma separação espacial apropriada. Do mesmo modo, no gás sintético de retirada, nenhum oxigênio deve estar presente.

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Para materiais de partida sem problemas como, por exemplo, lascas de madeira ou palha ou outras biomassas não poluentes, é também possível queimar adiantado os gases pirólicos M22 com oxigênio em um queimador separado e passar do mesmo modo os gases de exaustão quentes na fogueira, com a finalidade de alimentar a energia térmica, ou fundilos sem queimá-los diretamente na fogueira onde são também oxidados.

Na extremidade do reator da pressão A21, os resíduos permanecem sob a forma da cinza e de resíduos inertes, e conforme as circunstâncias de carbono não processado. Se uma transformação é desejada, os aditivos podem ser adicionados a o ponto mais baixo de derretimento da cinza. Com esta finalidade, por exemplo, o pó de giz pode ser adicionado ao material de partida M11. A escória é descarregada do segundo reator da pressão A21 através de um fechamento apropriado da pressão A28 da área de pressão da instalação de utilização AB.

O segundo estágio do processo pode ser alternativamente projetado de tal maneira que o coque pirolítico sem reação na extremidade do reator da pressão é transportado outra vez ao início e assim pode passar através do reator uma segunda vez. Isto permite um projeto mais curto do reator de pressão.

A corrente do gás sintético M24 é descarregado do segundo reator da pressão A21, e uma maior parte M24a é passada através de um trocador de calor apropriado A44, onde a corrente do gás é refrigerado a uma temperatura que seja apropriada para a síntese de Fischer-Tropsch no terceiro estágio do processo P3, que ao mesmo tempo gera, por exemplo, o vapor do processo M50 para propósitos do processo interno e/ou o vapor M52 para a geração de energia em uma unidade de energia AF (não mostrado). Devido às temperaturas mais baixas, quedas de pressão e o equilíbrio das reações eu, II e IV são deslocados, em consequência do novo aumento da fração do dióxido de carbono no gás sintético. Do mesmo modo, o carbono sólido M94 pode se separar da corrente do gás sob a forma de grafite. O carbono M94 pode ser passado como o material de partida M11, M12 de novo no ciclo, sendo usado como um material valioso em outras maneiras, ou removido do sistema como o material residual. A corrente M24a do gás sintético é passado subsequentemente em um separador de ciclone A47, onde o pó M92, principalmente consistindo no coque e na cinza residuais, é separado. A poeira residual M92 pode ser passada de novo no primeiro reator de pressão A13 ou no segundo reator de pressão A21, ou é tratada e/ou descarregada.

Em vez de um separador de ciclone, também outros dispositivos apropriados da purificação do corrente do gás podem ser usados. Se o carbono M94 não é separado, chega junto com a corrente do gás sintético no reator de Fischer-Tropsch A31, onde ele pode ser separado ou filtrado fora junto com o carbono formado como o subproduto na reação de Fischer-Tropsch.

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Dependendo do material de partida, posteriormente um tratamento da corrente de gás pode ser fornecido, a fim de remover os materiais de interferência no gás sintético. Em particular, os resíduos são removidos vantajosamente onde são desvantajosos ao estágio de síntese subsequente. Por exemplo, os compostos de enxofre podem atuar como um veneno do catalizador na síntese de Fischer-Tropsch.

O gás sintético M24 é então alimentado através de um regulador de pressão A48 a um terceiro reator da pressão A31 do terceiro estágio do processo P3, dentro do qual uma síntese de Fischer-Tropsch é realizada. O regulador de pressão A48 reduz a pressão ao valor desejado para o terceiro estágio do processo. Para ajustar a relação desejada do monóxido de carbono/hidrogênio, o hidrogênio adicional M32 pode ser passado no reator de Fischer-Tropsch A31. Do mesmo modo, os catalisadores sólidos necessários M37 são fornecidos.

Na síntese de Fischer-Tropsch do terceiro estágio do processo, o monóxido de carbono e o hidrogênio reagem altamente exotermicamente (aproximadamente158 kj/mol por membro da corrente do hidrocarboneto a 250°C) na presença de catalisadores heterogêneos (por exemplo, catalisadores como o ferro, cobalto, ruténio, níquel) para dar forma a alcanos, olefinas, álcoois, aldeídos e outros compostos e derivados do hidrocarboneto. Os subprodutos são metano e o carbono sólido, que são formados do mesmo modo em reações altamente exotérmicas. Os parâmetros exatos da síntese de Fischer-Tropsch, em particular pressão e temperatura, dependem primeiramente dos produtos a ser produzidos, e não é diretamente relevante ao princípio funcional fundamental de uma instalação de acordo com a invenção ou o processo de acordo com a invenção. Uma temperatura do processo mais alta tem uma tendência para conduzir a um comprimento de cadeia mais curto e ao depósito aumentado do carbono, visto que uma pressão mais elevada conduz a os comprimentos de cadeia maiores. Além disso, especialmente as pressões parciais atuais do monóxido de carbono, do hidrogênio e da água apresentam uma grande influência nos produtos da síntese.

Convenientes para a etapa do processo de síntese são, por exemplo, os processos de Fischer-Tropsch de temperatura baixa, que são feitos para funcionar, por exemplo, em 210 a 250 °C, e principalmente produzem produtos parecidos a um diesel e frações de cadeia longa na forma de ceras. Este último pode então ser utilizado, além disso, por exemplo, no hidrocraqueamento.

Os processos de temperatura alta que tem temperaturas entre 320 e 350 °C produzem por sua vez frações consideráveis de metano, alcanos de cadeia curta e alcanos, e também relativamente altas frações de óleo diesel leve. Para processos de temperatura baixa, por exemplo, os reatores de grupos de tubo são convenientes, no qual o gás sintético flui de cima para baixo por tubos carregados com catalisadores, resfriados. O gás reciclado

29/46 e os produtos deixam o tubo no fundo.

Os reatores especialmente convenientes são reatores em suspensação modernos (esquematicamente mostrado na Figura 8), no qual o catalisador sólido flutua finamente distribuído no produto líquido (como chamado processo de Fischer-Tropsch de Sasol-pasta fluida). Os produtos das reaçõess são separados da fase líquida, quando os produtos gasosos deixarem o reator como parte do gás reciclado M25. O calor é removido através dos tubos refrigerados suspensos A32, gerando desse modo o vapor M51, M50. Os reatores de suspensão tem uma forma mais simples de construção do que reatores do grupo de tubos, e são consequentemente menos caros. O catalisador pode ser usado mais eficientemente e é trocado durante a operação corrente, que é vantajosa no processo cíclico de acordo com invenção. Além disso, tal processo tem a vantagem no fato de que o catalisador heterogêneo pode ser continuamente regenerado pela exposição mecânica de novas superfícies não utilizadas das partículas do catalisador durante a circulação. Desse modo o envenenamento do enxofre do catalisador pode ser continuamente compensado. Consequentemente a partir disso, se apropriado, a remoção do enxofre da corrente de gás sintético pode ser dispensada. _#

O vapor M51, M50 obtido pelo dispositivo refrigerado A32 contém a energia térmica considerável, mas não está ainda quente o suficiente para a utilização eficaz, por exemplo, em uma turbina de vapor de uma unidade de energia AF. Consequentemente é usado vantajosamente para a produção do vapor quente M52, por exemplo, no trocador de calor A44, a fim de aumentar o uso eficaz da energia geral da instalação. A interação entre uma unidade de utilização AB e uma subunidade produtora de energia mais adicional AF da instalação da utilização A já tem sido considerado nas figuras 3 a 5.

A corrente do gás M25 que deixa o reator de Fischer-Tropsch A31, além do monóxido de carbono sem reação e o gás de hidrogênio, contém o vapor de água, o dióxido de carbono e os produtos gasosos da reação M60. Uma fração dos hidrocarbonetos altamente temporários M60 pode ser condensada para fora ali, por exemplo, usando uma coluna refrigerada (não mostrado). Do mesmo modo, a água M41 pode ser condensada, e assim ser removida do gás reciclado e desse modo da corrente do material. A partir da corrente do gás reciclado remanescente, uma peça M25b pode ser separada como o produto do processo. A corrente do gás reciclado remanescente M25a é comprimido em um compressor A42, e recirculado ao primeiro reator A13.

