BRPI0814136B1

BRPI0814136B1 - Processo para tratar matéria orgânica para convertê-la em um produto e aparelho para tratar matéria orgânica

Info

Publication number: BRPI0814136B1
Application number: BRPI0814136-3A
Authority: BR
Inventors: James Humphreys Leonard
Original assignee: Ignite Resources Pty Ltd; Licella Pty Ltd; Licella Fibre Fuels Pty Ltd
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2018-07-03
Also published as: NZ599850A; PL2178625T3; CN101827645B; MX2010001072A; EP2178625A1; CA2694715A1; PT2178625T; MY152724A; US8579996B2; RS55492B2; RU2482908C2; ES2616978T3; ES2616978T5; PL2178625T5; BRPI0814136A8; EP2178625B1; RU2010107236A; US20100287825A1; CN101827645A; CA2694715C

Description

(54) Título: PROCESSO PARA TRATAR MATÉRIA ORGÂNICA PARA CONVERTÊ-LA EM UM PRODUTO E APARELHO PARA TRATAR MATÉRIA ORGÂNICA (51) Int.CI.: B01J 3/00; B09B 3/00; C10G 1/00 (30) Prioridade Unionista: 27/07/2007 AU 2007904037 (73) Titular(es): IGNITE RESOURCES PTY LTD. LICELLA PTY LTD. LICELLA FIBRE FUELS PTY LTD (72) Inventor(es): LEONARD JAMES HUMPHREYS

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PROCESSO PARA TRATAR MATÉRIA ORGÂNICA PARA CONVERTÊ-LA EM UM PRODUTO E APARELHO PARA TRATAR MATÉRIA ORGÂNICA

CAMPO TÉCNICO

Um processo e um aparelho são descritos para a conversão de matéria orgânica em um produto. O processo pode ser aplicado a muitos tipos de matérias orgânicas, tendo diferentes teores de umidade e composições químicas. Um processo exemplificativo específico é a conversão de linhito em vários produtos combustíveis. Outros exemplos de usos do processo podem incluir a decomposição de matéria orgânica, ) tais como cargas de alimentação lignocelulósicas e plásticas ou poliméricas.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

O linhito, frequentemente referido como carvão marrom, é a classificação mais baixa de carvão e é quase que usado exclusivamente como combustível para geração de energia elétrica por vapor. É de cor preta amarronzada e tem um teor de umidade inerente alto, algumas vezes tão alto quanto 66 por cento, e um teor de cinza muito alto, em comparação com o carvão betuminoso. É também uma mistura heterogênea de compostos para os quais nenhuma fórmula estrutura simples vai ser suficiente. O linhito tem características que o colocam em £5 algum lugar entre o carvão negro e a tufa. Quando seco, fica facilmente esmigalhado. É encontrado com abundância em muitas áreas ao longo do mundo, incluindo os Estados Unidos, Austrália, Canadá, Grécia e Alemanha, nos quais é geralmente usado como um combustível para gerar eletricidade. Uma proporção significativa da eletricidade gerada nestes países se origina da combustão de linhito.

O teor calórico potencial do linhito varia amplamente, dependendo do teor de umidade, da fonte e da tecnologia de combustão. Em virtude da sua baixa densidade energética, o carvão marrom é ineficiente para transporte e não muito comercializado no mercado mundial, se comparado com os graus mais altos de carvão, tal como carvão negro. O carvão marrom é

2/16 frequentemente queimado em estações energéticas, construídas muito próximas de quaisquer minas, tal como na do Vale Latrobe na Austrália. Estas minas são raramente subterrâneas, devido à localização do carvão muito próxima à superfície, e emprega-se usualmente mineração por desmonte. As emissões de dióxido de carbono por unidade de energia gerada são geralmente muito mais altas de plantas de queima de carvão marrom do que de plantas de carvão negro comparáveis. O teor de umidade do linhito normalmente impõe a secagem da alimentação antes da combustão em uma estação energética, o que incorpora custo e complexidade ao processo.

