BRPI0619722B1

BRPI0619722B1 - Sistema e método de gaseificação de produto de descarte particulado

Info

Publication number: BRPI0619722B1
Application number: BRPI0619722-1A
Authority: BR
Inventors: Balley Ron
Original assignee: Prm Energy Systems, Inc.
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2018-07-24
Also published as: DE602006016390D1; US20070094930A1; BRPI0619722A2; ATE479055T1; EP1780465A1; WO2007053646A2; JP2007126625A; MY146054A; JP5198737B2; CA2628251C; CA2628251A1; US7985268B2; EP1780465B1; BRPI0619722A8; WO2007053646A3

Abstract

sistema e método de gaseificação de produto de descarte particulado. configurações incluem um processo de gaseificação onde o teor de carbono do resíduo de gaseificação de produtos de descarte agrícolas e o teor de cinza muito fina da descarga gasosa são controlados pelo influxo regulado de ar de suporte de gaseificação em uma pluralidade de correntes de fluxo em diferentes velocidades para aumentar a fluidização de alimentação particulada em um leito que é revolvido por um braço de varredura giratório, que induz movimento radial para fora do resíduo de gaseificação para uma zona de coleta a partir da qual o resíduo entra em um duto de descarga. a alimentação particulada é colocada em um local na câmara de gaseificação acima do leito em alinhamento com a corrente de influxo de velocidade máxima.

Description

(54) Título: SISTEMA E MÉTODO DE GASEIFICAÇÃO DE PRODUTO DE DESCARTE PARTICULADO (51) Int.CI.: F23G 5/28 (30) Prioridade Unionista: 01/11/2005 US 11/264,553 (73) Titular(es): PRM ENERGY SYSTEMS, INC.

(72) Inventor(es): RON BALLEY (85) Data do Início da Fase Nacional: 30/04/2008

1/30

SISTEMA E MÉTODO DE GASEIFICAÇÃO DE PRODUTO

DE DESCARTE PARTICULADO [0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente de Utilidade dos Estados Unidos da América Número

11/264.553 intitulado Particulate Waste Product Gasification

System and Method do inventor Sr. Ron Bailey, depositado em de novembro de 2005, que é incorporado aqui por referência em sua totalidade.

Histórico da Invenção [0002] Configurações da presente invenção geralmente se referem a uma gaseificação controlada de produtos agrícolas de descarte para utilização do resíduo de cinza e descarga gasosa.

[0003] O descarte de resíduo ou subprodutos do processamento de culturas de alimentos agrícolas freqüentemente envolve a queima destes subprodutos e cria muitos problemas para a indústria de produção de alimentos.

Subprodutos tais como casca de arroz e de amendoim, lascas de madeira, semente de algodão etc. são rígidos, lenhosos e abrasivos. Além do mais, estes subprodutos são de densidade variável e possuem um alto teor de sílica. A incineração ou combustão destes subprodutos é de alto custo, consome grandes quantidades de energia, e cria problemas de poluição do ar.

[0004] A combustão ou incineração controlada do tipo anterior de resíduo ou subprodutos ou de resíduo ou subprodutos similares tem, portanto, sido tentada com pouco

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2/30 sucesso, tanto de um ponto de vista econômico quanto de um ponto de vista ecológico. Devido à variação de densidade da alimentação, excesso de queima ou queima insuficiente freqüentemente ocorre durante a combustão, resultando em geração instável de calor e da qualidade do gás de descarga, que não é satisfatória para objetivos de recuperação de calor. Por exemplo, a introdução de uma alimentação com alto teor de sílica na câmara de combustão de um queimador gera uma corrente de descarga com excesso de cinza muito fina, causando danos e deterioração dos tubos do queimador devido à abrasão relacionada com a abrasão da sílica. Queimadores antigos são também incapazes de controlar o grau de queima e, portanto, não possuem flexibilidade para controlar o teor de cinza do resíduo de combustão como um produto comercial.

[0005] É, portanto, um objetivo importante prover um sistema de gaseificação econômica para uma variedade de alimentações sem requerer pré-tratamento ou processamento anterior de alto custo e acomodar uma ampla variação na densidade de massa da alimentação.

[0006] Um outro objetivo é prover um sistema de gaseificação para estes produtos de descarte onde o teor de cinza do resíduo de combustão possa ser controlado e o teor

de cinza	muito fina de	sua descarga	gasosa	possa ser
minimizado	•
[0007]	Existe um	problema com :	sistemas	típicos de
combustão	ou gaseificação	com relação ao	acúmulo	de resíduo

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3/30 de cinza dentro do sistema de combustão ou gaseificação. 0 acúmulo do resíduo de cinza em locais diferentes dos locais de descarga causa formação de escória, ou endurecimento do resíduo de cinza no leito do sistema de combustão ou gaseificação, devido ao superaquecimento do resíduo de cinza estagnado em locais diferentes dos locais de descarga. A operação de gaseificação é freqüentemente parada completamente (ou pelo menos fica mais lenta) devido a esta constituição de resíduo de cinza em locais diferentes dos locais de descarga. Dessa maneira, a formação de escória do resíduo de cinza tem um custo alto e consome muito tempo, visto que a operação do sistema de gaseificação deve freqüentemente ser interrompida e deve ser contratado pessoal para remover o resíduo de cinza formado no sistema. Além do mais, a formação de escória do resíduo de cinza é freqüentemente de alto custo devido aos parâmetros do produto de resíduo de cinza resultante, assim como a eficiência do sistema de gaseificação pode ser negativamente impactada pela formação de resíduo de cinza endurecido. 0 problema de formação de escória de resíduo de cinza é particularmente critico quando combustíveis de gaseificação que possuem quantidades excessivas de fosfatos de potássio ou temperaturas de fusão baixas, tais como lama de esgoto, resíduos de destilaria, sansa, palha, e outros combustíveis altamente alcalinos.