O transtorte cíclico da corrente de gás dentro da instalação da utilização A prossegue principalmente devido aos diferenciais prevalentemente de pressão ao longo do ciclo. Estes são gerados primeiramente pelos dois compressores A41, A42. Dependendo do projeto da instalação, um dos dois compressores pode ser dispensado, abaixando os custos totais da instalação. Se a instalação contém somente um compressor (como, por exemplo, na

30/46 segunda modalidade exemplar de uma instalação de utilização na figura 9 descrita em seguida), o arranjo a montante do primeiro reator A13 tem a vantagem no fato de que o compressor correspondente A42 precisa comprimir um volume mais baixo do gás do que um compressor A41 entre os primeiros e segundos estágios do processo, onde além disso os gases pirólicos resultam, e o volume total é mais elevado devido à temperatura mais alta, ou mesmo entre o segundo e terceiro estágio do processo.

Se o compressor A41 é dispensado, há somente uma queda de pressão pequena entre os dois reatores A13, A21, de forma que os primeiros e segundos estágios do processo prosseguem essencialmente na mesma pressão. A corrente do gás funciona então inicialmente do compressor A42 através do primeiro reator A13, do segundo reator A21 e do terceiro reator A31 e depois volta ao compressor A42. Se, ao contrário, o compressor A42 é dispensado, a pressão é essencialmente idêntica dentro do terceiro reator A31 e o primeiro reator A13. Um compressor pode também ser arranjado entre o segundo e terceiro estágio do processo. Em razão da entropia, pelo menos um compressor ou algum outro meio de transporte deve estar presente a fim de transportar a corrente do gás e manter o funcionamento do processo.

Para compensar as flutuações provisórias na produção do gás devido ao material de partida heterogêneo, os armazenamentos de pressão (não mostrados) podem ser fornecidos ao longo do ciclo do gás M22, M24, M25. Similarmente, é igualmente possível fornecer o armazenamento provisório para o coque pirólico M21.

Se a unidade da utilização A da figura 8 é comparavelmente pequena calculando as dimensões, e correspondentemente a taxa de fluxo volumétrica M22 entre o primeiro reator de pressão A13 e o segundo reator de pressão A21 é comparativamente pequena, o compressor A41 pode gerar uma diferença de pressão de diversos bar com uma despesa de energia razoável. O primeiro estágio do processo pode então ser operado em uma pressão substancialmente mais baixa do que o segundo estágio do processo. O primeiro estágio do processo pode ainda ser realizado em pressão atmosférica ou mesmo em pressão reduzida. Começo da operação de uma instalação da utilização

Um método possível será descrito em seguida agora começando a operação de um A da instalação da utilização segundo as indicações de figura 8. Para começar acima do A da instalação da utilização, o ciclo e os três estágios do processo são nivelados e enchidos com um gás oxygen-free, vantajosamente com gás de dióxido de carbono e/ou de monóxido e/ou de hidrogênio de carbono ou misturas disso, que é dizer o gás sintético. Subsequentemente o segundo reator A21, enchido adiantado com o coque, é aquecido então acima, por exemplo usando bico de gás. O segundo reator é separado com esta finalidade do ciclo, fechando as conexões correspondentes. Durante o aquecimento até a temperatura de funcionamento desejada, o transporte A23 do coque dentro do reator A21 da

31/46 pressão não é ativado ainda. Se apropriado, um desvio provisório (não mostrado) pode ser fornecido no ciclo, entre o trocdor de calor A44 e o reator da pressão A21, a fim de ser capaz de circular o gás aquecido no sistema e de aquecer uniformente acima a seção inteira da instalação. A pressão é aumentada do mesmo modo ao valor programado.

Paralelamente a isso, o primeiro reator da pressão A13, que tem sido enchido igualmente com o coque adiantado, é separado do ciclo e aqueceu-se até a temperatura de funcionamento pretendida do primeiro estágio do processo. A pressão é trazida do mesmo modo ao valor desejado para o primeiro estágio do processo. O material de transporte A15 dentro o primeiro reator ainda permanece desligado. Entretanto, o aquecimento deve preferencialmente ocorrer sem material inicial, uma vez que a pirólise do material iniciada abaixo de uma temperatura de funcionamento segurança mínima de 450°C pode conduzir à formação de misturas explosivas. Ao contrário, o coque já pirolizado, e serve somente para o coque de alimentação no segundo estágio do processo, quando o ciclo é começado mais tarde.

O reator de Fischer-Tropsch A31 é operado do mesmo modo até o funcionamento circunstâncias ao ser separado do ciclo. Depois que as condições de funcionamento foram alcangadas nos vários estágios do processo da instalação da utilização, os vários sistemas de transporte A15, A23 estão funcionados acima de lentamente, o ciclo é aberto e os compressores A41, A42 são ativados, de modo que finalmente um estado de equilíbrio da instalação AB da utilização resulte nos parâmetros de funcionamento desejados.

Uma modalidade mais adicional de uma unidade da utilização AB de uma instalação Z de acordo com a invenção é mostrada em figura 9. Para a claridade, o limite da unidade da utilização AB não é mostrado.

Em contraste com a unidade da AB utilização na figura 8, nenhum compressor é arranjado entre o primeiro reator da pressão A13 e o segundo reator da pressão A21, mas somente uma válvula de não retorno A53, que, entretanto, possa igualmente ser dispensado com. O corrente do gás é transportado através da instalação pelo gota de pressão gerada pelo compressor A42. Desde que esta variação vantajosa precisa somente um único compressor A42 que, além, possa ter um volume mais baixo da produção, os custos totais da instalação AB são reduzidos.

Na variação mostrada, a corrente ramificada M24b do gás sintético não é passado diretamente de novo no primeiro reator A13, mas é conduzido preferencialmente através de um dispositivo de aquecimento A16 do reator da pressão A13, e então combinado outra vez com o gás sintético M24a. Alternativamente ou além disso, um dispositivo de aquecimento mais adicional A17 pode ser fornecido, que seja operado com vapor do processo M50.

Um trocador de calor A45 é arranjado na corrente do gás reciclado M25a, e serve aquecendo a corrente M25a do gás reciclado pelo vapor M50 do processo. A corrente do

32/46 gás reciclado assim nesta modalidade igualmente serve como a fonte do calor ao primeiro reator da pressão A13.

Uma modalidade mais adicional de uma unidade de utilização AB de uma instalação Z de acordo com a invenção é mostrada na figura 9. Para a claridade, o limite da unidade da utilização AB não é mostrado.

Em contraste com a unidade da utilização AB na figura 8, nenhum compressor é arranjado entre o primeiro reator da pressão A13 e o segundo reator da pressão A21, mas somente uma válvula de não retorno A53, que, entretanto, possa igualmente ser dispensado. A corrente do gás é transportada através da instalação pela queda de pressão gerada pelo compressor A42. Uma vez que esta variação vantajosa precisa somente um único compressor A42 que, além, possa ter um volume mais baixo da produção, os custos totais da instalação AB são reduzidos.

Na variação mostrada, a corrente ramificado do gás sintético M24b não é passada diretamente de novo no primeiro reator A13, mas é conduzido preferencialmente através de um dispositivo de aquecimento A16 do reator da pressão A13, e então combinado outra vez com o gás sintético M24a. Alternativamente ou além, um dispositivo de aquecimento mais adicional A17 pode ser fornecido, que seja operado com vapor do processo M50.

Um trocador de calor A45 é arranjado na corrente do gás reciclado M25a, e serve aquecendo a corrente do gás reciclado M25a pelo vapor do processo M50. A corrente do gás reciclado assim nesta modalidade também serve como a fonte do calor ao primeiro reator da pressão A13.

