BRPI0711323A2 - uma instalação de gaseificação de baixa temperatura com um gaseificador orientado horizontalmente - Google Patents

Abstract

UMA INSTALAçãO DE GASEIFICAçãO DE BAIXA TEMPERATURA COM UM GASEIFICADOR ORIENTADO HORIZONTALMENTE. Um sistema de gaseificação de baixa temperatura compreendendo um gaseificador orientado horizontalmente é provido para otimizar a extração de moléculas gasosas de estoque de alimentação carbonáceo enquanto minimizando o calor gasto. O sistema compreende uma pluralidade de subsistemas integrados que trabalham juntos para converter resíduo sólido municipal (MSW) em eletricidade. Os subsistemas compreendidos pelo sistema de gaseificação de baixa temperatura são: um Sistema de Manipulação de Resíduo Sólido Municipal; um Sistema de Manipulação de Plásticos; um Gaseificador Orientado Horizontalmente com Sistemas de Unidades de Transferências Laterais; um Sistema de Reformulação de Gás; um Sistema de Reciclagem de Calor; um Sistema de Condicionamento de Gás; um Sistema de Condicionamento de Resíduo; um Sistema de Homogeneização de Gás e um Sistema de Controle.

Description

"INSTALAÇÃO DE GASEIFICAÇÃO DE BAIXA TEMPERATURA COM UM GASEIFICADOR ORIENTADO HORIZONTALMENTE"

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção refere-se ao campo da gaseificação de estoque carbonáceo, e à sua conversão em gás de síntese e uso subseqüente para gerar energia

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A gaseificação é um processo que permite a conversão de estoque carbonáceo, tal como resíduo sólido municipal (MSW), biomassa, carvão, em um gás combustível. O gás pode ser usado para gerar eletricidade, vapor ou como uma matéria-prima básica para produzir produtos químicos e combustíveis líquidos.

Usos possíveis para o gás incluem: a combustão em uma caldeira para a produção de vapor para processamento interno e/ou outras finalidades externas, ou para a geração de eletricidade através de uma turbina a vapor; a combustão diretamente em uma turbina a gás ou em um motor a gás para a produção de eletricidade; células de combustíveis; a produção de metanol e de outros combustíveis líquidos; como um estoque adicional para a produção de produtos químicos, tais como plásticos e fertilizantes; a extração tanto de hidrogênio como de monóxido de carbono como gases combustíveis industriais discretos; e outras aplicações industriais.

Geralmente, o processo de gaseificação consiste em alimentar o estoque carbonáceo em uma câmara aquecida (o gaseificador) junto com uma quantidade controlada e/ou limitada de oxigênio e opcionalmente vapor. Em contraste com a incineração ou a combustão, que operam com excesso de oxigênio para produzir o CO2, H2O, SOx e NOx, os processos de gaseificação produzem uma composição de gás bruta que compreende CO, H2, H2S e NH3. Após a limpeza, os produtos preliminares da gaseificação de interesse são H2 e CO.

O estoque útil pode incluir qualquer lixo municipal, lixo produzido pela atividade in- dustrial e lixo biomédico, esgoto, lama, carvão, óleos pesados, coque de petróleo, lixos pesados de refinaria, lixos de refinaria, solos contaminados por hidrocarboneto, biomassa e lixos de agricultura, pneus e outros lixos perigosos. Dependendo da origem do estoque, os voláteis podem incluir H2O, H2, N2, O2, CO2, CO, CH4, H2S, NH3, C2H6, hidrocarbonetos não 30 saturados, tais como acetilenos, olefinas, aromáticos, alcatrões, líquidos de hidrocarboneto (óleos) e carvão animal (negro-de-fumo e cinza).

Quando o estoque é aquecido, a água é o primeiro componente a evoluir. À medida que a temperatura do estoque seco aumenta, a pirólise ocorre. Durante a pirólise o estoque é decomposto termicamente para liberar alcatrões, fenóis e gases voláteis leves de hidrocarboneto enquanto o estoque é convertido em carvão animal.

O carvão animal compreende os sólidos residuais que consistem em materiais orgânicos e inorgânicos. Após a pirólise, o carvão animal tem uma concentração mais elevada de carbono do que o estoque seco e pode servir como uma fonte de carbono ativado. Nos gaseificadores que operam em uma alta temperatura (> 1200°C) ou em sistemas com uma zona de alta temperatura, a matéria mineral inorgânica é fundida ou vitrificada para formar a uma substância transparente derretida chamada escória.

Como a escória está em um estado fundido vitrificado, ela geralmente é considerada como não perigosa e pode ser descartada em um aterro como um material não perigoso, ou vendida como um minério, leito de rodovia ou outro material de construção. Está se tornando menos desejável descartar o material de lixo pela incineração por causa do desperdício extremo de combustível no processo de aquecimento e o desperdício adicional de descartar a cinza como um lixo residual, material que pode ser convertido em um gás de síntese útil e material sólido.

Os meios de realizar um processo de gaseificação variam de várias maneiras, mas dependem de quatro fatores chaves da engenharia: a atmosfera (nível de teor de oxigênio, ou ar ou vapor) no gaseificador; o projeto do gaseificador; os meios internos e externos de aquecimento; e a temperatura de funcionamento para o processo. Os fatores que afetam a qualidade do gás de produto incluem: composição do estoque, preparação e tamanho de partícula; taxa de aquecimento do gaseificador; tempo de residência, configuração da planta que inclui se ela emprega um sistema seco ou de pasta de alimentação, geometria do fluxo estoque-reagente, projeto do sistema de remoção de cinza seca ou mineral de escória; se usa um método direto ou indireto de geração e transferência de calor; e o sistema de limpeza do gás de síntese. A gaseificação é realizada geralmente em uma temperatura na faixa de cerca de 650°C a 1200°C, seja sob vácuo, na pressão atmosférica ou em pressões até aproximadamente 100 atmosferas.