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4/30 [0008] Um problema adicional com sistemas de gaseificação utilizados atualmente envolve a eficiência do processo de gaseificação. A eficiência do processo é freqüentemente comprometida pela baixa temperatura do ar dentro da câmara de gaseificação. A eficiência e taxa de conversão de carbono são freqüentemente afetadas adversamente pela temperatura do ar e por outros parâmetros operacionais variáveis dentro do sistema de gaseificação.

[0009] Ainda, um desafio adicional relacionado ao sistema de gaseificação típico se refere ao tempo de residência do combustível dentro da câmara de gaseificação. O sistema de gaseificação típico é capaz de gaseificar apenas uma quantidade fixa de combustível dentro da câmara em um período de tempo, devido ao volume fixo da câmara de gaseificação. Aumentar a velocidade do braço do agitador existente para gaseificar mais combustível por período de tempo faz com que o conteúdo da câmara de gaseificação se torne mais volátil e, como um resultado, faz com que o combustível ou cinza entre na corrente de gás.

Adicionalmente, mesmo quando o sistema de gaseificação é operado na velocidade desejada do braço agitador, combustível ou cinza freqüentemente entram na corrente de gás.

[0010] Também, um problema existente com os sistemas de gaseificação existentes é a curvatura do braço agitador.

Quando o braço agitador dentro da câmara de gaseificação é superaquecido, o braço agitador tende a curvar para cima e

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5/30 para baixo em relação à câmara de gaseificação, comprometendo a eficiência e desempenho do sistema de gaseificação.

[0011] É, portanto, necessário um sistema de gaseificação onde a formação de escória do resíduo de cinza em locais diferentes dos locais de descarga dentro da câmara de gaseificação seja mais bem controlada.

[0012] Um sistema de gaseificação com eficiência aumentada e maior conversão de carbono, se comparado a sistemas de combustão ou gaseificação atualmente utilizados, é necessário.

[0013] Além do mais, existe a necessidade de um sistema de gaseificação que seja capaz de manter o tempo de residência do combustível presente em sistemas de gaseificação anteriores, mesmo quando o braço agitador se torna mais lento para impedir a entrada do combustível ou cinza na corrente de gás. Existe uma necessidade adicional de um sistema de gaseificação que seja capaz de processar mais combustível em um período de tempo dado sem que o combustível ou cinza entre na corrente de gás.

[0014] Finalmente, existe uma necessidade de um sistema de gaseificação que reduza ou elimine danos possíveis ao braço agitador.

Sumário da Invenção [0015] É, portanto, um objetivo das configurações da presente invenção prover um sistema de gaseificação aperfeiçoado com eficiência e taxas de conversão de carbono

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6/30 aumentadas .

[0016] É um objetivo adicional, de configurações da presente invenção, prover um sistema de gaseificação que diminua ou impeça a formação de escória de resíduo de cinza dentro do sistema de gaseificação.

[0017]	E	ainda	um objetivo	adicional	das
configurações	da	presente	invenção prover	um sistema	de
gaseificação	que	aumente	a flexibilidade	do processo	de
gaseificação.
[0018]	É	um objetivo adicional, de	configurações	da
presente invenção	, prover	um sistema de gaseificaçao onde a

velocidade de rotação do braço agitador possa ser diminuída enquanto o tempo de residência do combustível é mantido.

[0019] É um objetivo adicional, de configurações da presente invenção, prover um sistema de gaseificação onde o tempo de residência do combustível na câmara de gaseificação possa ser mantido, aumentado, ou diminuído sem causar entrada de combustivel/cinza na corrente de gás.

[0020] Um objetivo adicional de configurações da presente invenção é prover um sistema de gaseificação que reduza ou elimine a curvatura do braço do agitador dentro da câmara de gaseificação.

[0021] Estes objetivos, juntamente com outros objetivos e vantagens que se tornarão subseqüentemente aparentes, residem nos detalhes de construção e operação, conforme é descrito de forma mais completa e reivindicado

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7/30 doravante, sendo feita referência aos desenhos em anexo que constituem parte dos mesmos, onde os numerais iguais se referem a partes iguais em todo o documento.

Breve Descrição dos Desenhos [0022] De modo que as características mencionadas acima da presente invenção possam ser compreendidas em detalhe, uma descrição mais específica da invenção, brevemente sumarizada acima, pode ser feita por referência às configurações, algumas das quais são ilustradas nos desenhos anexados. Deve ser observado, no entanto, que os desenhos anexados ilustram apenas configurações típicas da presente invenção e, portanto, não devem ser considerados limitativos de seu escopo, pois a invenção pode admitir outras configurações igualmente efetivas.

[0023] A Figura 1 é uma vista elevada lateral simplificada do equipamento associado com o sistema da presente invenção.

[0024] A Figura 2 é uma vista seccional lateral parcial aumentada do equipamento mostrado na Figura 1.

[0025] A Figura 3 é uma vista de seção parcial tomada substancialmente através de um plano indicado pela linha da seção 3-3 na Figura 2.

[0026] A Figura 4 é uma vista de seção parcial aumentada tomada substancialmente através de um plano indicado pela linha de seção 4-4 na Figura 3.

[0027] A Figura 5 é uma vista de seção transversal

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8/30 parcial tomada substancialmente através de um plano indicado pela linha da seção 5-5 na Figura 2.

[0028] A Figura 6 é um diagrama de bloco ilustrando de forma esquemática o sistema da presente invenção em associação com seus controles.

[0029] A Figura 7 é uma vista elevada lateral de um

braço agitador	usável com o	equipamento das	Figuras 1 e 2.
[0030]	A Figura 8	é uma vista de	seção parcial do
braço agitador	da Figura 7.
[0031]	A Figura 9	é uma vista	explodida de uma

lâmina de agitador usável com o braço agitador das Figuras 7 e 8 .

[0032] A Figura 10 é uma vista de seção parcial de uma configuração alternativa de um braço agitador usável com o equipamento das Figuras 1 e 2.

[0033] A Figura 11 é uma vista inferior através de uma seção transversal de uma configuração alternativa do equipamento das Figuras 1-5, mostrando os braços agitadores dentro do equipamento.