A operação continuada de plantas de carvão marrom, particularmente, em combinação com a mineração por desmonte, é amplamente criticada em termos ambientais. Por conseguinte, há uma necessidade de encontrar modos de gerar uma ou mais correntes de combustível de produto de alto valor a partir de um depósito de linhito.

Deve-se entender que, se alguma informação da técnica anterior é referida no presente relatório descritivo, esta referência não constitui uma admissão de que a publicação forma parte do conhecimento geral comum de uma pessoa versada na técnica, na Austrália ou em qualquer outro país.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Em um primeiro aspecto, um processo para tratar matéria orgânica, para convertê-la em um produto, é proporcionado, o processo compreendendo a etapa de por em contato a matéria orgânica com um líquido supercrítico, com o qual reage para formar o produto, em que o líquido pode ser aquecido por um meio de aquecimento externo, ou pode ser aquecido internamente no processo, por coalimentação de um agente oxidante com o líquido, este agente estando em uma proporção que é predeterminada para controlar o grau no qual a mistura reacional é aquecida.

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Neste processo, o calor é fornecido para proporcionar uma energia de ativação suficiente para que as reações de processo ocorram com velocidade suficiente e para que o líquido alcance características suficientes para auxiliar nas reações de processo.

Ao longo deste relatório descritivo, quando a terminologia supercrítica é usada, refere-se a uma condição de temperatura e pressão na qual pelo menos parte do líquido de processamento atinge o seu ponto crítico e se torna um fluido com propriedades únicas. O fluido resultante tem uma densidade entre aquela das suas fases vapor e líquida, em condições usuais, e apresenta altas taxas de difusão com os gases, juntamente com um comportamento de solvatação similar àquele dos líquidos. No caso da água, isto significa que os hidrocarbonetos, por exemplo, podem ficar solúveis na água e sais se precipitam da solução.

Em geral, estas condições reacionais são caracterizadas

0 por serem de uma temperatura mais alta do que o ponto de ebulição do líquido e pelo menos próxima à temperatura supercrítica dele, e pressões bem acima da atmosférica e pelo menos próximas ao estado supercrítico.

fe5 Além do mais, quando a terminologia supercrítica é usada, deve-se entender que esta pode também incluir as condições que estão um pouco abaixo da supercrítica, na qual o líquido não mantém as propriedades fluidas normais, mas ainda não é também inteiramente supercrítico. Esta condição é algumas vezes conhecida na técnica como um líquido subcrítico, e espera-se que o presente processo vai algumas vezes entrar nesta região, devido às reações de conversão que ocorrem, mesmo se o sistema operar nominalmente sob condições supercríticas. Em outras palavras, pode haver uma variação nos estados super- a subcríticos, pelo menos temporariamente, durante alguns estágios do processo. Este pode ser ainda um modo preferido de operação, pois, por exemplo, a operação na

4/16 região subcrítica por um período pode gerar menos demandas físicas no equipamento de processo selecionado.

Quando o termo matéria orgânica é usado ao longo deste 5 relatório descritivo, deve-se entender que este pode incluir um sólido orgânico, ou uma mistura de um sólido orgânico em um líquido, na qual o líquido pode ser aquoso ou mesmo um líquido orgânico, tal como um solvente ou um álcool. Deve-se também entender que o processo pode converter pelo menos parte do sólido orgânico em um líquido orgânico, antes da etapa de decomposição química, que forma os sólidos e líquidos do } produto. Neste aspecto, a matéria orgânica pode incluir um sólido, que é convertido para ser um líquido orgânico, antes do, no ou durante o momento do tratamento. A matéria orgânica alimentada pode mesmo ser uma suspensão ou solução do dito material em um líquido. Em alguns casos, esta suspensão ou solução pode mesmo ser recirculada ou reciclada de modo a ser tratada uma segunda vez pelo processo.

O processo proporciona uma técnica para a decomposição química controlada de matéria orgânica. Quando seguidos por coleta dos produtos de decomposição e de uma separação deles, os produtos separados podem ser coletivamente de um valor mais alto do que a matéria orgânica não processada, e podem ser ^5 adequados para usos finais específicos.