Há numerosos sistemas que foram propostos para capturar o calor produzido pelo processo de gaseificação e utilizar tal calor para gerar a eletricidade, conhecidos geralmente como sistemas de ciclo combinado.

A energia no gás de produto acoplada a quantidades substanciais de calor sensível recuperável produzido pelo processo e durante todo o sistema de gaseificação pode geralmente produzir suficiente eletricidade para conduzir o processo aliviando, desse modo, a despesa de consumo de eletricidade local. A quantidade de energia elétrica que é exigida para gaseificar uma tonelada de um estoque carbonáceo depende diretamente da composição química do estoque.

Se o gás gerado no processo de gaseificação compreende uma grande variedade de voláteis, tais como o tipo de gás que tende a ser gerado em um gaseificador de baixa temperatura com um estoque carbonáceo de "baixa qualidade", ele é geralmente denominado gás desprendido. Se as características do estoque e as condições no gaseificador geram um gás em que os CO e H2 são as espécies químicas predominantes, o gás é denominado gás de síntese. Algumas instalações de gaseificação empregam tecnologias para converter o gás desprendido bruto ou o gás de síntese bruto em uma composição mais refinada de gás antes da refrigeração e limpeza através de um sistema de condicionamento da qualidade do gás.

Utilizar tecnologia de aquecimento a plasma para gaseificar um material é uma tec- nologia que é usada comercialmente há muitos anos. O plasma é um gás luminoso de alta temperatura que é pelo menos parcialmente ionizado e é composto de átomos de gás, íons de gás e elétrons. O plasma pode ser produzido com qualquer gás deste modo. Isto dá controle excelente sobre reações químicas no plasma, assim como o gás pode ser neutro (por exemplo, argônio, hélio, neônio), redutor (por exemplo, hidrogênio, metano, amônia, monó-xido de carbono) ou oxidante (por exemplo, ar, oxigênio, dióxido de carbono). Na fase bruta, um plasma é eletricamente neutro.

Alguns sistemas de gaseificação empregam calor de plasma para conduzir o processo de gaseificação em uma alta temperatura e/ou para refinar o gás desprendido/gás de síntese convertendo, reconstituindo ou reformando voláteis de cadeia longa e alcatrões em moléculas menores com ou sem a adição de outras entradas ou reagentes quando as moléculas gasosas entram em contato com o calor de plasma, elas desassociarão em seus átomos constitutivos. Muitos destes átomos reagirão com outras moléculas de entrada para formar novas moléculas, enquanto outros podem recombinar com eles mesmos. À medida que a temperatura das moléculas em contato com o calor de plasma diminui todos os átomos recombinam inteiramente. Como os gases de entrada podem ser controlados estequi-ometricamente, os gases de saída podem ser controlados para, por exemplo, produzir níveis substanciais de monóxido de carbono e níveis não substanciais de dióxido de carbono.

As temperaturas muito altas (3000 a 7000°C) atingíveis com aquecimento a plasma permitem um processo de gaseificação à alta temperatura onde virtualmente qualquer estoque de entrada que inclui lixo na condição como recebido, incluindo líquidos, gases e sólidos em qualquer forma ou combinação pode ser acomodado. A tecnologia do plasma pode ser posicionada dentro de uma câmara preliminar de gaseificação para fazer todas as reações acontecer simultaneamente (gaseificação à alta temperatura), pode ser posicionada dentro do sistema para fazê-las acontecer seqüencialmente (gaseificação à baixa temperatura com refinamento à alta temperatura), ou de alguma combinação das mesmas.

O gás produzido durante a gaseificação de estoque carbonáceo é geralmente muito quente, mas pode conter pequenas quantidades de compostos não desejados e exige tratamento adicional para convertê-lo em um produto útil. Uma vez que um material carbonáceo é convertido a um estado gasoso, substâncias indesejáveis tais como metais, compostos de enxofre e cinza, podem ser removidas do gás. Por exemplo, os sistemas da filtração a seco e os purificadores molhados são usados freqüentemente para remover matéria parti- culada e gases ácidos do gás produzido durante a gaseificação. Numerosos sistemas de gaseificação foram desenvolvidos que incluem sistemas para tratar o gás produzido durante o processo de gaseificação.

Estes fatores foram levados em consideração no projeto de vários sistemas diferentes que são descritos, por exemplo, nas patentes US 6.686.556, 6.630.113, 6.380.507; 6.215.678, 5.666.891, 5.798.497, 5.756.957 e Pedido de Patente US Números 2004/0251241, 2002/0144981. Há também numerosas patentes em relação a tecnologias diferentes para a gaseificação de carvão para a produção de gases de síntese para uso em várias aplicações, incluindo as Patentes US 4.141.694, 4.181.504, 4.208.191; 4.410.336; 4.472.172, 4.606.799; 5.331.906; 5.486.269 e 6.200.430.

Os sistemas e os processos anteriores não trataram adequadamente os problemas que devem ser tratados sobre uma base continuamente em mudança. Alguns destes tipos de sistema de gaseificação descrevem meios para ajustar o processo de gerar um gás útil da reação de gaseificação. Em conseqüência, seria um avanço significativo na arte fornecer um sistema que possa eficientemente gaseificar estoque carbonáceo de uma maneira que maximize a eficiência total do processo e/ou as etapas que compreendem o processo total.