O metanol é um produto baixo valioso para a indústria química e pode também ser usado como um propulsor. O metanol pode, além disso, atuar como um aditivo à gasolina, onde, por exemplo, na Alemanha uma fração do metanol de até 3% na gasolina do veículo é permitida. O metanol pode em particular também ser usado como o combustível M60 para um segundo estágio do gerador.

Controle e otimização dos parâmetros de funcionamento de uma instalação de utilização

O processo de acordo com a invenção mostrado nas figuras 8 e 9 é baseado em um fluxo de matéria cíclica através dos três estágios do processo P1, P2, P3 da unidade de utilização AB, onde o material carbonáceo de partida M11 é alimentado no ciclo como a fonte de carbono e fonte de energia, e os produtos do estágio da síntese são ramificados como os produtos de primeira qualidade M60 ou como os combustíveis M61 para a instalação de energia C da instalação Z de acordo com a invenção. A escória M91 e o os outros materiais de resíduos M92, M93, M94, assim como o vapor de água no gás reciclado M25b, são removidos continuamente do ciclo. O vapor produzido nos trocadores de calor é usado por um lado como o vapor do processo M50 para operar a instalação, aumentando

33/46 desse modo a eficiência e a eficácia da instalação. Por outro lado, o vapor superaquecido M51, M52 pode ser usado para a geração da energia em uma unidade de energia AF.

Essencialmente, em um processo de utilização de acordo com a invenção, um material sólido de partida rico em energia, mas heterogêneo M11 que é difícil de utilizar, um produto também rico em energia M60, M61 é produzido, a saber, as diferentes frações do estágio de Fischer-Tropsch. Estes podem então ser subsequentemente utilizados, por exemplo, como propulsores líquidos ou como reagentes para a indústria química. A energia necessária para operar a instalação de utilização AB origina da reação parcial da oxidação no segundo estágio do processo, onde um excesso da energia química gerada (sob a forma de gás sintético) é convertido mais tarde outra vez na reação exotérmica de Fischer-Tropsch do terceiro estágio do processo na energia térmica sob a forma de vapor M50, M51.

Em uma variação particularmente vantajosa de um processo de geração de energia de acordo com a invenção, ou em uma instalação Z de acordo com a invenção, respectivamente, o vapor superaquecido M52 é gerado a partir do material de partida M11, para a operação em longo prazo de uma unidade de energia de carga baixa AF, e também um combustível M61 para a operação flexível de uma unidade de energia da carga máxima C.

Devido a corrente da matéria circulante fechada no processo, um equilíbrio dinâmico está presente durante a operação da utilização de instalação A. Os valores necessários dos vários parâmetros (pressão, temperatura, composições quimicas, velocidades do transporte etc.) nas partes individuais da instalação são determinados, entre outras coisas, pela natureza do material de partida usado. A fim de manter um estado de funcionamento constante, apesar do material de partida heterogêneo, os vários parâmetros de funcionamento podem ser controlados.

Para produzir os hidrocarbonetos e outros produtos no terceiro estágio de FischerTropsch P3, a pressão e a temperatura no terceiro reator A31 são parâmetros decisivos. A pressão pode ser controlada em um curto prazo usando o compressor A42 aumentando ou diminuindo o desempenho. A temperatura pode, por sua vez, ser controlada através do desempenho refrigerado do trocador de calor A32. Em longo prazo, a pressão pode ser controlada através da pressão na corrente do gás sintético M24, mudando por um lado a pressão de funcionamento e a temperatura no segundo estágio do processo, e por outro lado controlando o desempenho refrigerado do trocador de calor A44 e desse modo a queda da temperatura e da pressão na corrente do gás sintético M24.

O controle de uma instalação de utilização A é comparativamente simples, desde que a instalação funcione em um equilíbrio com realimentação, e para o controle de alguns parâmetros relevantes uma multiplicidade de parâmetros, os parâmetros de funcionamento individuais de vários componentes da instalação, pode ser modificado, podendo influenciar o

34/46 equilíbrio lentamente ou rapidamente.

O processo da utilização de acordo com a invenção é realizado preferencialmente com uma fração elevada do dióxido de carbono. Isto, entre outras coisas, desloca o equilíbrio da reação IV ao lado da mão esquerda (mais monóxido de carbono). A pressão de funcionamento elevada da instalação de utilização entre 10 e 60 bar permite um conteúdo muito elevado de dióxido de carbono, simultaneamente a, não obstante, uma quantidade tão alta quanto possível de monóxido de carbono, e assim da saída de processamento. Uma pressão mais elevada ou mais baixa é do mesmo modo possível, mas menos eficiente.

A instalação de utilização pode ser aperfeiçoada no que diz respeito a vários aspectos. Por exemplo, se principalmente os materiais valiosos tais como, por exemplo, os hidrocarbonetos tipo diesel e tipo gasolina e ceras, etc. devem ser produzidos no terceiro estágio do processo a partir da biomassa do carbono com dióxido neutro tais como, por exemplo, as lascas de madeira, o processo é direcionado para uma relação tão favorável quanto possível entre os custos da biomassa e da operação em curso e o valor dos materiais valiosos gerados. Ao contrário, menos importância precisa ser considerada da emissão do dióxido de carbono, uma vez que está em qualquer caso de biomassa do carbono com dióxido-neutro. A fim de melhorar o balanço ecológico, o abastecimento de energia externa (corrente elétrica etc.) pode ser reduzido, com o consumo simultaneamente elevado da biomassa.

Se, ao contrário, o foco se encontra em uma eliminação a favor do meio ambiente de materiais poluídos com produção mínima de dióxido de carbono, a instalação é operada de tal maneira com pouco dióxido de carbono quanto for possível para atender as necessidades possíveis de ser removido do ciclo e de ser liberado ao ambiente. Isto então, conforme as circunstâncias podem conduzir a uma demanda elevada para a energia externa.

Do mesmo modo, a instalação de utilização pode ser aperfeiçoada para a produção máxima do material de partida, e de modo que neste caso um coque pirolítico não processado pode deixar o terceiro estágio do processo junto com a escória. O coque pirolítico, que é pouco problemático em relação ao meio ambiente, pode então ser depositado em depósitos de aterros sanitários junto com a escória. Tal variação é vantajosa, por exemplo, quando grandes quantidades de material poluído necessitam se tornar inofensivas de uma maneira dióxido de carbono neutralizado.

A temperatura de funcionamento do segundo estágio do processo P2 pode do mesmo modo ser aperfeiçoada. Assim, por exemplo, a temperatura de funcionamento do segundo estágio do processo P1 da unidade da utilização AB pode ser abaixada, a fim de elevar a produção quantitativa no segundo reator A21. Isto então conduz possivelmente a determinados materiais temporários no gás pirólico M22 já que não é quebrado e que passa

35/46 junto com o gás sintético M24 no reator de Fischer-Tropsch A31. Assim, por exemplo, o benzeno pode passar do material de partida, por exemplo, do óleo pesado, relativamente em pequenas quantidades nos produtos da síntese de Fischer-Tropsch. Lá estes materiais permanecem como parte de um combustível líquido M61, mas caso necessário, pode também ser separado.

A figura 10 mostra esquematicamente uma modalidade mais vantajosa de uma unidade de utilização AB. Entre o primeiro estágio do processo P1 e o segundo estágio do processo P2, um trocador de calor A46 é arranjado, que serve para aquecer os gases pirólicos M22 com o vapor do processo à temperatura de funcionamento do segundo estágio do processo, antes da entrada no segundo reator da pressão A21. É igualmente possível fornecer o trocador de calor A46 com o gás sintético quente M24.

O compressor A43 é arranjado na tubulação do transporte do gás sintético M24, a jusante de um trocador de calor A44. Embora o fluxo de massa neste momento da instalação seja maior, devido à temperatura a jusante extremamente abaixada do trocador de calor A44, o volume do gás que deve ser preso pelo compressor A43 é menor, e a temperatura de funcionamento é favorável para o compressor, desde que seja mais baixa.