Descrição Detalhada [0034] A gaseificação converte um material contendo carbono em um gás de sintese composto primariamente de monóxido de carbono e hidrogênio, que pode ser utilizado, por exemplo, como um combustível para gerar eletricidade ou vapor, ou pode ser usado como um bloco básico de construção química nas indústrias petroquímicas ou refinarias.

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Vantajosamente, a gaseificação freqüentemente adiciona valor a materiais de alimentação de valor baixo ou de menor valor, convertendo-os em combustíveis e produtos comercializáveis.

[0035] No sistema de gaseificação, a combustão limitada de voláteis no combustível ocorre para suprir calor para o processo de gaseificação. Quando a conversão de combustível sólido em gases ocorre, os gases podem, então, por exemplo, sofrer combustão em estágios para queimadores, secadores, fornos, ou fornalhas; resfriados e limpos para motores de combustão interna; ou processados adicionalmente em combustíveis líquidos.

[0036] O processo de gaseificação minimiza significativamente a produção de poluentes potencialmente danosos devido à queima total ou oxidação não ocorrer preferencialmente no gaseificador em conseqüência da falta de oxigênio suficiente no mesmo. Um gás inflamável é liberado mediante compostagem do material de biomassa. O gás produzido é, então, queimado em estágios em temperaturas precisas para minimizar ou reduzir a produção de poluentes danosos. Devido a este processo, a gaseificação é freqüentemente preferível em relação à incineração de resíduos, onde toda oxidação ou combustão ocorre em uma câmara única e rapidamente.

[0037] As Patentes Norte-Americanas Números

4.589.355 e 4.517.905 são incorporadas por referência aqui em sua totalidade. De acordo com a presente invenção, uma

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10/30 alimentação particulada é alimentada em uma câmara de gaseificação em uma taxa de alimentação regulada e misturada com ar quando descarregada a partir de uma porção de extremidade de temperatura resfriada de um sistema de alimentação de material em um local de entrada de alimentação central dentro da câmara de gaseificação, acima de um leito no qual a alimentação particulada cai. Ar de suporte de gaseificação é suprido para a câmara de gaseificação em um local de fogo superior (overfire) acima e de um local de fogo inferior (underfire) abaixo do leito. Influxos axiais do fogo superior de ar entram na câmara de gaseificação através de aberturas de grade em velocidades insuficientes para fluidizar o material particulado enquanto sofre gaseificação na ausência de uma ação de revolvimento mecânico. Um braço de varredura radial resfriado por água é girado um pouco acima do suporte do leito para revolver e agitar os sólidos particulados através da zona de fluidização da câmara de gaseificação em uma velocidade suficiente para fluidizar mecanicamente os sólidos durante a gaseificação. 0 braço de varredura é preferivelmente ajustável verticalmente a uma altura espaçada acima do suporte de leito fixo para acomodar tipos diferentes de alimentação particulada, de palhas de arroz de grande densidade até semente de algodão de pouca densidade. A ação de revolvimento do braço de varredura também induz movimento radial para fora da alimentação particulada sob força centrifuga na direção da zona de coleta

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11/30 não fluidizada acima de uma porção periférica não perfurada do suporte do leito. Um duto de descarga de resíduo é conectado à porção não perfurada do suporte de leito em um ou mais locais dentro da zona de coleta, e uma pá de deslocamento de material é conectada à extremidade externa radial do braço de varredura para girar e deslocar o resíduo de cinza a partir da zona de coleta no duto de descarga de resíduo.

[0038] A operação do equipamento anterior envolve uma descarga gasosa que flui através da locação de entrada até um duto de descarga superior, que envia uma descarga útil como um meio de aquecimento para caldeiras ou similares. Pelo controle da taxa de alimentação da alimentação particulada e ajuste do espaço vertical do braço de varredura acima do suporte do leito, o teor de energia térmica da descarga pode ser variado para atender a diferentes requisitos. Além do mais, o teor de carbono do resíduo de cinza pode ser variado pelo ajuste de taxas de influxo de ar de fogo inferior entre limites e ajustes do braço de varredura de velocidade variável, de modo a atender diferentes requisitos de mercado para descarte do resíduo de cinza.

[0039] Influxo de ar de fogo inferior é conduzido na porção porosa do suporte de leito fixo a partir de pelo menos duas correntes de fluxo separadas por uma partição circular dentro de um compartimento de influxo subjacente ao suporte do leito. As velocidades de influxo das duas correntes de

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12/30 fluxo são selecionadas em níveis diferentes através de válvulas de ar separadas, de modo que a zona de influxo de ar radialmente interna alinhada abaixo do local de entrada de alimentação conduz uma corrente de influxo para cima em uma velocidade mais elevada que aquela na outra zona de influxo.

[0040] Com referência, agora, aos desenhos em detalhes, a Figura 1 ilustra equipamento típico para executar o sistema da presente invenção, geralmente referido pelo numeral de referência 10. Um produto de descarte sólido é armazenado em um alimentador de material 12 tendo uma porção de extremidade de descarga inferior 14 a partir da qual o material de alimentação particulada entra em um transportador tipo broca 16 anexado ao alimentador. O transportador 16 é acionado por um mecanismo de acionamento, preferivelmente um motor de velocidade variável 18, para enviar a alimentação para a extremidade de entrada superior de um duto de gravidade 20, geralmente de seção transversal retangular. A

extremidade	de	envio	inferior	do	duto	20	é conectada	ao
alojamento	de	um medidor de	fluxo	22	através do qual	a
alimentação	passa em	um tipo	giratório	de	dispositivo	de
medição 24.	0	medidor	de fluxo 22	pode	ser	de um tipo	de

linha de impacto comercialmente disponível, designado para medir a taxa de fluxo de peso da alimentação e gerar um sinal elétrico que reflete esta medição. A saída do sinal do medidor de fluxo 22 pode ser conseqüentemente usada para controlar o acionamento do motor de velocidade variável 18,

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13/30 de modo a manter uma taxa de alimentação de fluxo de peso substancialmente constante para o mecanismo de entrada de alimentação 26. 0 dispositivo de medição giratório 24 é bem conhecido na técnica e é utilizado na mesma para impedir retorno de gás.