O processo pode também tratar efetivamente sólidos orgânicos úmidos, sem a necessidade de pré-secar o sólido. O sólido orgânico pode ser simplesmente moído e transformado em uma pasta semifluida e depois processado por contato com o líquido supercrítico.

As condições de líquido supercrítico podem ser obtidas por aquecimento de um volume fixo de líquido, para permitir a geração de pressão, ou por um meio autógeno (sistema estático) , no qual a pressão se desenvolve por aquecimento do líquido em um volume fixo, ou por aplicação de uma bomba de alta pressão (sistema contínuo), tal como uma bomba de lama,

5/16 ou por uso de outros tipos específicos de aparelho ou recipiente de pressurização, tais como dispositivos baseados em gravidade.

Em uma forma disto, o líquido pode ser aquecido por um meio de aquecimento externo.

Em outra forma disto, o líquido pode ser aquecido internamente dentro do próprio processo, por combustão de parte da matéria orgânica usando o agente oxidante. Por exemplo, em oxidação de água (umidade) supercrítica, uma chama pode ser gerada dentro do meio para criar instabilidades e outras reações químicas. O agente oxidante pode estar presente apenas em uma quantidade, para permitir que um pequeno percentual da matéria orgânica seja queimado de modo a gerar uma quantidade de calor adequada, para estabelecer a faixa de temperaturas adequada para que o líquido atinja as suas características sub- / supercríticas e para que o processo forme o produto a uma velocidade razoável.

Em uma concretização do processo, as condições de líquido supercrítico podem ser obtidas por pressurização hidrostática. Em uma forma disto, a dita pressurização pode ser obtida por colocação do líquido em um recipiente subterrâneo ou fei 5 suboceânico.

Em uma concretização do processo, o agente oxidante pode ser selecionado de um ou mais do grupo compreendendo oxigênio, peróxido de hidrogênio e nitrato de sódio. Outros agentes oxidantes, tais como as fontes alternativas de oxigênio, estão dentro do âmbito da descrição.

Em uma concretização do processo, o líquido supercrítico pode ser água, com uma pressão superior a cerca de 220 bar e, algumas vezes, tanto quanto 3 00 bar. Além do mais, em uma concretização do processo, o líquido supercrítico pode ser água, com uma temperatura entre 350 e 420^aC, por exemplo, 400²C.

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Em uma concretização do processo, o sólido orgânico pode ser um ou mais do grupo compreendendo um linhito ou carvão marrom, lignina, celulose, semicelulose, resíduos orgânicos, e plástico, ou qualquer polímero em geral.

Em uma concretização do processo, o líquido pode ser um ou mais do grupo compreendendo água, metanol e etanol. Por exemplo, o líquido pode ser 100 por cento de quaisquer destes, ou suas misturas. Exemplos de misturas de água - álcool incluem aquelas com razões de 100:0, 90:10, 80:20, 70:30 e

20:80, 10:90 e 0:100. Nestes casos, as condições reacionais são caracterizadas por serem de uma maior temperatura do que quaisquer dos pontos de ebulição dos líquidos mencionados acima e, usualmente, fica próxima da temperatura sub- ou supercrítica de pelo menos uma deles. As pressões de reação também podem ficar bem acima da atmosférica e próximas daquelas do estado sub- ou supercrítico.

Em uma concretização do processo, o produto quimicamente decomposto pode compreender um combustível.

Em uma concretização, o produto decomposto quimicamente pode compreender uma fase líquida de produtos de petróleo, basicamente, como os aromáticos substituídos, óleo diesel, asfaltenos e pré-asfaltenos. Alguns destes produtos também podem ser relativamente isentos de enxofre e de um maior número de octano ou cetano do que combustível de gasolina ou diesel normal. Esta pode ser uma mercadoria de alto valor.

Em uma concretização do processo, o produto decomposto quimicamente pode compreender uma fase sólida, incluindo basicamente produto carbonizado. Esta é uma mercadoria de um valor relativamente mais baixo, comparada com o produto em fase líquida.

Em uma concretização do processo, o produto decomposto quimicamente pode compreender uma fase gasosa, incluindo basicamente metano, hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono.