Na unidade de utilização mostrada AB, nenhum separador de ciclone é fornecido separando os componentes sólidos M92 na corrente do gás sintético. O pó residual M92, M94 entra desimpedido no terceiro estágio do processo P3, onde é limitado na fase líquida do reator da síntese A31. Uma vez que o pó residual é insolúvel nos hidrocarbonetos, pode ser filtrado sem grande esforço. Dispensado junto com o separador de ciclone reduz os custos da instalação de utilização AB.

Uma modalidade vantajosa mais adicional de uma unidade de utilização AB de uma instalação Z de acordo com a invenção é mostrada na figura 11, que é particularmente apropriado para produzir os combustíveis líquidos M61 de biomassa não poluída tal como, por exemplo, lascas de madeira. Nesta variação, os gases pirólicos M22 não são passados no segundo estágio do processo P2, mas no terceiro estágio do processo P3, o gás sintético M24 não é passado no terceiro estágio do processo P3, mas no primeiro estágio do processo P1, e o gás reciclado M25 não é passado no primeiro estágio do processo P1, mas no segundo estágio do processo P2.

No primeiro estágio do processo P1, a corrente quente M24 do gás sintético aquece o material da pirólise e mantém a temperatura de funcionamento. A corrente do gás pirólico M22 que sai do primeiro estágio do processo, além dos gases pirólicos atuais, então também contém a fração do gás sintético do segundo estágio do processo, que faz aqui desse modo uma volta através do primeiro estágio do processo.

No segundo estágio do processo P2, a fração do gás sintético nos gases pirólicos M22 reage, visto que as frações do gás pirólico que ainda não condensaram M23 no

36/46 trocador de calor A45 dissolvem-se na fase líquida do reator da síntese A31. Desde que no caso do uso direto dos produtos M60 do terceiro estágio do processo como um propulsor ou como um combustível para o segundo dispositivo de movimentação C11, as exigências de pureza não são particularmente elevadas, a quebra dos gases pirólicos podem ser dispensados. O propulsor ou o combustível M61 é pós-purificado subsequentemente, a fim de remover resíduos inoportunos tais como, por exemplo, ácidos orgânicos etc. As frações condensadas do gás pirólico M23, que tem um ponto de baixa temperatura de fusão e do ponto de ebulição, e contém uma fração considerável de alcatrão, podem vantajosamente ser alimentadas no segundo estágio do processo como um aditivo sólido ou líquido M23.

A corrente do gás reciclado M25 é subsequentemente comprimido A42, aquecido A46, e passado no segundo estágio do processo P2, e um ciclo é formado outra vez. Uma vez que o rachamento dos gases que são introduzidos no reator da pressão A21 não é necessário, o segundo estágio do processo pode funcionar em uma temperatura de funcionamento mais baixa.

A figura 12 mostra uma modalidade de uma unidade da utilização B, em que o primeiro estágio do processo e o segundo estágio do processo Ρ1, P2 são realizados em um reator compartilhado de pressão A24. A pirólise ocorre em uma primeira câmara A25 do reator A24, e na gaseificação em uma segunda câmara A26. As duas câmaras A25, A26 são formadas por uma parede divisória A27 arranjadas no reator de pressão A24, tendo um furo direto através do qual um sistema de transporte compartilhado transporta o coque pirolítico M21, e através d a corrente do gás pirólico M22. A parede divisória A27 serve principaimente para o isolamento térmico das duas câmaras A27, A26, de forma que diferentes temperaturas de funcionamento podem ser operadas nos dois estágios do processo. É igualmente possível equipar tal reator da pressão compartilhado com mais de uma câmara.

A instalação da energia para a geração de energia de carga máxima

Se um dispositivo de movimentação C11 da instalação da energia C de uma instalação de acordo com a invenção é configurado como um motor de combustão, em uma variação vantajosa tal como a água do dispositivo de movimentação M40 pode ser usada como meios adicionais de uma expansão. Para essa finalidade, após a ignição do processo de combustão, por exemplo, após a auto-ignição da mistura combustível-ar comprimido em um motor a diesel, uma determinada quantidade de água é injetada em um cilindro. Esta água, que é preferencialmente finamente dispersada, é vaporizada subsequentemente pela energia calorífica da reação exotérmica de oxidação. Assim o aumento resultante na pressão de gás e no volume do gás devido ao vapor de água é adicionado à geração da energia cinética, onde, entretanto, ao mesmo tempo a temperatura da mistura total de gás de combustão e de vapor de água é reduzida. Isto, entretanto, ocorre sem problemas, ou

37/46 mesmo desejável, uma vez que devido à densidade de energia mais elevada de uma reação com temperaturas consideravelmente mais altas da reação do oxigênio ocorre, aumentando a eficiência termodinâmica, mas também força os componentes do dispositivo de movimentação C11.

Alternativamente, a água pode também ser fornecida como o vapor de água M50. Uma determinada quantidade de água líquida pode também ser fornecida misturada com o combustível líquido. Em altas temperaturas de reação, o vapor superaquecido atua mais como um agente adicional da oxidação, além do oxigênio.

Em seguida, na figura 13, a modalidade do funcionamento de um possível dispositivo de movimentação C11 para uma instalação da energia de carga máxima C de uma instalação Z de acordo com a invenção será descrita e explicada mais detalhadamente, em referência ao exemplo de um motor de combustão sob a forma de um motor de pistão com um cilindro. Analogamente, os dispositivos de movimentação C11 são projetados enquanto os motores de combustão podem também ser projetados como turbinas ou motores de Wankel, etc. Os gases de combustão quentes são usados de acordo com o princípio funcional do tipo respectivo de motor de combustão para o desempenho do trabalho mecânico, por exemplo, para operar uma instalação do gerador, e no curso deste é parcialmente expandido. Subsequentemente, o gás de oxidação M27 sai da câmara de combustão. Assim, por exemplo, em um motor de combustão projetado como um motor de pistão de quatro tempos, no terceiro curso a mistura de gases de combustão M27 é ejetada do cilindro, e subsequentemente comprimida e resfriada.

Do mesmo modo, é possível executar um dispositivo de movimentação C11 como um motor de calor com combustão externa, por exemplo, como um motor de vapor ou uma turbina de vapor.

O motor de combustão C11 mostrado na figura 13 compreende um cilindro C22, e um pistão C23 arranjado de forma movente neste, que juntos formam uma câmara de combustão fechada C21. Com um dispositivo de alimentação C27 que é mostrado somente esquematicamente, em um primeiro oxigênio do curso M31 é introduzido na câmara de combustão de expansão C21. Subsequentemente, em um segundo curso, o oxigênio M31 é comprimido e na extremidade do segundo curso o combustível M61 é introduzido na câmara de combustão C21 por um dispositivo da alimentação C29 e queimado. No terceiro curso subsequente, os gases de combustão de expansão M27 executam o trabalho mecânico, e durante o quarto curso os gases de combustão parcialmente expandidos M27 são descarregados da câmara de combustão C21 por um dispositivo de ventilação C24, que não é mostrado mais detalhadamente.

Os gases quentes da oxidação M27, que consistem essencialmente somente no dióxido de carbono e no vapor de água, são refrigerados subsequentemente em um trocador

38/46 de calor a jusante C12. O volume destes gases de oxidação M27 é reduzido desse modo. Em consequência a refrigeração da maior parte da água M41 é condensada e é separada. O gás residual restante M26, que consiste essencialmente somente no dióxido de carbono e possivelmente em frações residuais do monóxido de carbono e de combustíveis sem reação, é comprimido em um compressor C13 arranjado em série e é coletado no armazenamento de pressão BB. O estágio da condensação C12 a montante da compressão diminui neste processo a formação não desejada de gotas de água da condensação no compressor C13.