[0041] O mecanismo de entrada de alimentação 26 é acionado por um mecanismo de acionamento, preferivelmente motor de velocidade variável 27, e se estende no dispositivo da câmara de gaseificação 28. Os produtos da gaseificação incluem uma descarga gasosa descartada através de um duto de descarga 30 a partir da extremidade superior do dispositivo de câmara de gaseificação e um resíduo de cinza retirado através de um duto 32 da extremidade inferior. Ar de suporte de gaseificação é suprido através de um duto de influxo de fogo superior 34 na extremidade superior e um duto de influxo de fogo inferior 36 na extremidade inferior. O influxo de fogo inferior é preferivelmente dividido entre dois caminhos de influxo por válvulas de ar de controle de influxo 37 e 39, através das guais o ar entra no dispositivo 28, preferivelmente em duas velocidades diferentes. Um mecanismo de revolvimento de alimentação 38 está associado com o dispositivo 28 e se estende a partir de sua extremidade inferior para acionamento por um mecanismo de acionamento, preferivelmente um motor de velocidade variável 40. O mecanismo 38 é preferivelmente ajustável verticalmente através de gualguer dispositivo de ajuste operado por energia

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14/30 adequada 41 a partir do qual uma haste de ajuste de pistão 43 se estende.

[0042] 0 sistema com o qual o equipamento 10 está associado é mostrado em forma de diagrama na Figura 6, mostrando o fluxo da alimentação particulada da armazenagem para o dispositivo de câmara de gaseificação 28 com o qual alguma forma de dispositivo de ignição 42 está associada.

Também estão associados com o dispositivo de câmara de gaseificação 28 o motor de acionamento de revolvimento 40 mencionado anteriormente e os sopradores 44 e 46 para suprir ar, respectivamente, através dos dutos de influxo de fogo superior e fogo inferior 34 e 36. A saída do sinal do medidor de fluxo 22 é preferivelmente alimentada para um display de visualização 48 e como uma entrada a um computador 50 ao qual dados de entrada de ajuste são também alimentados a partir de

52. O computador produz saídas para controle dos acionamentos de alimentação 18-26 de modo a manter uma taxa de fluxo de peso uniforme ajustada para a alimentação da câmara de gaseificação. As velocidades de influxo de fogo inferior a partir do soprador 46, o espaçamento vertical do braço de varredura, e sua velocidade rotacional, podem também ser controlados pelo computador através de controle de válvula

53, motor 40, e controle de ajuste de altura de revolvimento

55. O computador, se utilizado, é, dessa maneira, programado para controlar a taxa de alimentação, velocidades de influxo do ar de fogo inferior, e a altura e velocidade do

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15/30 revolvimento de acordo com configurações da presente invenção.

[0043] Com referência agora às Figuras 1 e 2, o mecanismo de entrada de alimentação 26 inclui um transportador tipo broca 54 acionado pelo motor 27 externamente ao alojamento 56 do dispositivo de câmara de gaseificação 28. O transportador 54 é envolvido por passagens de ar 58 e uma jaqueta de água externa 60 que se estende para o alojamento 56 com o transportador 54 para resfriar o transportador dentro do ambiente de alta temperatura da câmara de gaseificação 62 envolvida pelo alojamento 56 acima de um suporte de leito fixo, horizontal 64. Um revestimento isolante 61 é preferivelmente formado na jaqueta de resfriamento de água externa 60, que se estende axialmente além da extremidade de descarga 66 do transportador tipo broca 54 para formar um espaço de mistura 68 em um local de entrada de alimentação central dentro da câmara de gaseificação substancialmente alinhada com o eixo longitudinal vertical do alojamento 56. As passagens de ar de resfriamento 58 se abrem no espaço de mistura 68, de modo que ar suprido ao mesmo, externamente ao alojamento pelo conduto

70, será descarregado no espaço 68 para mistura com a alimentação particulada que está sendo descarregada da extremidade de envio 66 do transportador 54. O espaço anular de água da jaqueta 60 é fechado em sua extremidade interna para circulação de água entre os condutos de entrada e saída

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16/30 e 74. Dessa maneira, o resfriamento de ar e água do transportador 54 permite que ele funcione continuamente na descarga de uma mistura de ar e sólidos particulados em um local central relativamente quente em um fluxo térmico a montante de produtos de gaseificação gasosos para desacelerar a descida gravitacional na direção do suporte do leito 64. 0 espaço 68 não apenas provê mistura das partículas com ar antes da queda no leito, mas também impede disparo de retorno no transportador tipo broca 54 e limpa a extremidade de descarga do mesmo pelo fluxo de saída continuado de ar das passagens 58 quando a alimentação do transportador 54 é interrompida.

[0044] O suporte do leito 64, conforme mostrado na

Figura 2, inclui uma placa distribuidora de gás de aço 76 espaçada acima da parede inferior 78 do alojamento 56 e uma

placa refratária	80 fixada à placa de	aço.	Uma	porção porosa
interna radial	principal da placa	76	tem	uma	ou mais
aberturas na mesma, preferivelmente	uma	ou mais	aberturas

próximas umas das outras 82, para formar uma grade de queimador acima de um compartimento de fogo inferior dividido em duas zonas de influxo espaçadas radialmente 84a e 84b, às quais o ar de fogo inferior é conduzido através das válvulas de ar 37 e 39, conforme mencionado anteriormente.

Conseqüentemente, o ar de fogo inferior do soprador pressurizado é preferivelmente direcionado para cima através das aberturas de grade 82 sob velocidades diferentes a partir

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17/30 de duas correntes de fluxo separadas por uma partição circular 85.