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Em uma concretização do processo, o sólido orgânico pode estar presente em uma forma particulada moída, adequada para mistura em uma pasta semifluida. Nesta concretização, o sólido orgânico pode ter sido triturado ou moído a uma distribuição granulométrica relativamente fina, para permitir que a pasta semifluida seja formada.

Em uma concretização do processo, quando a matéria orgânica está presente como uma pasta semifluida, a razão de líquido para sólido na pasta semifluida pode ser inferior a cerca de 12:1. Em uma forma particular, a razão de líquido para sólido na pasta semifluida pode ser superior a cerca de 2:1.

Em uma concretização do processo, a decomposição química da matéria orgânica é por despolimerização, representando uma decomposição dos materiais de partida em compostos mais simples, menores.

Em um segundo aspecto, um aparelho para tratar matéria orgânica é proporcionado, o aparelho disposto para converter a matéria orgânica em um produto, mediante contato com um líquido supercrítico, e compreendendo:

- um dispositivo de introdução de agente oxidante para introduzir uma quantidade predeterminada de uma fonte de oxigênio em contato com a matéria orgânica; e

- um reator,

0 em que o reator compreende uma zona reacional, na qual a decomposição química da matéria orgânica para formar o produto ocorre, a zona reacional disposta para contenção em uso de líquido supercrítico.

Em uma concretização, o dispositivo de introdução de agente oxidante pode compreender um dispositivo de dosagem, disposto para transferir uma fonte do agente para o, ou antes

8/16 do, reator, suficiente para uma combustão parcial ou controlada da matéria orgânica.

Em uma concretização, o reator pode ser um recipiente 5 subterrâneo ou suboceânico, posicionado a uma profundidade na qual ocorre uma pressurização suficiente (determinada pela pressão da bomba terrestre) do líquido para as condições supercríticas. Em uma forma disto, a zona reacional pode ser localizada em uma região na parte mais inferior do recipiente, que experimenta uma pressão máxima.

Um exemplo de um recipiente subterrâneo pode ser um eixo de perfuração vertical. Em uma forma, o eixo de perfuração pode ser disposto com um tubo que é concêntrico com o eixo e que é disposto para, em uso, transferir um fluxo de matéria orgânica para a zona reacional. Em uma forma disto, um espaço concêntrico anular, em torno do tubo e dentro do eixo de perfuração, pode ser disposto para a transferência, em uso, de um fluxo de produto, da zona reacional para uma extremidade da parte mais superior do recipiente.

Em uma concretização alternativa do aparelho, o recipiente suboceânico pode ser um tubo flexível. Em uma forma disto, o tubo é disposto com uma tubulação, que é concêntrica com o tubo e que é disposta para a transferência, em uso, de um fluxo de sólido orgânico para a zona reacional.

Em uma disposição deste tubo, o aparelho pode ter um espaço concêntrico anular em torno da tubulação e dentro do

0 tubo, sendo disposto para a transferência, em uso, de um fluxo de produto da zona reacional para uma extremidade na região mais superior do recipiente.

Em uma concretização alternativa, o reator pode ser um tipo de reator tubular em serpentina, projetado para evitar a sedimentação dos sólidos presentes nas pastas semifluidas. Este reator inclui muitos tubos relativamente estreitos, que podem transportar por eles uma pasta semifluida, a uma alta vazão volumétrica. Este reator pode também incluir uma

9/16 disposição alternativa de tubos de grandes diâmetros estreitos, para ajustar o tempo enquanto garantindo regimes de escoamento evitar sedimentação.

diâmetros e de de residência, adequados para

Em uma outra concretização alternativa, o reator pode ser um reator de coluna alta, acima do solo, que é capaz de ser pressurizado.