A informação de fundamentos é provida para a finalidade de tornar conhecida a informação de que o requerente acredita ser de possível relevância para a presente invenção. Nenhuma admissão é necessariamente pretendida, nem deve ser interpretado, que qualquer das informações precedentes constituem a técnica anterior contra a presente invenção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um objetivo da presente invenção é fornecer uma instalação de gaseificação de baixa temperatura com um gaseificador orientado horizontalmente

De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecido um sistema de baixa temperatura para a conversão de estoque carbonáceo em gás de síntese de uma composição definida, o sistema compreendendo um gaseificador orientado horizontalmente para a conversão de estoque carbonáceo em gás desprendido e em resíduo sólido, o gaseificador tendo meios de entrada de estoque, meios de saída de gás e meios de saída de resíduo sólido e compreendendo um piso escalonado, em que cada etapa é fornecida com os meios de transferência lateral com prateleiras móveis para mover material através do gaseificador durante o processamento; um subsistema de reformulação de gás para a conversão de gás desprendido produzido no gaseificador em gás de síntese contendo CO e H2; um subsiste-ma de condicionamento de resíduo para fundir e homogeneizar o resíduo sólido, e um sistema de controle para regular a operação do sistema.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

As modalidades da presente invenção serão descritas agora, como exemplo somente, em referência às figuras anexas. A Figura 1 é um fluxograma que mostra as diferentes regiões do gaseificador em termos gerais.

A Figura 2 é uma representação dos processos de gaseificação que ocorrem nas regiões 1, 2 e 3 de uma modalidade do gaseificador.

A Figura 3 descreve um fluxograma do processo da vista geral de uma instalação de gaseificação de baixa temperatura incorporando um sistema de condicionamento de gás exemplar de acordo com uma modalidade da invenção, integrada com os motores de gás a jusante.

A Figura 4 é uma disposição do local para o sistema de gaseificação inteiro.

A Figura 5 mostra a disposição do prédio de armazenamento para o resíduo sólido municipal.

A figura 5A mostra a vista do sistema de manipulação de lixo.

A figura 5B mostra um diagrama esquemático do sistema de manipulação de plásticos.

A Figura 6 é uma vista em perspectiva de uma modalidade do gaseificador, deta- lhando a entrada de estoque, a saída de gás, a saída de resíduo, aberturas de acesso e fechamento de êmbolo transportador.

A Figura 7 é uma vista lateral do gaseificador ilustrado na figura 6 detalhando as caixas de ar, recipientes de resíduo e coletor de poeira.

A Figura 8 é uma vista em seção transversal longitudinal central através do gaseifi- cador ilustrado nas figuras 6 e 7, detalhando a entrada de estoque, a saída de gás, a saída de resíduo, os meios de transferência lateral, termopares e aberturas de acesso

A Figura 9 ilustra uma vista em seção transversal moldada que detalha as caixas de ar, os dedos de êmbolo transportador, o parafuso extrator de resíduo e a borda serrilhada do degrau C.

A Figura 10 é uma vista secional do gaseificador das figuras 6 e 7 detalhando o re- fratário.

A Figura 11 detalha o conjunto da caixa de ar do degrau A e B do gaseificador ilustrado nas figuras 6 a 10.

A Figura 12 ilustra uma vista em seção transversal da caixa de ar do degrau C do gaseificador ilustrado nas figuras 6 a 10.

A Figura 13 ilustra uma vista em seção transversal do gaseificador das figuras 6 a 10 detalhando uma caixa de ar.

A Figura 14 detalha a vedação de poeira do êmbolo transportador de multidedos do gaseificador ilustrado nas figuras 6 a 10.

A Figura 15 mostra o sistema de remoção de poeira de uma modalidade do gaseificador ilustrado nas figuras 6 a 10 detalhando o empurrador de poeira, acessório de lata de poeira, corrediça, manivela de operador e mecanismo de corrente.

A Figura 16 detalha a carcaça do êmbolo transportador do gaseificador ilustrado nas figuras 6, 7, 8, 9 e 10 detalhando a estrutura de êmbolo transportador.

A Figura 17 é uma ilustração detalhando as localizações de comutação de nível em uma modalidade da invenção.

A Figura 18 mostra o estabelecimento do gaseificador, câmara de reformulação de gás e a câmara de condicionamento de resíduo.

A Figura 19 é uma vista em seção transversal do estabelecimento do gaseificador, câmara de reformulação de gás e a câmara de condicionamento de resíduo.

A Figura 20 é um diagrama esquemático da câmara de reformulação de gás.

A Figura 21 é uma vista da parede interna da câmara de reformulação.

A Figura 22 é uma vista invertida da câmara de reformulação que mostra a posição das tochas, e o ar e os bocais de vapor.

A Figura 23 mostra a disposição das entradas de espiral em torno da câmara de reformulação.

A Figura 24 mostra a fixação de uma tocha de plasma na câmara de reformulação.

A figura 25A é uma vista em seção transversal da câmara de reformulação da figura 20.

A figura 25B é um diagrama que ilustra o fluxo de ar dentro de um gaseificador que compreende o sistema de reformulação de gás da invenção incluindo a câmara de reformulação da figura 20.

A figura 25C ilustra a injeção de ar a partir das entradas de ar na câmara de reformulação da figura 20 e seu efeito dentro do fluxo de ar;

A Figura 26 é um diagrama de blocos funcional do sistema de condicionamento de resíduo.

A Figura 27 mostra uma vista da implementação real do sistema de condicionamento de resíduo e suas conexões ao gaseificador e ao filtro de saco.

A Figura 28 mostra uma vista em seção transversal da câmara de condicionamento de resíduo.

A Figura 29 mostra outra vista da câmara de condicionamento de resíduo.

A Figura 30 mostra uma vista da câmara de condicionamento de resíduo e do tanque de resfriamento com o transportador usado para transferir a escória vitrificada para a pilha de estoque de escória.

A Figura 31 mostra o sistema de condicionamento de resíduo inteiro de outro ângulo e também mostra a estrutura de suporte usada para a câmara de condicionamento de resíduo.

A Figura 32 mostra a disposição do sistema de condicionamento de gás residual com a câmara de condicionamento de resíduo.

A figura 32B mostra outra vista do sistema de condicionamento de gás residual com a câmara de condicionamento de resíduo.

A Figura 33 descreve um fluxograma de processo do sistema inteiro, e em particular o sistema de condicionamento de gás (GCS).