[0045] Os particulados que formam o leito, conforme mostrado pela linha pontilhada 87 na Figura 2, são mecanicamente fluidizados durante gaseificação pelo mecanismo de revolvimento 38 que inclui um braço de varredura radial 86 se estendendo através da zona fluida de uma porção de rotor suportada por um conjunto de rolamento vedado 90 para rotação sobre o eixo vertical do alojamento. O braço de varredura pode ser espaçado de forma ajustável acima da placa

76. O rotor 88 tem uma engrenagem 92 esfriada no mesmo, preferivelmente externamente ao alojamento, para acionar a conexão do motor 40. Um conduto 94 se estende concentricamente através do rotor 88 e braço de varredura 86 para formar uma passagem de fluxo de retorno interno 96 e uma passagem de influxo anular 98, respectivamente, conectadas através de tubulações fixas 100 e 102 aos condutos de entrada e saida de refrigerante 104 e 106. A extremidade 108 do conduto interno 94 abre em uma formação de pá oca 110 conectada à extremidade radialmente externa do braço de varredura 86. O interior da pá está, preferivelmente, em comunicação com a passagem anular 98, de modo que água circulará através do braço de varredura e pá para resfriamento dos mesmos.

[0046] A pá 110 é verticalmente espaçada acima da porção não perfurada, radialmente externa 112 do suporte do

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18/30 leito 64, sobre o qual uma zona de coleta não fluidizada é estabelecida. Ficará aparente que a rotação do braço de varredura através da porção de rotor 88 do mecanismo 38 não apenas fluidiza o material durante a gaseificação, mas também induz movimento radialmente para fora do mesmo sob forças centrifugas na direção da zona de coleta não fluidizada acima da porção não perfurada anular 112 do suporte do leito. Dessa maneira, um resíduo de cinza é coletado na porção 112 do suporte do leito e é deslocado pela pá 110 em cada revolução para a extremidade de entrada superior 114 do duto de descarga de resíduo 32, como é visto com maior clareza nas

Figuras 3 e 4. Conforme mostrado na Figura 4, uma jaqueta de resfriamento de água 116 é montada sobre o duto 32, que é conectado em sua extremidade de entrada superior à porção não perfurada 112 do suporte do leito 64. A extremidade de entrada 114 é adicionalmente alinhada com a pá que passa ciclicamente acima dela para efetuar a retirada do resíduo de cinza coletado na porção 112 do suporte do leito.

[0047] Como um resultado do arranjo do equipamento descrito acima, o teor de cinza muito fina e a abrasão do gás de descarga são mínimos, apesar do uso de uma alimentação tendo um alto teor de sílica. O teor de cinza muito fina do gás de descarga é adicionalmente reduzido por uma velocidade menor do influxo de fogo inferior através da zona radialmente externa 84b alinhada abaixo da porção radialmente externa do leito 87, que é tornado mais fino pela ação de revolvimento.

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19/30

A porção central do leito 87, preferivelmente de altura máxima devido a seu alinhamento com o local de alimentação central, é alinhada com a zona de influxo radialmente interna

84a através da qual o ar de influxo entra em uma velocidade mais elevada. Devido ao zoneamento anterior do ar de fogo inferior, um efeito de redução de cinza muito fina é obtido, o que é especialmente critico na acomodação da gaseificação de alimentações de peso reduzido tal como semente de algodão.

[0048] Para acomodar alimentações mais pesadas, tais como cascas de arroz, a velocidade de revolvimento do braço de varredura e a altura do braço de varredura acima da placa podem ser aumentadas na direção dos limites operacionais superiores de 7,5 RPM e 13-1/2 polegadas, respectivamente, para gaseificação eficiente. Para alimentações mais leves, tal como semente de algodão, a altura do braço de varredura é preferivelmente diminuída na direção de um limite inferior de

5-1/2 polegadas, de acordo com as configurações reais da invenção. Também, para alimentações mais leves, aumentos dimensionais na largura e altura da pá do braço de varredura

110 foram considerados benéficos para melhorar a recuperação do resíduo de cinza. Variações nos parâmetros mencionados acima, incluindo altura e velocidade do braço de varredura, tamanho da pá, e velocidades da zona de influxo de fogo inferior, também afetam o teor de carbono do resíduo de cinza de diferentes maneiras, os quais podem, portanto, serem customizadas para atender a combinações diferentes de

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20/30 requisitos de produto e características da alimentação.

[0049] Em uma configuração alternativa mostrada nas

Figuras 7-9, o braço de varredura radial 86 ou braço agitador pode incluir uma ou mais lâminas 150 ou defletores no mesmo para forçar adicionalmente o resíduo de cinza para dentro do dispositivo de câmara de gaseificação 28 na direção do perímetro externo do suporte do leito 64 (e na direção da extremidade de entrada superior 114 do duto de descarga de resíduo 32) . As lâminas 150 ajudam a impedir a formação de escória do combustível no suporte do leito 64 forçando o combustível na direção do perímetro externo do suporte do leito 64, portanto aumentando a eficiência do processo e impedindo a parada do processo devido à constituição de combustível no suporte do leito 64.

[0050] A referida uma ou mais lâminas 150 são capazes de se ajustar sobre o braço agitador 86, que é preferivelmente construído de um tubo de metal geralmente redondo. O braço agitador 86 e as lâminas 150 são, preferivelmente, embora não necessariamente, construídas de aço inoxidável de alta temperatura, tal como placa de aço inoxidável 304.

[0051] Em uma configuração, as lâminas 150 são integrais ao braço agitador 86, e são criadas por meio de um molde. Em uma outra configuração, as lâminas 150 são separadas do braço agitador 86 e operacionalmente conectadas ao mesmo, por exemplo, pela colocação de um ou mais membros

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21/30 de conexão tais como pinos ou parafusos através das lâminas

150 e do braço agitador 86, ou por solda das porções de conexões das lâminas 150 ao braço agitador 86.