Em uma concretização, o aparelho compreende ainda um despressurizador, localizado após o recipiente e disposto para despressurização do produto, antes que ele seja descarregado para manuseio e separação do produto subsequentes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Não obstante quaisquer outras formas que podem se encaixar dentro do âmbito do processo e do aparelho, como apresentado no sumário, as concretizações específicas do processo e do aparelho vão ser descritas a seguir, apenas de forma exemplificativa, com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

a Figura 1 mostra um fluxograma de processo para a conversão de matéria orgânica em um produto, por contato com líquido supercrítico, de acordo com uma concretização; e a Figura 2 mostra um fluxograma de processo para a conversão de matéria orgânica em um produto, por contato com líquido supercrítico, de acordo com uma outra concretização.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES ESPECÍFICAS

Com referência aos desenhos, alguns fluxogramas de processo são apresentados para o tratamento de matéria orgânica, na forma de linhito, por contato dele com um líquido supercrítico (SCL). O tratamento SCL converte o linhito em um produto combustível útil. O processo envolve o contato do linhito (que pode estar presente como uma mistura de sólidos e água em pasta semifluida) com SCL, que pode ser aquecido por / 16 um meio de aquecimento externo, ou pode ser aquecido internamente por proporção específica de agente oxidante.

No caso de aquecimento interno, a proporção de agente oxidante, que é introduzida, é predeterminada para controlar o grau no qual o linhito é queimado em uma etapa de combustão controlada, e, portanto, quanto calor pode ser gerado para a decomposição química ou despolimerização (sob condições supercríticas) do linhito não queimado remanescente. O líquido na pasta semifluida de linhito fica aquecido e, em combinação com a alta pressão atmosférica, e condições são criadas que geram reações químicas, uma destas a liquefação de parte do linhito. Para gerar calor suficiente para a obtenção de condições sub- / supercríticas no modo de aquecimento interno, apenas um percentual relativamente pequeno do linhito precisa ser queimado.

Com referência agora ao fluxograma de processo esquemático mostrado na Figura 1, um projeto exemplificativo é mostrado para a extração de combustíveis do linhito, usando um líquido supercrítico, que pode ser água ou uma mistura de água e álcoois. A planta 10 recebe linhito finamente dividido e, por exemplo, água e dosa estes materiais em um tanque de formação de pasta semifluida 12, antes que sejam alimentados a uma bomba de alta pressão, que envia a pasta semifluida para o reator 16. O nível no tanque de mistura de pasta semifluida 12 é monitorado por um controlador de nível 18. Um controlador de vazão 20 e uma válvula 22 dosam a água para o tanque 12.

Linhito adequado pode ser fornecido já moído e peneirado a um tamanho selecionado para uso na planta, por exemplo, 100% abaixo de 40 mícrons. Torrões e partículas maiores vão ser evitados para impedir obstrução do tubo do reator. A vazão do linhito alimentado é medida e ajustada por controle de um alimentador de vibração 24, que transfere o linhito em pó para o tanque de mistura de pasta semifluida 12. O conteúdo deste tanque 12 é misturado por uso de uma bomba de pasta semifluida centrífuga externa 26, embora em concretizações alternativas, / 16 um conjunto agitador / propulsor possa ser usado. Quando o nível neste tanque 12 fica alto, o controlador 18 fecha ambas a água e o linhito.

A bomba de pasta semifluida 14 é capaz de transferir pasta para o reator, com uma pressão em torno de 250 bar e até mais de 3 00 bar. Durante a operação, a saída desta bomba 14 pode ser direcionada, pela válvula de partida 28, para o reator de processo 16, e, em uma configuração operacional, parte do fluxo é reciclado para o tanque de pasta semifluida 12.

•fes

A partida envolve a alimentação apenas de água ao reator 16, de modo que os escoamentos de líquido acontecem no estado constante. Válvulas de três vias permitem que o efluente do reator de processo 16 seja colocado na entrada. Neste ponto, não há qualquer linhito no tanque de mistura de pasta semifluida 12. 0 alimentador vibratório 24, que transfere a corrente de linhito, é ligado e o nível no tanque de pasta semifluida 12 automaticamente se mantém constante por adição tanto de água quanto de linhito nas proporções necessárias. A concentração de linhito aumenta de forma constante e, em decorrência disto, a concentração de linhito da pasta semifluida escoando para o reator 16 aumenta do mesmo modo. Mantendo-se a pasta semifluida em movimento, impede-se que os sólidos sedimentem e obstruam um tubo ou tanque. O procedimento inverso é usado para parada, na qual o fluxo de água é continuado enquanto o de sólidos é interrompido e uma purga completa é feita.