A Figura 34 descreve o estabelecimento do sistema de condicionamento de gás integrado com um sistema de regulamentação de gás de síntese de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 35 é um desenho mais detalhado do trocador de calor e mostra o ventilador de ar de processo usado para o controle da entrada de ar para o trocador de calor.

A Figura 36 descreve um sistema de injeção seco pelo que o carbono ativado ou outros absorventes são mantidos em uma tremonha de armazenamento e alimentados no fluxo de gás de síntese girando o parafuso. A tubulação do fluxo de gás de síntese é angulada de modo que o carbono não arrastado no fluxo de gás role para a manga.

A Figura 37 apresenta um diagrama esquemático exemplar do sistema de injeção a seco em combinação com a manga.

A Figura 38 apresenta um diagrama esquemático exemplar do purificador de HCl e dos componentes associados.

A Figura 39 mostra um sistema para coletar e armazenar a água de resíduo do sistema de condicionamento de gás.

A Figura 40 descreve um diagrama de fluxo de processo de um processo de remoção de H2S usando um biorreator baseado em Thiopaq, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 41 é uma ilustração de um sistema de homogeneização de gás, de acordo com uma modalidade da invenção, onde o gás é distribuído a partir de uma única fonte para uma única câmara de homogeneização e, então distribuído para os múltiplos motores, cada motor tendo seu próprio separador e aquecedor de gás/líquido.

A Figura 42 é uma ilustração de uma câmara de homogeneização de volume fixo, de acordo com uma modalidade da invenção. 30

A Figura 43 é um diagrama esquemático de nível elevado de um sistema de gasei- ficação e um sistema de controle conseqüentemente;

A Figura 44 é uma representação diagramática alternativa dos sistemas de gaseificação e de controle da figura 43;

A Figura 45 é um fluxograma de um esquema de controle para controlar o sistema de gaseificação das figuras 43 e 44;

A Figura 46 é um fluxograma de um esquema de controle alternativo para controlar o sistema de gaseificação das figuras 43 e 44, em que este sistema é adicionalmente adap- tado para usar o vapor de aditivo de processo em um processo de gaseificação do mesmo.

A Figura 47 é uma vista em seção transversal através de uma modalidade do gasei-ficador, detalhando a entrada de estoque, a saída de gás, a saída da cinza, o sistema de transferência lateral, as aberturas de aditivo e aberturas de acesso.

A Figura 48 é uma vista em seção transversal longitudinal central através da moda- lidade do gaseificador ilustrado na figura 47, detalhando as aberturas de aditivo de processo e pares termoelétricos.

A Figura 49 é uma vista em perspectiva da modalidade do gaseificador ilustrado nas figuras 47 e 48.

A Figura 50 ilustra uma vista da parte externa da modalidade do gaseificador ilus- trado nas figuras 47 a 49 detalhando os elementos externos do sistema de transferência lateral.

A Figura 51 ilustra uma porção de uma unidade de transferência lateral do gaseificador ilustrado nas figuras 47 a 49. 15

A Figura 52 ilustra uma vista inferior da unidade de transferência lateral ilustrada na figura 51.

A Figura 53 ilustra uma modalidade alternativa da unidade de transferência lateral ilustrada na figura 51.

A Figura 54 é um diagrama esquemático de uma modalidade de sistema de reformulação de gás da invenção acoplado a dois gaseificadores.

A figura 55 A e B ilustra uma disposição de defletores em uma modalidade da câmara de reformulação de gás da invenção. A figura 6A é um diagrama ilustrando o fluxo de ar dentro da câmara de reformulação de gás que compreende defletores da parede de ponte. A figura 6B é um diagrama ilustrando o fluxo de ar dentro da câmara de reformulação de gás compreendendo turbulador ou defletores de anel de obturador.

A Figura 56 é um diagrama esquemático de um reator de transporte que compreende uma modalidade do sistema de reformulação de gás.

A Figura 57 é um diagrama esquemático de dois gaseificadores de fluxo arrastado compreendendo uma modalidade do sistema de reformulação de gás.

A Figura 58 é um diagrama esquemático de dois gaseificadores de leito fixo com- preendendo uma modalidade do sistema de reformulação de gás.

A Figura 59 é um diagrama esquemático de um gaseificador ciclônico compreendendo uma modalidade do sistema de reformulação de gás.

A Figura 60 é um fluxograma de blocos da recuperação do calor a partir do produto 35 de gás de síntese do processo de gaseificação usando um trocador de calor e um gerador de vapor de recuperação de calor, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 61 é um diagrama de fluxo de blocos de um sistema para esfriar produtos de gás de síntese brutos quentes, incluindo um trocador de calor para a recuperação do calor a partir do produto de gás de síntese bruto do processo de gaseificação, e uma etapa de esfriar bruscamente para resfriamento adicional do gás de síntese, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 62A é um diagrama esquemático mostrando as exigências funcionais para um trocador de calor conversor gás-para-ar, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 62B é um diagrama esquemático que descreve um trocador de calor gás-para-ar, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 63 é um diagrama esquemático mostrando um sistema de tubulação para transferir troca de ar ao conversor, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 64 é um diagrama esquemático que descreve a relação entre um trocador de calor de gás-para-ar e um gerador de vapor de recuperação de calor, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 65 é um diagrama esquemático mostrando que uma vista de nível elevado de pressão /fluxo de gás de síntese é subsistema de controle, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 66 é um diagrama esquemático que descreve um conceito de nível elevado de vários controles de temperatura dentro do sistema, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

As Figuras 67A a 67K são fluxogramas de blocos que descrevem vistas gerais de várias modalidades da presente invenção.

As Figuras 68 a 75 descrevem várias combinações de processos que compreendem modalidades diferentes do GCS.