[0052] Mais preferivelmente, uma pluralidade de lâminas separadas e anguladas 150 é incluída ao redor do braço agitador e operacionalmente conectada ao mesmo. As lâminas 150 são, preferivelmente, espaçadas aproximadamente duas polegadas, mas mais preferivelmente estão separadas aproximadamente 1-15/16 polegadas. Também, preferivelmente, lâminas estão espaçadas através do braço agitador 86 e separadas aproximadamente 2 pés, 10-1/8 polegadas através do mesmo. O espaçamento e vão das lâminas 150 através do braço agitador descritos são meramente exemplos e não pretendem limitar a presente invenção; ao invés disso, é contemplado, para objetivos das configurações da presente invenção, que qualquer espaçamento entre as lâminas 150 e qualquer número de lâminas 150 no braço agitador 86 podem ser utilizados.

[0053] A referida uma ou mais lâminas 150 age como defletores do resíduo de cinza quando o braço agitador 86 gira dentro do dispositivo de câmara de gaseificação 28. Com referência especificamente à Figura 7, para obter deflexão máxima do resíduo de cinza, as lâminas 150 são, preferivelmente, dispostas em um ângulo A com relação a uma linha perpendicular P através de um eixo central C do braço agitador 86. O ângulo A é mais preferivelmente de aproximadamente 35 graus, embora todos os ângulo com relação

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22/30 à linha perpendicular P sejam contemplados para várias configurações da presente invenção.

[0054] Com referência à Figura 9, cada lâmina 150 tem uma largura W, comprimento L, e espessura T. A largura W é preferivelmente de aproximadamente 3-3/8 polegadas, enquanto a espessura é preferivelmente de aproximadamente 3/8 polegada. Em uma configuração, cada lâmina 150 inclui uma porção cortada 155, conforme ilustrado nas Figuras 8 e 9.

Nesta configuração, a porção cortada 155 de cada lâmina 150 é operacionalmente conectada a um diâmetro externo do braço do agitador 86. A porção cortada 155 é preferivelmente formada de maneira a permitir a disposição das lâminas 150 em um ângulo A, em relação à linha perpendicular P, quando a lâmina

150 está operacionalmente conectada ao braço agitador 86.

[0055] Conforme ilustrado em forma de esquema na

Figura 8, quando as lâminas 150 estão em posição no braço agitador 86, uma porção mais inferior das lâminas 150 está disposta acima da placa refratária 80 (para referência, vide

Figura 2). Mais preferivelmente, a distância de folga entre a porção mais inferior das lâminas 150 e a porção mais superior da placa refratária 80 é de aproximadamente Ú2 polegada. A distância mínima preferida entre a porção mais inferior das lâminas 150 e a porção mais superior da placa refratária 80 é de aproximadamente Fi de polegada.

[0056] Opcionalmente, um ou mais dispositivos de captação de temperatura podem estar localizados no braço

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23/30 agitador 86 ou no suporte do leito 112 para captar a temperatura, ou próximos do braço agitador 86 dentro do dispositivo de câmara de gaseificação 28. Os dispositivos de captação de temperatura são preferivelmente termopares, mas podem incluir qualquer outro dispositivo de captação de temperatura conhecido daqueles especializados na técnica em substituição ou em adição aos termopares. Os termopares são preferivelmente dispostos entre as lâminas 150 para captar a temperatura do combustível disposto abaixo do braço agitador

86. Esta leitura de temperatura pode ser transmitida de volta ao computador 50 a partir dos termopares.

[0057] Quando os dispositivos de captação de temperatura estão incluídos, o computador 50 preferivelmente é programado para automaticamente alterar e otimizar parâmetros dentro e ao redor do dispositivo da câmara de gaseificação 28 de acordo com a leitura de temperatura nos termopares, por exemplo, pelo ajuste da taxa de alimentação, da altura do revolvimento, do controle da velocidade de influxo, da temperatura do soprador de fogo inferior 46 e/ou soprador de fogo superior 44 etc. A temperatura de fusão (doravante Tf) do combustível disposto abaixo do braço do agitador 86 pode ser calculada pelo computador 50 e o combustível pode ser mantido pelo computador 50 otimizando os parâmetros do dispositivo da câmara de gaseificação 28 a uma temperatura abaixo da Tf daquele combustível. Manter a temperatura do combustível localizado abaixo do braço

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24/30 agitador 86 abaixo de sua T_f ajuda na prevenção de formação de escória do combustível, conseqüentemente ajudando a aumentar a eficiência do processo de gaseificação.

[0058] Opcionalmente, o braço agitador 86 pode ser girado ao redor de seu eixo central C, assim como pode ser movido ao redor do diâmetro interno do dispositivo da câmara de gaseificação 28. A rotação do braço agitador 86 ao redor de seu eixo central C fluidiza adicionalmente o combustível dentro do dispositivo de câmara de gaseificação 28 para forçar o combustível na direção do perímetro externo do dispositivo da câmara de gaseificação 28.

[0059] A Figura 10 ilustra uma configuração alternativa do braço agitador. Nesta configuração, o braço agitador 86 inclui um ou mais perfurações 160 através do mesmo. Embora as perfurações 160 sejam mostradas como de formato redondo na Figura 10, as perfurações 160 podem ser de qualquer formato capaz de enviar uma quantidade do fluido através do braço agitador 86.

[0060] Estas perfurações 160, preferivelmente uma pluralidade de perfurações separadas através da tubulação do braço agitador 86, são utilizadas para enviar um fluido através do braço agitador 86 para resfriar o braço agitador

86. O fluido passado através do braço agitador 86 é preferivelmente vapor, mais preferivelmente passado através do braço agitador 86 a uma temperatura de aproximadamente

175-200°F. O vapor entra as perfurações após viajar através

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25/30 de uma passagem de vapor através do braço agitador 86.

Preferivelmente, uma fonte do vapor está localizada fora do dispositivo da câmara de gaseificação 28, mas é considerado que a fonte pode estar em qualquer local.

[0061] Suprir vapor através do braço agitador 160 impede que o braço agitador 86 opere ineficientemente ou inadequadamente devido a superaquecimento. Sem a presença de vapor, o braço agitador 86 pode dobrar para cima e/ou para baixo em relação ao dispositivo da câmara de gaseificação 28 quando superaquecido. O suprimento de vapor através do braço agitador 160 também promove o resfriamento das temperaturas do leito para impedir a formação de escória e promove, ainda, conversão mais eficiente do carbono no combustível em monóxido de carbono.