O motor de combustão descrito C11 não compreende nenhuma emissão. Uma vez que o dispositivo não é operado com ar ou mistura de gases similares como o agente de oxidação, nenhum poluente ar-específico como, por exemplo, óxidos de nitrogênio pode formar qualquer um destes. A água formada na combustão não é um problema e pode ser separada. O dióxido de carbono é conduzido como o gás residual M26 no ciclo da instalação da utilização AB. As frações não queimadas do combustível condensam-se junto com a água e são separadas, ou são comprimidas junto com o dióxido de carbono. Os gases de oxidação M27 do dispositivo de movimentação C11 podem também ser passados sem refrigerar diretamente no primeiro ou segundo estágio do processo.

Se a energia da carga máxima C da instalação é separada espacialmente da instalação da utilização A, e uma linha de retorno direta para os gases do resíduo M26 não é praticável, estas podem igualmente ser muito altamente comprimidas e transportadas para trás em alta pressão nos armazenamentos da pressão BB da instalação da energia C da instalação da utilização A.

Uma possível modalidade adicional de um dispositivo de movimentação C11 projetado como um motor de combustão é mostrado esquematicamente na Figura 14. Nesta variante a água M40 é introduzida na combustão gabinete C21 por meios de um ração dispositivo C28 único esquematicamente mostrado. Isto prossegue preferencialmente em tal maneira que durante ou depois que a reação de combustão de uma quantidade definida de água é injetada em estado líquido ou gasoso na câmara de combustão C21 e é distribuído com precisão. Esta água é aquecida pelo calor de combustão, pelo volume inteiro de gás aumenta na câmara de combustão C21, e assim também a pressão de gás ou volume de gás disponível para executar o trabalho mecânico.

Correspondentemente, a quantidade de combustível pode então ser diminuída, com poder inalterado. Por outro lado ou, além disso, a água M40 pode também ser introduzida na corrente do gás de oxidação M27 quando deixa a câmara de combustão C21. A tal variante tem a vantagem no fato de que a reação de combustão na câmara de combustão pode prosseguir eficientemente em temperaturas tão altas quanto possível, e simultaneamente a temperatura resultante da corrente de gás de oxidação é tão baixa que

38/46 de calor a jusante C12. O volume destes gases de oxidação M27 é reduzido desse modo. Em consequência a refrigeração da maior parte da água M41 é condensada e é separada.

O gás residual restante M26, que consiste essencialmente somente no dióxido de carbono e possivelmente em frações residuais do monóxido de carbono e de combustíveis sem reação, é comprimido em um compressor C13 arranjado em série e é coletado no armazenamento de pressão BB. O estágio da condensação C12 a montante da compressão diminui neste processo a formação não desejada de gotas de água da condensação no compressor C13.

O motor de combustão descrito C11 não compreende nenhuma emissão. Uma vez que o dispositivo não é operado com ar ou mistura de gases similares como o agente de oxidação, nenhum poluente ar-específico como, por exemplo, óxidos de nitrogênio pode formar qualquer um destes. A água formada na combustão não é um problema e pode ser separada. O dióxido de carbono é conduzido como o gás residual M26 no ciclo da instalação da utilização AB. As frações não queimadas do combustível condensam-se junto com a água e são separadas, ou são comprimidas junto com o dióxido de carbono. Os gases de oxidação M27 do dispositivo de movimentação C11 podem também ser passados sem , refrigerar diretamente no primeiro ou segundo estágio do processo.

Se a energia da carga máxima C da instalação é separada espacialmente da instalação da utilização A, e uma linha de retorno direta para os gases do resíduo M26 não é praticável, estas podem igualmente ser muito altamente comprimidas e transportadas para trás em alta pressão nos armazenamentos da pressão BB da instalação da energia C da instalação da utilização A.

Uma possível modalidade adicional de um dispositivo de movimentação C11 projetado como um motor de combustão é mostrado esquematicamente na Figura 14. Nesta variante a água M40 é introduzida na combustão gabinete C21 por meios de um ração dispositivo C28 único esquematicamente mostrado. Isto prossegue preferencialmente em tal maneira que durante ou depois que a reação de combustão de uma quantidade definida de água é injetada em estado líquido ou gasoso na câmara de combustão C21 e é distribuído com precisão. Esta água é aquecida pelo calor de combustão, pelo volume inteiro de gás aumenta na câmara de combustão C21, e assim também a pressão de gás ou volume de gás disponível para executar o trabalho mecânico.

Correspondentemente, a quantidade de combustível pode então ser diminuída, com poder inalterado. Por outro lado ou, além disso, a água M40 pode também ser introduzida na corrente do gás de oxidação M27 quando deixa a câmara de combustão C21. A tal variante tem a vantagem no fato de que a reação de combustão na câmara de combustão pode prosseguir eficientemente em temperaturas tão altas quanto possível, e simultaneamente a temperatura resultante da corrente de gás de oxidação é tão baixa que

39/46 os subsequentes dispositivos C12, C13 são menos estressados.

A quantidade de água e o tempo de injeção são combinados à alimentação de combustível M61 e oxigênio M31 de tai maneira que a reação de combustão pode acontecer eficientemente. Vantajosamente, a temperatura resultante durante a reação de oxidação é essencialmente tal que uma eficiência termodinâmica do motor de calor é realizada sendo tão alta quanto possível. Quanto mais alta a quantidade de água usada, mais baixa é consequentemente a fração relativa do dióxido de carbono nos gases de reação, que reduz a quantidade de gás residual M26 permanecendo depois da condensação de água M41.

Na modalidade mostrada na figura 14, os gases de oxidação M27 são comprimidos primeiramente em um compressor C13 antes que sejam refrigerados subsequentemente no trocador de calor C12. Esta variação é igualmente combinável com o motor de combustão C11 sem injeção da água da figura 13, e reciprocamente, pode ser usada geraimente para um dispositivo de movimentação C11.

A energia necessária para operar o compressor de um dispositivo de movimentação C11 é gerada vantajosamente pelo próprio dispositivo de movimentação. Como consequência disso, a eficiência realizável do dispositivo de movimentação diminui, mas a liberdade da emissão do dito dispositivo de movimentação é alcançada ao mesmo tempo desse modo. Além disso, a energia realizável para as mesmas dimensões do motor é maior, que compensa outra vez a perda de energia. O compressor pode, por exemplo, ser operado através de uma engrenagem apropriada diretamente pelo eixo de manivela de um motor de combustão do pistão.

Se o dispositivo de movimentação C11 compreende uma turbina, o compressor pode situar-se diretamente no mesmo eixo. Diretamente no seguimento do processo de expansão os gases de oxidação podem então ser condensados e a corrente residual restante ser comprimida.

Em outra variação de um dispositivo de movimentação, projetado como um motor de pistão, após a combustão os gases da oxidação são precomprimidos dentro da câmara de combustão no terceiro curso, e são descarregados somente depois pelo dispositivo da ventilação C24. Se apropriado, o compressor a jusante C13 pode igualmente ser omitido.

Tal modalidade é igualmente possível como uma variação de motor a dois tempos, porque em um dispositivo dr movimentação o novo carregamento da câmara de combustão com a mistura de reação (combustível M61, oxigênio M31, água M40) pode prosseguir muito rapidamente. Em um segundo curso ascendente, os gás de combustão precomprido, e para a extremidade do curso são liberados da câmara de combustão. O oxigênio gasoso pode ser fundido na câmara de combustão a alta pressão na extremidade do curso ascendente, uma vez que para uma completa reação da combustão comparativamente pouco oxigênio é exigido, e a água está presente como o agente adicional da expansão. O combustível

40/46 líquido M61 e a água M40 como o agente da expansão podem em todo caso ser injetados na câmara de combustão C21 muito rapidamente e a alta pressão.

O consumo de energia do compressor C13 pode ser aperfeiçoado pela combinação apropriada com um ou mais trocadores de calor ou elementos refrigerantes, em que o volume do gás pode ser reduzido dispondo a energia calorífica da reação do gás em um dissipador de caior interno ou externo.