A Figura 76 é um fluxograma de blocos mostrando as entradas, entradas opcionais e saídas de um sistema de condicionamento de resíduo da presente invenção;

A Figura 77 é uma representação esquemática de uma câmara de condicionamento de resíduo típica de acordo com a presente invenção;

A figura 78A é uma descrição esquemática de uma câmara de condicionamento de resíduo em comunicação indireta com duas fontes de resíduo, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A figura 78B é uma descrição esquemática de uma câmara de condicionamento de resíduo em comunicação indireta com uma fonte de resíduo, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 79 ilustra uma vista em seção transversal de uma modalidade de uma câmara de condicionamento de resíduo integrada com uma câmara de condicionamento de resíduo; A Figura 80 é uma vista em seção transversal parcial de uma saída de escória do tipo de bico em S, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 81 é uma vista em seção transversal parcial de um cadinho de escória in-clinável em uma câmara de condicionamento de resíduo de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 82 é uma vista em seção transversal parcial de uma modalidade de uma saída de escória, de acordo com a presente invenção,

A Figura 83 é uma vista em seção transversal parcial de uma modalidade de uma saída de escória, de acordo com a presente invenção;

A Figura 84 é uma vista em seção transversal parcial de uma modalidade de uma saída de escória, de acordo com a presente invenção,

A Figura 85 é uma vista em seção transversal parcial de uma modalidade de uma saída de escória, de acordo com a presente invenção;

A Figura 86 é uma ilustração de um sistema de homogeneização de gás, de acordo com uma modalidade da invenção, onde o gás é distribuído a partir de uma única fonte para uma única câmara de homogeneização e então distribuído para um único motor por meio de um patim de condicionamento de gás.

A Figura 87 é uma ilustração de um sistema de homogeneização de gás, de acordo com uma modalidade da invenção, onde o gás é distribuído a partir de uma única fonte para uma única câmara de homogeneização e distribuído então para um único motor por meio de um aquecedor, um filtro e uma válvula de regulação de pressão.

A Figura 88 é uma ilustração de um sistema de homogeneização de gás, de acordo com uma modalidade da invenção, onde o gás é distribuído a partir de uma única fonte para uma única câmara de homogeneização e distribuído então para múltiplos motores por meio 25 de um aquecedor e uma pluralidade de filtros e de válvulas de regulação de pressão.

A Figura 89 é uma ilustração de um sistema de homogeneização de gás, de acordo com uma modalidade da invenção, onde o gás é distribuído a partir de múltiplas fontes para uma única câmara de homogeneização e distribuído então para múltiplos motores, cada motor tendo seu próprio patim de condicionamento de gás.

A Figura 90 é uma ilustração de um sistema de homogeneização de gás, de acordo com uma modalidade da invenção, onde o gás é distribuído para os múltiplos motores a partir de dois fluxos paralelos, cada fluxo compreendendo uma única fonte de gás distribuído para uma única câmara de homogeneização.

A Figura 91 é uma ilustração de uma câmara de homogeneização de volume constante, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 92 é uma ilustração de uma câmara de homogeneização configurada como vaso de pressão e combinação de compressor, de acordo com uma modalidade da in- venção.

A Figura 93 é uma ilustração de uma câmara de homogeneização configurada como um retentor de gás de dupla membrana, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 94 é uma ilustração de uma câmara de homogeneização configurada como um retentor de gás do tipo de absorção, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 95 é uma ilustração de uma pluralidade de câmaras de homogeneização de volume constante dispostas paralelamente, de acordo com uma modalidade da invenção.

A Figura 96 é um fluxograma que descreve o uso de um sistema de controle para controlar um processo de gaseificação para converter um estoque carbonáceo em gás, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 97 é um diagrama esquemático de uma plataforma de computação, e componentes exemplares da mesma, de um sistema de controle para controlar um processo de gaseificação para converter um estoque carbonáceo em um gás, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 98 é um diagrama esquemático de um sistema de controle centralizado,de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 99 é um diagrama esquemático de pelo menos um sistema de controle parcialmente distribuído, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 100 é um diagrama esquemático que descreve sinais de resposta e de detecção exemplares recebidos respectivamente a partir de, e transmitidos para um sistema de gaseificação por um sistema de controle para controlar um ou mais processos executados no mesmo, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 101 é um diagrama esquemático que descreve pontos de acesso à resposta e de detecção exemplares do sistema de controle do sistema integrado aos vários dispositivos, módulos e subsistemas de um sistema para a conversão de estoques carboná-ceos a um gás de uma composição específica, junto com várias aplicações a jusante possíveis, de acordo com várias modalidades exemplares da presente invenção.

A Figura 102 é um diagrama esquemático que descreve um sistema de controle para controlar entradas para um conversor de um sistema para a conversão do estoque carbonáceo em um gás, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A Figura 103 é um fluxograma de um esquema de controle para controlar o sistema de gaseificação.

A Figura 104 é um fluxograma de um esquema de controle alternativo para controlar o sistema de gaseificação, em que este sistema é adicionalmente adaptado para usar o vapor de aditivo de processo em um processo de gaseificação do mesmo.

A Figura 105 é um fluxograma de um esquema de controle alternativo para controlar um processo de gaseificação, de acordo com uma modalidade exemplar adicional da presente invenção.

A Figura 106 é um fluxograma de um esquema de controle alternativo para controlar um processo de gaseificação, de acordo com uma modalidade exemplar adicional da presente invenção.

As Figuras 107 a 110 descrevem várias combinações de como os processos da ins- talação podem ser construídos, em que "1" descreve a zona 1 (um gaseificador), "2" descreve a zona 2 (um condicionador de resíduo) e "3" descreve a zona 3 (um sistema de reformulação de gás).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Definições

Como usado aqui, o termo "aproximadamente" refere-se a uma variação de +/-10% do valor nominal. Deve ser compreendido que tal variação está sempre incluída em qualquer valor determinado fornecido aqui, se ou não for especificamente referido.