O reator de processo 16 precisa operar sob condições de fluxo de pasta semifluida sem entupimento. Em uma forma, o reator pode ser do tipo reator tubular de serpentina, feito de uma tubulação orientada verticalmente com curvaturas de ângulos a 180 graus, que fica inteiramente contida dentro de uma estrutura isolada. Esta disposição permite que os sólidos estejam presentes na pasta semifluida de alimentação, sem o risco significativo de que eles se sedimentem na tubulação e provoquem obstruções. Quando uma pasta semifluida é bombeada / 16 verticalmente, as partículas sedimentam de fato, mas não na superfície. Geralmente, a velocidade da corrente precisa ser maior do que a velocidade de impedimento de sedimentação da pasta semifluida.

reator também precisa ser do tipo adequado para a retenção em uso do líquido supercrítico em uma zona reacional. Este é um meio agressivo tanto em termos de temperatura quanto de pressão. Uma pressão operacional de projeto neste reator é de até 315 bar a 500^fiC, com um fator de segurança de 300%.

Quando a pasta semifluida de linhito está escoando pela planta 10, e a pasta semifluida vai ser aquecida internamente no processo, um agente oxidante é dosado na corrente de entrada do reator, em uma proporção que seja suficiente para permitir a queima de cerca de 2 - 5% do linhito no reator, de modo a gerar calor. Em uma concretização, oxigênio gasoso é transferido por uma bomba dosadora 40 de uma fonte de cilindro 38. Em uma disposição alternativa mostrada na Figura 2 (que é, em todos os aspectos, similar à Figura 1, com a exceção da fonte de entrada de oxigênio), a fonte de oxigênio pode ser na forma de um líquido concentrado de peróxido de hidrogênio 42, que é dosado diretamente na entrada da bomba de pasta semifluida 14 com a água e o linhito, por meio de um tubo de Pitot, um portal de entrada de gás ou assemelhados.

Para evitar superaquecimento durante a operação, a concentração de oxigênio ou peróxido é aumentada gradualmente, para permitir que a temperatura do reator 16 se estabilize. Na medida em que o calor de combustão extra é liberado e a temperatura do reator aumenta, a demanda por um aquecedor nivelador elétrico 44 vai cair, na medida em que a pasta semifluida aquecida é retornada para o fluxo de alimentação. Eventualmente, a concentração de oxigênio ou peróxido (e a oxidação que ocorre) permite que todo o calor necessário seja gerado no reator por oxidação interna do linhito. Neste ponto, o aquecedor nivelador elétrico 44 pode ser colocado fora de linha.

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Um desafio com os SCLs se origina das suas baixas densidades. Em um sistema de escoamento de duas fases como este, a fase fluida proporciona a força motriz para os sólidos. A pasta semifluida de água - linhito usual pode ser mantida em suspensão dando a ela agitação suficiente. Em comparação, a densidade relativa da água supercrítica é apenas cerca de 0,2, em oposição a 1,0 para água nas temperatura e pressão ambientes, e, desse modo, a tendência dos sólidos sedimentarem é bastante maior. As ramificações para o projeto do reator são significativas. O fluxo precisa minimizar a sedimentação de sólidos em qualquer superfície de tubo. Pode ) ser também útil se as partículas de linhito forem moídas a um tamanho tão pequeno que sedimentem mais lentamente.

O uso de água supercrítica (> 220 bar e > 350²C e < 420^aC) no reator 16 converte o linhito em moléculas menores que se parecem com as frações de petróleo pesado, comumente referidas como óleo, asfaltenos e pré-asfaltenos, e também produzindo produto carbonizado residual, gás (na maior parte dióxido de carbono) e água produzida como os produtos principais.

Um motor de diminuição de pressão 46 pode ser usado na extremidade mais distante do processo.