[0062] Os termopares mencionados acima podem também serem utilizados para captar a temperatura do braço agitador

86, e o computador 50 pode ser configurado para sinalizar seletivamente o envio de vapor através das perfurações 160 para manter a temperatura desejada ou ideal do braço agitador

86. Mais preferivelmente, o braço agitador 86 é mantido a uma temperatura abaixo de aproximadamente 300°F para desempenho ideal do braço agitador 86 (para impedir inclinação/curvatura do braço agitador 86 dentro do dispositivo da câmara de gaseificação 28).

[0063] Em qualquer uma das configurações acima, vapor pode, opcionalmente, ser injetado nas zonas de ar de

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26/30 fogo inferior na câmara plena. A quantidade do vapor injetado em cada zona pode ser regulada por zona para aumentar vantajosamente a conversão de carbono no combustível em monóxido de carbono e promover o resfriamento do leito de combustível.

[0064] Em qualquer uma das configurações descritas acima, braços agitadores adicionais 86 podem ser adicionados ao dispositivo da câmara de gaseificação 28. Adicionar braços agitadores 86 ao dispositivo da câmara de gaseificação 28 permite que a velocidade de curso dos braços agitadores 86 seja diminuída sem sacrificar o tempo de residência do combustível e sem causar arrasto do combustivel/cinza na corrente de gás. Especificamente, embora não exclusivamente, combustível de resíduo de oliva pode ser beneficiado pelo aumento da quantidade de braços agitadores 86 dispostos ao redor da circunferência do dispositivo da câmara de gaseificação 28.

[0065] Tipicamente, dois braços agitadores 86 são utilizados com o dispositivo da câmara de gaseificação 28, um braço agitador disposto aproximadamente 180 graus do outro braço agitador. Em uma outra configuração, um agitador duplo inclui quatro braços agitadores 86A, 86B, 86C, e 86D localizados aproximadamente 90 graus um do outro dentro do dispositivo da câmara de gaseificação 28, conforme mostrado na Figura 11. O agitador duplo é preferivelmente utilizado em um dispositivo da câmara de gaseificação 28 tendo um diâmetro

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27/30 de aproximadamente 24 pés. Quando o agitador duplo é utilizado, pelo menos quatro portas de cinza separadas 114 são preferivelmente dispostas dentro do suporte do leito 64 para permitir descarte apropriado do resíduo de cinza dentro do dispositivo da câmara de gaseificação 28 através das portas 114; entretanto, é considerado que qualquer número de portas 114 pode ser incluído através do suporte do leito 64.

[0066] O agitador duplo pode, opcionalmente, incluir uma ou mais lâminas 150 em um ou mais dos braços agitadores

86A-D. Além do mais, o agitador duplo pode, opcionalmente, incluir o sistema de envio de vapor mostrado e descrito em relação à Figura 10 e/ou pode, opcionalmente, incluir os termopares ou outros dispositivos de leitura de temperatura, conforme descrito acima. Está dentro do escopo das configurações da presente invenção que em vez do agitador duplo, qualquer número de braços agitadores pode estar localizado em qualquer ângulo com relação aos outros braços agitadores, e separado a qualquer distância. Embora seja preferível que o número de portas 114 seja igual ao número de braços agitadores 86 utilizados, está também dentro do escopo das configurações que qualquer número de portas 114 pode ser incluído através do suporte do leito 64.

[0067] Em qualquer uma das configurações descritas acima, o ar de fogo inferior que flui através de uma ou mais zonas de influxo radialmente espaçadas pode ser pré-aquecido pela adição de vapor ao ar de fogo inferior. Pré-aquecimento

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28/30 do ar de fogo inferior pode aumentar a eficiência do processo de gaseificação. Em adição ao pré-aquecimento do ar de fogo inferior, vapor injetado em uma ou mais zonas da câmara plena pode aumentar a eficiência do processo de gaseificação.

[0068] Adicionalmente, em qualquer uma das configurações descritas acima, um ou mais termopares ou outros dispositivos de captação de calor podem estar localizados dentro de uma ou mais câmaras 84a, 84b abaixo do suporte do leito 64 para determinar a temperatura abaixo do(s) braço(s) agitador (es) 86. Conforme descrito acima, em relação aos termopares entre as lâminas 150, os termopares localizados dentro das câmaras 84a, 84b podem captar temperatura no(s) local(is) e enviar o(s) sinal(is) que indica(m) a temperatura no(s) local (is) para o computador 50.

O computador 50 pode, então, enviar sinal(is) para várias operações do equipamento para modificar um ou mais dos parâmetros operacionais, de modo a otimizar o desempenho do processo de gaseificação. O(s) termopar(es) pode(m) ser utilizado(s) para monitorar a temperatura do combustível no suporte do leito 64 para impedir a formação de escória devido a superaquecimento e endurecimento conseqüente do combustível no suporte do leito 64.

[0069] Vantajosamente, as configurações acima provêem um processo de gaseificação eficiente e ideal por meio da redução ou eliminação de formação de escória do

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29/30 combustível no leito dentro da câmara de gaseificação. Além do mais, as configurações descritas acima vantajosamente provêem um processo de gaseificação eficiente e ideal pelo controle da temperatura do leito dentro da câmara de gaseificação e pelo controle da temperatura do(s) braço(s) agitador(es).