Os termos "estoque carbonáceo" e "estoque" como usado alternadamente aqui, são definidos para referirem-se ao material carbonáceo que pode ser usado no processo de gaseificação. Exemplos de estoque apropriado incluem, mas não são limitados a, materiais residuais, incluindo lixos municipais, lixos produzidos pela atividade industrial, lixos biomédi-cos; material carbonáceo impróprio para reciclagem, incluindo plásticos não recicláveis; lama de esgoto; carvão; óleos pesados, coque de petróleo; resíduos pesados de refinaria; lixos de refinaria; solos contaminados por hidrocarboneto; biomassa; lixo de agricultura; lixo sólido municipal; lixos perigosos e lixos industriais. Exemplos de biomassa úteis para gaseificação incluem, mas não são limitados a, madeira desperdiçada; madeira fresca; sobras de processamento de fruta, vegetal e grão; resíduos de moinho de papel; palha; grama, e estrume.

O termo "materiais de lixo" é definido para referir-se a lixos perigosos e não perigo- sos carbonáceos. Estes podem incluir lixos municipais, lixos produzidos pela atividade industrial e lixos biomédicos. Os materiais de lixo também incluem material carbonáceo impróprio para reciclagem, incluindo plásticos não recicláveis, e lama de esgoto.

O termo "meios para movimentar sólidos controláveis" é definido para referir-se a 30 um ou mais dispositivos para remover os sólidos do gaseificador de uma maneira controlável. Exemplos de tais dispositivos incluem, mas não são limitados a, braços de rotação, rodas de rotação, pás de rotação, prateleiras móveis, êmbolos transportadores, parafusos, transportes, e combinações dos mesmos.

O termo "elemento de detecção" é definido para descrever qualquer elemento do sistema configurado para detectar uma característica de um processo, um dispositivo de processo, uma entrada de processo ou saída de processo, em que tal característica pode ser representada por um valor característico útil na monitoração, regulação e/ou controle de um ou mais processos locais, regionais e/ou globais do sistema. Os elementos de detecção considerados dentro do contexto de um sistema de gaseificação podem incluir, mas não são limitados a, sensores, detectores, monitores, analisadores ou qualquer combinação dos mesmos para a detecção da composição, fluxo, pressão, temperatura de material e/ou fluido, processo e/ou outras características, assim como a posição de e/ou disposição de materiais em algum ponto dado dentro do sistema e qualquer característica de funcionamento de qualquer dispositivo de processo usado dentro do sistema. Será apreciado pela pessoa versada na técnica que os exemplos acima de elementos de detecção, embora cada um sendo relevante dentro do contexto de um sistema de gaseificação, não podem ser especificamente relevantes dentro do contexto da presente divulgação, e como tais, os elementos identificados aqui como elementos de detecção não devem ser limitados e/ou interpretados de maneira imprópria à luz destes exemplos.

O termo "elemento de resposta" é definido para descrever qualquer elemento do sistema configurado para responder a uma característica detectada a fim operar um dispositivo de processo do mesmo de acordo com um ou mais parâmetros de controle ajustáveis e/ou fixados, computados, predeterminados, em que um ou mais parâmetros de controle são definidos para fornecer um resultado de processo desejado. Elementos de resposta considerados dentro do contexto de um sistema de gaseificação podem incluir, mas não são limitados a, acionadores dinâmicamente variáveis e/ou pré-ajustados, estáticos, fontes de energia, e qualquer outro elemento configurável para transmitir uma ação, que possa ser mecânica, elétrica, magnética, pneumática, hidráulica ou uma combinação das mesmas, a um dispositivo baseado em um ou mais parâmetros de controle. Dispositivos de processo considerados dentro do contexto de um sistema de gaseificação, e ao qual um ou mais elementos de resposta podem ser operativamente acoplados, podem incluir, mas não são limitados a, meios de entrada de material e/ou estoque, fontes de calor tais como fontes de calor por plasma, meios de entrada aditivos, vários ventiladores de gás e/ou outros tais dispositivos de circulação de gás, vários reguladores de fluxo e/ou pressão de gás, e outros dispositivos de processo operáveis para afetar qualquer processo local, regional e/ou global dentro de um sistema de gaseificação. Será apreciado pela pessoa versada na técnica que os exemplos acima de elementos de resposta, embora cada um sendo relevante dentro do contexto de um sistema de gaseificação, não podem ser especificamente relevantes dentro do contexto da presente divulgação, e como tais, os elementos identificados aqui como elementos de resposta não devem ser limitados e/ou interpretados de forma imprópria à luz destes exemplos.

O termo "tempo real" é definido para definir qualquer ação que for substancialmente reflexiva do status atual ou presente do sistema ou do processo, ou uma característica do mesmo, ao qual a ação se refere. Uma ação em tempo real pode incluir, mas não é limitada a, um processo, uma iteração, uma medida, uma computação, uma resposta, uma reação, uma aquisição de dados, uma operação de um dispositivo em resposta aos dados adquiridos, e outras tais ações implementadas dentro do sistema ou um processo dado implementado no mesmo. Apreciar-se-á que uma ação em tempo real relacionada a um processo ou característica de variação relativamente lenta pode ser implementada dentro de um período ou quadro de tempo (por exemplo, segundo, minuto, hora, etc.) que seja muito mais longo do que outra ação ingualmente em tempo real relativa a um processo ou a uma característica de variação relativamente rápida (por exemplo, 1ms, 10ms, 100ms, 1s)

O termo "contínuo" é definido para definir qualquer ação implementada em uma base regular ou em uma taxa ou uma freqüência dada. Uma ação contínua pode incluir, mas não é limitada a, um processo, uma iteração, uma medida, uma computação, uma resposta, uma reação, a aquisição de dados via um elemento de detecção, uma operação de um dispositivo em resposta aos dados adquiridos, e outras tais ações implementadas dentro do sistema ou juntamente com um dado processo implementado aqui. Será apreciado que uma ação contínua relacionada a um processo ou característica de variação relativamente lenta pode ser implementada em uma taxa ou freqüência (por exemplo, uma vez/segundo, uma vez/minuto, uma vez/hora, etc.) que seja muito mais lenta do que uma outra ação ingualmente contínua relativa a um processo ou a uma característica de variação relativamente rápida (por exemplo, 1KHz, 100Hz, 10Hz, 1Hz).