1)5 Os produtos podem ser então passados a um ciclone ou a um tanque de separação 48, de modo que os gases B podem ser descarregados e os líquidos A e os sólidos C coletados. Depois, o produto sólido C pode ser separado dos produtos líquidos A por filtração. O produto líquido A se aproxima de um produto de petróleo diesel, e pode incluir substâncias aromáticas substituídas, óleo diesel, asfaltenos e préasfaltenos. Este pode ser um produto de alto valor, que pode ser vendido diretamente a uma operação de refinaria. O produto sólido C inclui, basicamente, um produto carbonizado de alta qualidade, comparável a carvão negro poroso de alto grau, de baixo teor de enxofre. Este produto pode ser vendido como um combustível geral à usina de energia de linhito seco mais próxima, a um preço competitivo com o custo do próprio linhito / 16 seco. Finalmente, o produto gasoso B inclui hidrogênio, metano, monóxido de carbono e dióxido de carbono, e, dependendo da sua composição, pode ser vendido como um combustível ou simplesmente descarregado para a atmosfera.

Coletivamente, os produtos separados são de um maior valor do que o material de linhito não processado.

Deve-se notar que em outras concretizações o processo pode também tratar efetivamente sólidos orgânicos secos, sem a necessidade de pré-secar o sólido. Em vez de linhito em pó seco, uma forma moída e empastada de linhito pode ser usada como uma carga de alimentação para processamento por contato com o SCL. Deste modo, o linhito minerado no seu estado naturalmente úmido pode ser processado e usado sem uma etapa de pré-secagem.

A planta superficial mencionada acima opera a pressões bastante elevadas e também em altas temperaturas com condições supercríticas. Isto significa que, provavelmente, os custos de investimento do equipamento são altos, e as especificações dos materiais bastante rigorosas. Uma disposição alternativa é um reator / trocador de calor terrestre de eixo profundo, que se baseia na pressão subterrânea criada por uma longa coluna de água no eixo. Uma outra disposição alternativa é um aparelho ^5 suboceânico, que usa a profundidade do oceano para proporcionar a pressão.

As grandes vantagens destes conceitos são: (i) equipamento de baixa pressão apenas é necessário, porque o reator e o trocador de calor completos são pressurizados externamente; e (ii) os custos operacionais de bombeamento a uma grande pressão (mais os custos de investimento de redução da pressão novamente) são eliminados. Considera-se que o eixo subterrâneo vai ter uma profundidade de 3 a 4 quilômetros (ou 0,5 a

1,5 km, quando usado em combinação com uma bomba superficial de alta pressão), enquanto que a opção submarina requer uma planta construída em um navio.

/ 16

No fundo de um eixo subterrâneo de 3 km de profundidade, a pressão de uma coluna de água líquida deve ser cerca de 300 bar. Um reator situado nela não precisa ser feito de um equipamento controlado por pressão. A pressão vai ser feita pela coluna de água acima dele. De modo similar, o trocador de calor não precisa ser construído com um controle de pressão. Um tubo concêntrico com o eixo maior pode transferir uma pasta semifluida de água - linhito para o reator, na base do eixo. O espaço concêntrico anular permite que o produto retorne para a superfície. Esta disposição funciona, portanto, como um trocador de calor para o produto vindo contra a alimentação | indo.

Além do mais, não há qualquer necessidade para uma bomba de alta pressão, porque a coluna de água no eixo fornece a pressão. Há um custo operacional mais baixo por causa dos custos de bombeamento mais segurança em comparação com pressão na superfície do solo baixos, e um maior grau de o uso de equipamento de alta Quando posicionada subterrânea, há um risco muito baixo de falha ou explosão de alta pressão. Um volume do reator pode ser aumentado por escavação de um espaço no fundo do eixo para o volume de residência necessário. O volume do eixo vai ser grande, mas há uma vantagem em um reator subterrâneo, pelo fato de que seria possível operar a reação a uma temperatura mais alta, isto é, 500²C (cerca de 100^aC mais quente do que a versão baseada na superfície 16), o que teria o efeito de reduzir o volume de residência e, portanto, o custo. A adição de uma proporção predeterminada de uma fonte de agente oxidante na pasta semifluida, para oxidar parte do linhito, pode aumentar a temperatura da pasta semifluida ao nível necessário. A dosagem do agente oxidante pode ser usada como o parâmetro de controle de temperatura. Em geral, a própria técnica proporciona o uso de temperaturas mais altas e, portanto, um menor espaço do reator.