[0070] A seguir se encontram exemplos de combustíveis de biomassa gue podem ser utilizados com o gaseificador: casca de arroz, palha de arroz, estrume de aves, casca de árvore verde, serragem e lascas de madeira, turfa, palha de trigo, sabugo de milho e restos de árvore, cascas de amendoim, resíduo sólido municipal processado (RDF) (penugem, flocos e contas), cogue de petróleo, resíduo de descaroçador de algodão, cascas de semente de algodão, carvão de baixa gualidade, resíduos de madeira verde ou seca, resíduos agrícolas, lama de moinho de papel, lama de tratamento de água servida, ou uma combinação de gualguer um dos acima. O gaseificador pode usar os combustíveis de biomassa para produzir, por exemplo, um ou mais dos seguintes: aguecimento para o fogo direto de fornos secos, vapor para gerar eletricidade para uso ou comercialização, vapor para uso em processos industriais, gás para motor/geradores movidos por combustível fóssil I/C, gás para co-gueima de caldeiras, calor para fogo direto de oxidantes térmicos e/ou custos menores para descarte de resíduos.

[0071] Na descrição acima, a biomassa pode

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30/30 experimentar combustão ou incineração ao invés de gaseificação, embora a gaseificação de biomassa seja o método preferido para reciclagem de produtos de descarte.

[0072] Embora a descrição anterior esteja direcionada para configurações da presente invenção, outras configurações e configurações adicionais da invenção podem ser projetadas sem se afastar do escopo básico da mesma, e seu escopo é determinado pelas reivindicações a seguir.

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Claims

REIVINDICAÇÕE S

1. Sistema de gaseificação para gaseificar um ou mais materiais, compreendendo: uma câmara de gaseificação (28); pelo menos um braço agitador (86) móvel localizado dentro da câmara de gaseificação (28), o braço agitador (86) sendo móvel através da câmara de gaseificação (28) e em que o braço agitador (86) é caracterizado por compreender uma seção transversal; e uma pluralidade de lâminas (150) planas discretas, espaçadas radialmente ao longo de pelo menos um braço agitador (86) em que cada lâmina (150) circunscreve pelo menos um braço agitador (86), ainda compreende uma porção recortada na qual a lâmina (150) se liga a pelo menos um braço agitador (86), onde cada lâmina (150) é diferente da referida lâmina (150) posicionada radialmente para fora e é espaçada em relação a lâmina (150) posicionada radialmente para fora em cada braço agitador (86) a uma distância em que as cinzas dentro da câmara de gaseificação (28) podem ser empurradas de uma posição radialmente alinhada com tal lâmina (150) para uma posição radialmente alinhada para fora.

2. Sistema de gaseificação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma ou mais lâminas (150) estão dispostas em um ângulo, sendo o ângulo em

relação a uma linha perpendicular através de um eixo central através de pelo menos um braço agitador (86).

3. Sistema de gaseificação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o ângulo é em torno de 35 graus ^. 4. Sistema de gaseificação, de acordo com a

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2/4 reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porção superior de cada lâmina (150) está disposta mais para o exterior a partir de um braço agitador (86) suporte do que a uma porção inferior de cada lâmina (150).

5. Sistema de gaseificação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um braço agitador (86) é adicionalmente giratório ao redor de seu eixo central.

6. Sistema de gaseificação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as referidas uma ou mais lâminas (150) são construídas de pelo menos um metal.

7. Sistema de gaseificação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um braço agitador (86) compreende uma pluralidade de perfurações (160) capaz de fornecer vapor através dele, em que as perfurações (160) estão espaçadas ao longo do comprimento do braço agitador (86).

8. Sistema de gaseificação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender pelo menos três braços agitadores (86).

9. Sistema de gaseificação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos um dispositivo de detecção de temperatura próximo de pelo menos um braço agitador (86) para detectar a temperatura de um ou mais materiais.

10. Sistema de gaseificação, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um dispositivo senso de temperatura é pelo menos um

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3/4 termopar.

11. Sistema de gaseificação, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um dispositivo sensor de temperatura está ligado de forma operacional a um computador (50) para monitorizar e otimizar os parâmetros dentro da câmara de gaseificação (28).

12. Sistema de gaseificação para gaseificar um ou mais materiais, compreendendo:

uma câmara de gaseificação (28) tendo um leito de suporte (64) de combustível na mesma;

pelo menos quatro braços agitadores (86) dispostos compreendendo uma seção transversal circular (85) dispostos acima do leito de suporte (64) de combustível para distribuir de forma giratória os referidos um ou mais materiais

no leito de suporte (64) de combustível;

uma pluralidade de lâminas (150) operacionalmente conectadas a um ângulo com relação a um eixo central ao longo de pelo menos quatro braços agitadores (86), caracterizado por cada lâmina (150) mover de forma giratória pelo menos um braço agitador (86) através da câmara (84a, 84b), onde cada lâmina (150) é formada de modo a permitir a disposição da lâmina (150) num ângulo em relação a um eixo longitudinal através de pelo menos um braço agitador (86); e cada lâmina (150) é diferente daquela referida lâmina (150) posicionada radialmente para fora e espaçada radialmente adjacente em cada braço agitador (86) a tal distância que as cinzas no leito de suporte (64) pode ser empurrado de uma posição radialmente alinhada com tal lâmina (150) para uma posição radialmente

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4/4 alinhada a uma lâmina (150) externa, e pelo menos quatro portas (144) de cinza separadas no leito de suporte (64) de combustível para retirar os referidos um ou mais materiais através das mesmas.

13. Sistema de gaseificação de acordo com a reivindicação 12, compreendendo ainda uma ou mais perfurações (160) através de pelo menos um dos pelo menos quatro braços agitadores (86) para prover vapor para resfriamento do pelo menos um braço agitador (86), caracterizado pelo fato de que as perfurações (160) estão espaçadas ao longo do comprimento de pelo menos um braço agitador (86).

14. Sistema de gaseificação, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que as referidas uma ou mais lâminas (150) são anguladas com relação a uma linha perpendicular através de um eixo central do pelo menos um braço agitador (86).

15. Sistema de gaseificação, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos braços agitadores (86) é rotativo em torno do seu eixo central.

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1/7 —12

2/7

FIGURA 2

1 (

3/7

FIGURA 3

FIGURA 4

4/7

FIGURA 6 * J 1
5/7

00 < < CL CC Σ) D 0 0 u_ X

Ml 1
6/7

FIGURA 10
7/7

FIGURA 11