Como usado aqui, o termo "conversor" refere-se ao sistema usado para converter estoque carbonáceo em um produto de gás antes de esfriar e condicionar. O processo de conversão pode ocorrer em uma câmara, uma câmara com múltiplas zonas, ou múltiplas câmaras. Em uma modalidade, o conversor compreende um gaseificador e um sistema de reformulação de gás.

Como usado aqui, o termo "gás de produto" significa geralmente, o gás gerado pela instalação de gaseificação, antes de esfriar e limpar processando designados para remover os contaminadores. Dependendo do projeto da instalação de gaseificação pode ser usado para referir-se, por exemplo, ao gás desprendido bruto, gás de síntese bruto, gás desprendido reformulado ou gás de síntese reformulado.

Como usado aqui, o termo "reformulação de gás" significa processamento adicional de gás de síntese bruto ou gás desprendido bruto para gerar gás de uma composição química diferente. Ar, ar enriquecido, vapor, etc., podem ser usados em combinação com o calor por plasma para mudar os níveis de C0/C02 e H2/H20 (valor de aquecimento desejado).

Como usado aqui, o termo "gás de síntese reformulado" significa gás desprendido que foi passado através de uma etapa de reformulação pelo que os aditivos tais como calor, ar e/ou vapor foram usados para transformar, por exemplo, o gás de uma composição quí- mica em gás de outra composição química (valor de aquecimento aperfeiçoado). Por exemplo, este gás passou através de um Sistema de Reformulação de Gás (GRS).

Como usado aqui, o termo "gás desprendido reformulado" significa gás desprendido que foi passado através de uma etapa de reformulação pelo que os aditivos tais como calor, ar e/ou vapor foram usados para transformar o gás de uma composição química em gás de outra composição química (valor de aquecimento desejado). Por exemplo, este gás passou através de um Sistema de Reformulação de Gás (GRS).

A menos que definidos de outra maneira, todos os termos técnicos e científicos u-sados aqui têm o mesmo significado que normalmente compreendido por um versado na técnica a que esta invenção pertence.

Esta invenção provê uma instalação de gaseificação para a conversão de estoque carbonáceo em gás com aplicações a jusante opcionais adicionais, tais como a geração de energia. A instalação compreende vários sistemas que trabalham juntos para funcionar como um sistema integrado para o estoque de conversão em eletricidade. Uma pessoa versada pode apreciar, entretanto, que cada subsistema pó si pode ser considerado como um sistema que poderia funcionar com outros sistemas e/ou ser incorporado em outras instalações. Os subsistemas que compreendem a instalação desta invenção são: um Sistema de Manipulação de Lixo Sólido Municipal; um Sistema de Manipulação de Plásticos; um Gasei-ficador Orientado Horizontalmente com Sistema de Unidades de Transferência Lateral; um Sistema de Reformulação de Gás; um Sistema de Reciclagem de Calor; um Sistema de Condicionamento de Gás; um Sistema de Condicionamento de Resíduo; um Sistema de Homogeneização de Gás e um Sistema de Controle.

A configuração dos vários componentes que são compreendidos pela instalação de gaseificação em uma modalidade da presente invenção é apresentada esquematicamente na figura 3.

De acordo com uma modalidade da presente invenção, o sistema de gaseificação compreende um sistema de controle integrado para controlar o processo de gaseificação implementado aqui, que pode incluir vários processos independentes e interativos locais, regionais e globais.

Um diagrama esquemático de controle de processo de nível elevado que descreve vários elementos de detecção e de resposta compreendidos por, ou associados com os componentes da instalação de gaseificação em uma modalidade da invenção é representado na figura 43.

O sistema de controle pode ser configurado para melhorar, e possivelmente otimizar os vários processos para um resultado de entrada e/ou de saída desejado.

Por exemplo, um esquema de controle entrada-saída poderia incluir a instalação da produtividade operacional constante do estoque, por exemplo, em um sistema configurado para a gaseificação de MSW1 ao encontrar padrões reguladores para este tipo de sistema. Tais esquemas de controle entrada-saída poderiam ser aperfeiçoados para conseguir um dado resultado para que o sistema seja especificamente projetado e/ou implementado, ou projetado como parte de um subconjunto ou de uma versão simplificada de um sistema de controle maior, por exemplo, ao iniciar ou fechar o processo ou abrandar várias situações de emergência incomuns.

Um esquema de controle saída-entrada poderia incluir a optimização de uma qualidade ou característica de gás de produto para uma aplicação a jusante selecionada, a saber, a geração de eletricidade via motor(es) de gás a jusante, neste exemplo. Enquanto o sistema de controle puder ser configurado para otimizar tal resultado de saída, a monitoração e a regulação de características de entrada poderiam ser fornecidas a fim de assegurar a função apropriada e contínua do sistema de acordo com padrões reguladores, quando tais padrões se aplicam.

Será aparente à pessoa versada na técnica que os exemplos acima não pretendem 15 ser Iimitantes e que outros exemplos de resultados de entrada e de saída podem ser aqui considerados sem se afastar do escopo e da natureza gerais da presente divulgação. Além disso, a pessoa versada na técnica apreciará que o sistema de controle pode ser configurado para fornecer os resultados complementares que podem ser melhores definidos como uma combinação de resultados de entrada e de saída, ou outra vez como um fluxo resultante de qualquer ponto dentro do sistema.