Por meio do trocador de calor/condensador C12, o vapor pode ser gerado, que pode tanto servir para aumentar a eficiência de uma unidade de energia AF da instalação de utilização, ou obter o vapor do processo M50 para operar a unidade de utilização AB da instalação de utilização.

A figura 15 mostra uma variação particularmente vantajosa da modalidade de uma instalação de energia de carga máxima C, tendo um dispositivo de movimentação C11 que é construído como uma turbina combinada de gás/vapor. Em uma câmara de combustão a montante C21, o combustível M61 é queimado com o oxigênio M31 em um queimador C25, dando forma a um gás de combustão muito quente. A água é introduzida na câmara de combustão C21, preferenciaimente como a água iíquida superaquecida que tem uma temperatura de, por exemplo, 250°C, e uma pressão de 50 bar. O vapor resultante mistura com os gases de exaustão da combustão de maneira tal que um gás de oxidação quente M27a (por exemplo, 600 °C) com uma fração elevada de frormas de vapor superaquecido, o qual sai da câmara de combustão C21 e é convertido em um dispositivo a jusante da turbina C30 no trabalho mecânico com o quai, por sua vez, um dispositivo do gerador C31 é conduzido. Dependendo do projeto, a mistura de gases na câmara de combustão comportase isocoricamente, de tal maneira que a pressão do gás aumenta quisobaricamente, de tal maneira que o volume do gás aumenta consequentemente, ou aumenta tanto volume quanto a pressão. Assim o seguinte dispositivo da turbina C30 deve igualmente ser projetado correspondentemente. As turbinas apropriadas C30 são conhecidas a partir do estado da técnica, e tem geralmente estágios múltiplos do processo. Em uma variação alternativa, o vapor parciaimente expandido do processo M50 pode ser extraído a jusante de um estágio de aita pressão do dispositivo da turbina C30, e pode ser usado em outras maneiras.

O gás da oxidação expandido M27b é passado em um condensador/preaquecedor C12 onde a água M41 é condensada e separada. O gás residual restante M26 que contém essencialmente o dióxido de carbono, é comprimido em um compressor C13 e transportado no primeiro estágio do processo P1 de urna instalação de utilização AB. O compressor C13 é conduzido vantajosamente diretamente através da turbina C30.

Em vez de na câmara de combustão C21, a água M40 também pode ser misturada com a corrente de gás de oxidação M27a a jusante a câmara de combustão C21, por

41/46 exemplo, por meios de um bocal de Venturi.

No dispositivo de movimentação C11, a quantidade de água M40 e a quantidade da mistura de combustão M61, M31, e outros parâmetros de escolha, vantajosamente são combinados entre si de tal maneira que a turbina a jusante realiza uma utilização de energia tão alta quanto possível. Ao mesmo tempo, a fração de água na mistura do gás de oxidação M27b será tão alta quanto possível. Por um lado, esta maneira através do condensador C12 é realizada uma queda de pressão tão alta quanto possível da mistura de gás, que aumenta a diferença total de pressão sobre o turbo C30 e assim sua eficiência. Por outro lado, menos gás M26 residual permanece o qual deve ser comprimido C13.

Outra vantagem de introduzir vapor na câmara de combustão é o efeito de resfriamento do vapor M50. A oxidação exotérmica da mistura de combustível M60, M31 pode levar a temperaturas muito altas de até 1000° C, ou mesmo 2000° C. Tais temperaturas realçariam muito as estruturas da câmara de combustão C21 e do dispositivo de turbina a jusante C30. O vapor de água relativamente frio preferencialmente é introduzido na câmara em tal maneira que protege as paredes da câmara de combustão C21 da chama muito quente C26. O vapor finalmente esfria a mistura inteira de gás de 600°C a 800° C, que abaixa a carga térmica das lâminas de turbina, e correspondentemente aumenta a vida de' serviço.

Além dos aspectos acima mencionados, o dispositivo da movimentação mostrado difere, por exemplo, de uma turbina de gás convencional igualmente pelo fato que nenhum compressor está conectado a montante da câmara de combustão. Isto permite um projeto significativamente mais simples da câmara de combustão C21 do que em uma turbina de gás. Uma vez que os combustíveis M61 são queimados com oxigênio puro M31, a densidade de energia realizável é mais elevada do que com o uso do ar com sua fração reduzida do oxigênio. A fim de aumentar a quantidade de oxigênio que pode ser introduzido por tempo de unidade na câmara de combustão C21, o oxigênio pode ser pressurizado de forma adiantada. O dispositivo da turbina C30 pode ser projetado como uma turbina de vapor, uma vez que a temperatura e as amplitudes da pressão do gás da oxidação M27a são essencialmente a mesma.

Na operação normal, o dispositivo da movimentação C11 da instalação da energia C permanece na operação sem carga. Uma pequena quantidade de vapor mantém a turbina C30 em movimento, enquanto o dispositivo do gerador não produz energia elétrica. Se agora a demanda da corrente eléctrica aumenta dentro de um período curto de tempo, a mistura do combustível M31, M60 é injetada na câmara de combustão C21 e inflamada com um dispositivo da ignição (não mostrado). Ao mesmo tempo, a quantidade da água injetada M40, M50 é aumentada. A turbina C30 agora funciona, e o gerador C31 começa a operar.

O dispositivo de movimentação C11 pode igualmente estar permanentemente em

42/46 operação, por exemplo, em 10% a 50% da energia da instalação do gerador da carga baixa AF. Quando a demanda da corrente eléctrica aumenta, a instalação C pode então ser trazida à potência máxima em um muito curto período de tempo, por exemplo, 500% da energia da instalação do gerador de carga baixa AF. Uma instalação Z de acordo com a invenção pode então adaptar a energia total muito dinamicamente sobre uma larga escala. Uma instalação da energia de carga máxima C pode igualmente ter uma pluralidade de câmaras de combustão C21 e/ou dos dispositivos da turbina C30.

Construção modular da instalação

Em uma modalidade particularmente vantajosa de uma instalação de acordo com a invenção, os componentes individuais da instalação são dimensionados e construídos de tal maneira que possam ser desmontados eficientemente nos módulos individuais, que podem ser transportados pelo caminhão, e podem subsequentemente ser remontados. Particularmente vantajoso é um dimensionamento máximo dos módulos que permite o transporte sem meios especiais de transporte.

Tal instalação modular de acordo com a invenção tem a vantagem que pode igualmente ser configurada somente temporariamente, por exemplo, por um tempo de funcionamento somente de determinados anos ou mesmo somente meses. Assim que a demanda já não existe mais, pode ser desmontada e reconstruída em uma nova posição. Tal instalação é particularmente útil, por exemplo, no setor de mineração, quando em áreas remotas da mineração em um curto período de tempo uma infra-estrutura relativamente grande da energia deve ser construída, que já não é exigido no fim da atividade da mineração. Por exemplo, uma instalação da utilização de uma instalação de acordo com a invenção pode ser usada, por exemplo, produzindo o combustível diesel da biomassa localmente aumentado e dos materiais de resíduos carbonáceos, para veículos e geradores da corrente elétrica de uma mina aberta remota, e/ou a energia elétrica para operar a infraestrutura.

As instalações de acordo com a invenção são particularmente apropriadas para uma arquitetura modular. Em particular, os reatores dos primeiros e segundos estágios do processo podem ser construídos como reatores horizontais, tendo uma seção transversal comparativamente pequena sem reduzir a produção. O reator é alongado simplesmente correspondentemente no sentido longitudinal. O reator pode ser montado no sentido longitudinal de uma pluralidade de módulos rebaixados juntso. O reator da síntese pode ser escalonado usando uma pluralidade de reatores paralelos.

As várias modalidades foram mostradas e descritas acima. Entretanto, é óbvio para um técnico no assunto que as várias alterações e modificações podem ser executadas sem partir do princípio da invenção.