Em um outro exemplo, o reator e o trocador de calor podem feitos em um módulo, que é baixado a um fosso em água ser / 16 profunda de um navio. O módulo pode ser construído relativamente barato a partir de um equipamento de baixa pressão, porque a profundidade do mar vai proporcionar uma contrapressão. Mangueiras de borracha flexíveis baratas vão proporcionar a alimentação e as linhas de retorno para a corrente de produto. De novo não há necessidade para qualquer alta pressão para a alimentação, porque a profundidade do mar faz isto automaticamente. Uma vantagem do módulo submarino é que todo o módulo pode ser puxado para manutenção, quando necessário.

| Outra vantagem de uma opção submarina pode ser o uso de cerâmica para o próprio corpo do reator, em vez de aço inoxidável. A cerâmica não tem uma boa resistência à pressão e um tubo metálico espesso é usado no seu lugar. O uso de cerâmica para este fim em torno de 300 bar não é possível. No entanto, como não há uma pressão líquida em um reator em uma disposição submarina, se o reator for manufaturado de cerâmica, pode ser operado a uma temperatura muito maior (como no caso de reator de eixo profundo). Isto pode reduzir o tempo de residência da reação e baixar o custo do reator.

Ainda que o processo e o aparelho para converter matéria orgânica em um produto tenham sido descritos com referência a feõ várias concretizações preferidas, deve-se considerar que o processo e o aparelho podem ser representados de muitas outras formas.

Nas reivindicações apresentadas a seguir e na descrição 30 acima da invenção, exceto quando o contexto requer de outro modo, devido a uma linguagem expressa ou implicação necessária, a palavra compreender ou suas variações, tal como compreende ou compreendendo, é usada em um sentido inclusivo, isto é, para especificar a presença dos aspectos expostos, mas não excluem a presença ou adição de outros aspectos nas várias concretizações do processo e do aparelho.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para converter matéria orgânica em um produto decomposto quimicamente compreendendo um combustível, o processo sendo caracterizado pelo fato de que compreende:

produzir um líquido supercrítico ou subcrítico, e contatar a matéria orgânica com o liquido para formar uma mistura reacional em que a matéria orgânica é convertida no produto, em que produzir o liquido supercrítico ou subcrítico compreende aquecer um volume fixo de liquido, e aplicação de uma bomba de pasta fluida de sistema contínuo, a matéria orgânica compreende linhita (carvão marrom) ou compreende um ou mais de hemicelulose, celulose e linhita, a matéria orgânica está na forma de particulado moído em uma pasta fluida compreendendo o líquido, e a razão de líquido para sólido na pasta fluida é menor do que cerca de

12:1, o liquido supercrítico ou subcrítico compreende água com uma pressão maior do que cerca de 22 Mpa (200 bar) e uma temperatura entre 350°C e 420°C, e o produto decomposto quimicamente compreende uma fase líquida de produtos de petróleo e um ou ambos de: (i) uma fase sólida incluindo principalmente carvão; e/ou (ii) uma fase gasosa que compreende principalmente metano, hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido aquecimento

Petição 870180024332, de 26/03/2018, pág. 20/21

2/2 compreende combustão de pelo menos uma porção da matéria orgânica com um agente oxidante.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a mistura reacional compreende uma quantidade predeterminada do referido agente oxidante para controlar a extensão até que a mistura reacional seja aquecida.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o agente oxidante é selecionado de um ou mais de oxigênio, peróxido de hidrogênio e nitrato de sódio.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a fase líquida dos produtos de petróleo compreende um ou mais de aromáticos substituídos, asfaltenos e pré-asfaltenos.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que produzir líquido supercrítico ou subcrítico compreende pressurizar a mistura reacional em um vaso subterrestrial ou suboceânico usando a pressão externa do referido vaso.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o líquido supercrítico ou subcrítico compreende um ou mais de metanol e etanol. 8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o líquido é um líquido supercrítico.

Petição 870180024332, de 26/03/2018, pág. 21/21

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