LISTA DE SIGLAS DE REFERÊNCIA

43/46

A

ΑΒ

AC, AD, AE

A11

A13

A14

A15

A16, A17

A21

A22

A23

A24

A25

A26

A27

A28

A31

A32

A41, A42, A43 A44, A45, A46

A47

A48

A49, A50, A51, A52

A53

AF

A61

Instalação para a geração de energia livre de emissão e hidrocarbonetos e outros produtos através da utilização de materiais carbonáceos

Instalação de Utilização

Unidade de Utilização

Subunidades do primeiro, segundo e terceiro estágio do processo da unidade cíclica.

Pressão de travamento

Reator de pirólise, primeiro reator de pressão

Corpo de pressão

Grade circulante

Dispositivo de aquecimento

Reator de gaseificação, Segundo reator de pressão

Corpo de pressão

Grade circulante

Reator de pressão compartilhado do primeiro e segundo estágio do processo

Primeira câmara

Segunda câmara

Parede divória

Pressão de travamento

Reator Fischer-Tropsch, síntese do reator

Estágio da síntese do resfriamento, caldeira no ciclo de vapor na unidade de energia AF

Compressor

Trocador de calor, superaquecedor do ciclo de calor da unidade de energia AF

Separador ciclone

Redução de pressão

Válvula de desligamento

Válvula de não retorno

Unidade de energia da instalação de utilização, componente da instalação para a geração livre de emissão da energia carregada da base

Dispositivo de movimentação

44/46

Α62 Α63 Α64 Α65 Α66 AG	Turbina de vapor Condensador, economizador Dispositivo de gerador Ciclo de resfriamento externo Bomba Unidade de descarte, componente de instalação para o descarte e o tratamento de cinza e materiais residuais
A91	Silo, Container de armazenamento
AH	Unidade de tratamento, componente de instalação para o fornecimento e o abastecimento do material carbonáceo
A92	Depósito de escória
B	Instalação para o transporte e armazenamento temporário de combustível e gases de oxidação entre a instalação de utilização e a instalação de energia
BA	Unidade de armazenamento de combustível
BB	Unidade de armazenamento de gás de oxidação
BC	Navio, trem, oleoduto, meios de transporte
C	Instalação de energia, instalação do componentepara a geração livre de emissão de energia maxima utilizando os combustíveis carbonáceos da instalação de utilização 1

C11	Dispositivo de movimentação
C12	Condensador/economizador
C13	Compressor
C14	Ciclo de resfriamento externo
C21	Câmara de combustão
C22	Cilindro
C23	Pistão
C24	Dispositivo de ventilação
C25	Queimador
C26	Chama
C27	Dispositivo de alimentação para o oxigênio
C28	Dispositivo de alimentação para a água

45/46

C29

C30

C31

D

DA

DB

DC

DD

DE

DF

DG

E1

E2

E3

E4

P1

P2

P3

P6

P7

M10

M11, M12

M13

M14

M17

M21

M22

M23

M24, M24a, M24b M25, M25a, M25b M26

M27, M27a, M27b

M31

M32

Dispositivo de alimentação para o combustível

Turbina

Dispositivo gerador

Instalação para a geração de fornecimento de uma energia química externa, componente de instalação para a produção de hidrogênio

Unidade de energia eólica

Unidade de energia solar

Unidade de eletrólise

Indústria de produção do hidrogênio

Unidade de armazenamento temporário

Unidade de armazenamento temporário

Navio, trem, oleoduto, meios de transporte

Energia elétrica / mecânica (carga baixa)

Energia elétrica / mecânica (carga máxima)

Energia elétrica suplementada

Energia térmica

Primeiro estágio do processo

Segundo estágio do processo

Terceiro estágio do processo

Entrada de materiais carbonáceos

Descarte de resíduos

Material carbonáceo de partida não tratado

Material carbonáceo de partida

Combustíveis adicionais

Combustível adicional

Materiais residuais diversos, material de reciclagem

Coque pirolítico

Gás pirólico

Frações de baixa volatilidade do gás pirólico

Gás sintético

Gás de reciclagem

Gás residual

Gases de oxidação

Oxigênio, agente de oxidação

Gás hidrogênio

46/46

Μ33

Μ37

Μ40

Μ41

Μ50

Μ51, Μ52, Μ53,

Μ60

Μ61

Μ90

Μ91

Μ92

Μ93

Μ94 t

P

Pa

Pb

Pci Pc11 Pc2 Pd

Pe, Pe1 > Pe2

Pf

Pd

Dióxido de carbono

Catalisador

Água, água de processamento, água de alimentação

Condensado, água condensada

Vapor de processamento

Vapor no ciclo da turbina

Produtos do estágio de síntese

Produtos do estágio de síntese, combustível

Resíduos

Escória, cinza, resíduos

Pó residual

Resíduos

Grafite, carbono ativado, resíduos carbonáceos

Tempo

Energia

Conteúdo de calor

Energia térmica da estação de energia convencional

Energia baixa

Energia térmica eficaz de uma instalação de acordo com a invenção

Energia total

Energia baixa da unidade de energia baixa

Energia de produção do combustível da instalação de utilização

1/5

Claims (3)

REIVINDICAÇÕES

1/17 r-

Ι·§Η

1- Processo para a geração de energia livre de emissão (E1, E2, E4) e/ou os hidrocarbonetos e os outros produtos (M60, M61) através da utilização dos materiais carbonáceos (M10, M11), caracterizado pelo fato de que em um primeiro estágio do processo (P1) os materiais carbonáceos (M10, M11) são fornecidos e pirolizados, onde o coque pirolítico (M21) e o gás pirólico (M22) são formados; em um segundo estágio do processo (P2), o coque pirolítico (M21) do primeiro estágio do processo (P1) é gaseificado, onde gás sintético (M24) é formado, e a escória e outros resíduos (M91, M92) são removidos; e em um terceiro estágio do processo (P3), o gás sintético (M24) do segundo estágio do processo (P2) é convertido em hidrocarbonetos e/ou em outros produtos sólidos, líquidos e/ou gasosos (M60, M61), que são descarregados; onde os três estágios do processo (P1, P2, P3) dão forma a um ciclo fechado, o gás em excesso (M25) do terceiro estágio do processo (P3) é passado como gás reciclado no primeiro estágio do processo (P1) e/ou no segundo estágio do processo (P2), e o gás pirólico (M22) do primeiro estágio do processo (P1) são passados no segundo estágio do processo (P2) e/ou no terceiro estágio do processo (P3).

2/17

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8- Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que, no segundo estágio do processo (P2), a energia térmica necessária para a reação de gaseificação é fornecida em parte ou completamente do exterior, por exemplo através de dispositivos de aquecimento e/ou trocadores de calor, e/ou é gerado oxidando uma parte do coque pirolítico (M21) com um agente de oxidação, no determinado oxigênio (M31).

9- Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o segundo estágio do processo (P2) é executado em uma temperatura entre 600 e 1600 °C, preferencialmente entre 700 e 1400 °C, e em particular preferencialmente entre 850 e 1000 °C.

10- Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o primeiro estágio do processo (P1) e/ou o segundo estágio do processo (P2) são realizados em uma pressão entre 1 e 60 bar, preferencialmente entre 5 e 25 bar, e particular preferencialmente entre 10 e 15 bar.

11- Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o primeiro estágio do processo (P1) e o segundo estágio do processo (P2) são executados no mesmo reator de pressão (A24).

12- Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que conversão do terceiro estágio do processo (P3), é executado para usar uma síntese de Fischer-Tropsch ou uma síntese de metanol de fase líquida.

13- Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a energia elétrica e/ou mecânica (E2) é gerada (C11, C31) por oxidação dos hidrocarbonetos e outro sólido, líquido, e/ou produtos gasosos (M61) do terceiro estágio do processo (P3), a um gás de oxidação (M27) essencialmente consistindo de um dióxido de carbono e água.

14- Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o oxigênio puro (M31) é usado como um agente de oxidação.

15- Processo de acordo com as reivindicações 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que a água é condensada e/ou separada dos gases de oxidação (M27).

16- Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, caracterizado pelo fato de que uma parte do gás de oxidação (M27) é retroalimentada no primeiro estágio do processo (P1) e/ou no segundo estágio do processo (P2) e/ou no terceiro estágio do processo (P3) do processo de utilização.

17- Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que a energia elétrica e/ou mecânica (E1) é gerada refrigerando o gás sintético (M24) em um trocador de calor (A44, A46), onde o vapor superaquecido (M50, M50, M51,

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Μ52) e/ou um outro gás quente são formados, a partir do qual a energia elétrica e/ou mecânica (E1) é gerada usando um motor de calor (A62), preferencialmente uma turbina de vapor.

18- Instalação (Z) para a geração de energia livre de emissão (E1, E2, E4) e/ou hidrocarbonetos e/ou outros produtos (M60, M61) utilizando os materiais carbonáceos (M10, M11), com uma instalação da utilização (A), caracterizada pelo fato de que compreende uma unidade da utilização (AB) com uma primeira subunidade (AC, P1) para realizar uma pirólise dos materiais carbonáceos (M11) para formar coque pirolítico (M21) e o gás pirólico (M22); uma segunda subunidade (AD, P2) para realizar uma gaseificação do coque pirolítico (M21) para formar gás sintético (M24) e os resíduos (M91, M92, M93, M94); e uma terceira subunidade (AE, P3) para realizar uma conversão do gás sintético (M24) nos hidrocarbonetos e/ou em outros produtos sólidos, líquidos e/ou gasosos (M60, M61); em que todas as três subunidades (AC, AD, AE) da unidade de utilização (AB) são fechadas com uma forte pressão e dão forma a um ciclo essencialmente fechado; uma tubulação do transporte para o gás pirólico (M22) conecta a primeira subunidade fechada a forte pressão (AC, P1) a segunda subunidade (AD, P2) e/ou a terceira subunidade (AE, P3); uma tubulação do transporte para o gás sintético (M24) conecta a segunda subunidade fechada a forte pressão (AD, P2) a terceira subunidade (AE, P3) e/ou a primeira subunidade (AC, P1); e uma tubulação do transporte para o gás reciclado (M25) conecta a terceira subunidade fechada a forte pressão (AE, P3) a primeira subunidade (AC, P1) e/ou a segunda subunidade (AD, P2).

19- Instalação de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que um compressor (A41, A42, A43) é arranjado pelo menos ao longo pelo menos de uma das ditas tubulações de transporte da unidade de utilização (AB).

20- Instalação de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizada pelo fato de que as subunidades (AC, AD, AE) da unidade de utilização (AB) cada uma compreende um ou mais reatores de pressão (A14, A22, A24).

21- Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 20, caracterizada pelo fato de que a primeira subunidade (AC) e a segunda subunidade (AD) da unidade de utilização (AB) compreendem um reator compartilhado de pressão (A24).

22- Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 21, caracterizada pelo fato de que a terceira subunidade (P3, AE) da unidade de utilização (AB) compreende um estágio da síntese de Fischer-Tropsch, e/ou um estágio de fase líquida da síntese do metanol.

23- Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 22, caracterizada pelo fato de que através de uma instalação de energia (C) que é arranjada gerando energia elétrica e/ou mecânica (E2) e/ou energia térmica usando hidrocarbonetos

4/5 e/ou outros produtos da instalação de utilização (A) como os combustíveis (M61).

24- Instalação de acordo com a reivindicação 23, caracterizada pelo fato de que a instalação de energia (C) é fornecida com um dispositivo de movimentação (C11) gerando (C31) a energia elétrica e/ou mecânica (E2) dos combustíveis (M61), onde o dito dispositivo de movimentação (C11) obtém a energia necessária para a operação da oxidação dos combustíveis (M61) a um gás de oxidação (M27) que consiste essencialmente no dióxido de carbono e na água, e compreende um dispositivo para a compressão (C13) e/ou a condensação (C12) do gás de oxidação (M27).

25- instalação de acordo com a reivindicação 24, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de movimentação (C11) da instalação de energia (C) pode ser operado com oxigênio puro (M31) como um agente de oxidação.

26- Instalação de acordo com a reivindicação 24 ou 25, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de movimentação (C11) da instalação de energia (C) compreende um trocador de calor (C12) para refrigerar a corrente do gás da oxidação (M27), a montante e/ou a jusante do dispositivo (C13) para a compressão e/ou condensação do gás de oxidação (M27).

27- Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 26, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de movimentação (C11) da instalação de energia (C) compreende um dispositivo para a condensação e/ou a separação da água (M41) do gás de oxidação (M27).

28- Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 27, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de movimentação (C11) da instalação de energia (C) é fornecido com um armazenamento (BB) para coletar o gás de oxidação (M27), ou o gás residual (M26) após a compressão e/ou a condensação do gás de oxidação (M27), respectivamente.

29- Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 24 a 28, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de movimentação (C11) da instalação de energia (C) é um motor de combustão, com pelo menos uma câmara de combustão (C21) para a combustão do combustível líquido ou gasoso (M61) com o oxigênio (M31), com meios (C21, C30) para converter a pressão de gás ou o volume resultante do gás no trabalho mecânico, com um dispositivo de alimentação (C27) para introduzir o oxigênio (M31) na câmara de combustão (C21), e com um dispositivo de ventilação (C24) para remover o gás de oxidação (M27) da câmara de combustão (C21).

30- Instalação de acordo com a reivindicação 29, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de movimentação (C11) da instalação de energia (C) é fornecido com um dispositivo de alimentação (C28) introduzindo a água (M40) e/ou o vapor (M50) na câmara de combustão (C21), e/ou na corrente de gás da oxidação (M27) após a saída da câmara de

5/5 combustão (C21).

31- Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 30, caracterizada pelo fato de que a instalação de utilização (A) compreende uma unidade de energia (AF) para gerar a energia elétrica e/ou mecânica (E1), com pelo menos um

5 dispositivo de movimentação (A61) para gerar (A64) a energia elétrica e/ou mecânica (E1) do vapor (M50, M50, M51, M52) e/ou de outros gases aquecidos que foram gerados ou superaquecidos na unidade de utilização (AB).

32- Instalação de acordo com a reivindicação 31, caracterizada pelo fato de que a unidade de energia (AF) da instalação de utilização (A) compreende um dispositivo de

10 movimentação (A61) para gerar (A64) a energia elétrica e/ou mecânica (E1) do vapor (M50, M50, M51, M52) ou de outros gases aquecidos que foram gerados ou superaquecidos na unidade de utilização (AB); e em que ainda no ciclo da unidade de utilização (AB) um trocador de calor (A44, A45, A32) é fornecido pelo menos para o vapor de aquecimento (M51, M52) e/ou outros gases, e/ou gerando o vapor (M50).

15 33- Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 32, caracterizada pelo fato de que a instalação (D) é para a produção do hidrogênio (M32), e meios para fornecer o hidrogênio na unidade de utilização (AB).

2- Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o hidrogênio (M32) é fornecido, preferencialmente no terceiro estágio do processo (P3).

3- Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dióxido de carbono (M33) é fornecido, preferencialmente no primeiro estágio do processo (P1) ou no segundo estágio do processo (P2).

4- Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que é uma gota de pressão ao longo do ciclo.

5- Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a energia calorífica para as reações da pirólise no primeiro estágio do processo (P1) é fornecido em parte ou completamente retornando uma parte (M24b) do gás sintético aquecido a partir do segundo estágio do processo (P2) no primeiro estágio do processo (P1), e/ou através da oxidação parcial do material carbonáceo de partida (M11) e do coque pirolítico resultante (M21).

6- Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o primeiro estágio do processo (P1) é conduzido a uma temperatura entre 300 e 800 °C, preferencialmente entre 450 e 700 °C, e particularmente preferencialmente entre 500 e 600 °C.

7- Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que para a reação de gaseificação no segundo estágio do processo (P2) o oxigênio (M31) e/ou vapor (M50) e/ou dióxido de carbono (M33) é usado como agente de gaseificação.

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