Sistema de Manipulação de Lixo Sólido Municipal (MSW)

O sistema de manipulação MSW inicial é projetado levar em consideração: (a) capacidade de armazenamento para uma fonte de quatro dias; (b) evitar períodos de estoque longos e decomposição em excesso de MSW; (c) prevenção de restos que estão sendo espalhados; (d) controle de odor; (e) espaço de acesso e de manobra para que os caminhões de lixo descarreguem; (f) minimizar a condução da distância e da quantidade de giro exigidas pelo carregador que transporta MSW do aterro de MSW para o sistema de trituração de MSW (g) evitar interferência operacional entre o carregador e os caminhões de lixo; (h) possibilidade de fluxos de gaseificação adicionais para permitir a expansão da planta; (i) intru-30 são mínima por caminhões na instalação, especialmente em áreas perigosas; (j) operação segura com o mínimo de pessoal; (k) indicação para o operador de carregador dos níveis completos nas tremonhas de entrada de transportador; (I) triturar o lixo assim que recebido em um tamanho de partícula apropriado para processamento; e (m) capacidade de controle remota de taxa de fluxo de MSW no processador e controle independente da taxa de alimentação de plásticos.

O sistema de manipulação de MSW compreende um prédio para armazenamento de MSW, um carregador, um sistema de trituração de MSW, um separador magnético e um transporte de alimentação. Um sistema separado é também projetado para armazenamento, trituração, pilha de estoque e alimentação de plástico, a taxa de alimentação que é usada como um aditivo no processo de gaseificação. Todo o processamento tanto de MSW quanto dos plásticos é feito dentro das construções para conter restos e odor. Uma abordagem de programação de first-in-first-out (FIFO) (o primeiro que entra é o primeiro a sair) é usada para minimizar a decomposição excessiva de MSW. Um carregador baseado em cuba, mecanizado é usado para transferir material da pilha de estoque para o sistema de trituração.

O sistema de trituração de MSW consiste em um transportador de entrada, um tritu-rador e um transportador de captura. Os transportadores de entrada transportam o MSW do interior do prédio para um triturador. O transportador é controlado remotamente pelo controlador de processo para combinar demandas de processo. O triturador assegura que o MSW assim que recebido seja apropriado para processamento. O triturador é equipado para detectar quaisquer possíveis obstruções e tomar a ação apropriada. O lixo triturado é deixado cair em um transportador de correia, transportado sob um sistema de coleta magnético que evita a alimentação inadvertida de quantidades excessivas de metais ferrosos através do gaseificador. Após esta etapa, o MSW é deixado cair em um transportador de parafuso que alimenta o MSW no gaseificador. A taxa de alimentação do transportador de parafuso é controlada pelo controlador de processo para encontrar demandas de processo. O transportador de alimentação de MSW tem uma entrada adicional para aceitar o plástico triturado.

Sistema de Manipulação de Plásticos

O sistema para manipular plásticos fornece armazenamento para o plástico, tritura o mesmo, o coloca em uma pilha de estoque e o alimenta sob controle independente no processador. O sistema compreende uma instalação de armazenamento, um triturador com tremonha de entrada, um transportador afastado e uma pilha de estoque, todos localizados em um prédio comum para os restos de controle. Um transportador de alimentação move o plástico triturado no gaseificador. O depósito de transportador é vedado ao depósito do transportador de MSW tal que o plástico seja introduzido no gaseificador via o transportador de MSW para reduzir aberturas no gaseificador. O transportador é um transportador de parafuso com a tremonha vedada nele para fornecer vedação de gás quando ele contém o material.

Um Gaseificador Orientado Horizontalmente com Sistema de Unidades de Transferência Lateral

Este sistema compreende uma câmara de gaseificação orientada horizontalmente tendo uma ou mais entradas de estoque, um ou mais saídas de gás e uma saída de resíduo sólido; um sistema de aquecimento de câmara; uma ou mais unidades de transferência lateral para mover material através do dito gaseificador durante o processamento; e um sistema de controle para controlar o movimento das ditas uma ou mais unidades de transferência lateral.

Este sistema permite a extração de voláteis durante todos os vários estágios de gaseificação de estoque carbonáceo a ser aperfeiçoado. O estoque é introduzido em uma extremidade do gaseificador e movido através do gaseificador durante o processamento por uma ou mais unidades de transferência lateral. A temperatura na parte superior da pilha de material aumenta geralmente enquanto a gaseificação prossegue através de secagem, vola-tilização, conversão carvão animal-para-cinza com a produção simultânea de CO e do CO2. Um sistema de controle obtém informação a partir de parâmetros mensuráveis tais como temperatura e altura ou perfil da pilha e gerencia o movimento de cada unidade de transferência lateral independente.

Para facilitar o movimento do material reagente, as unidades de transferência lateral individual podem ser controladas independentemente ou um grupo de duas ou mais unidades de transferência lateral pode ser controlado de uma maneira coordenada. O número preferido de unidades de transferência lateral em um gaseificador particular depende comprimento de percurso que o material reagente deve percorrer e da distância do material reagente que pode ser movida por cada unidade de transferência lateral e é um acordo entre minimizar a magnitude de distúrbios de processo causados por cada transferência discreta e complexidade, custo, e confiabilidade mecânicos.

Assim, cada área no gaseificador orientado horizontalmente pode sofrer faixas de temperatura e aditivos de processo opcionais (tais como o ar, o oxigênio e/ou o vapor) que promovem um determinado estágio do processo de gaseificação. Em uma pilha de material reagente, todos os estágios de gaseificação estão ocorrendo simultaneamente, porém os estágios individuais são favorecidos em uma determinada faixa de temperatura.

Movendo fisicamente o material através do gaseificador, o processo de gaseificação pode ser facilitado permitindo que ocorra tanta secagem quanto energeticamente eficiente antes de levantar a temperatura do material para promover a volatilização. O processo procura então permitir que ocorra tanta volatilização quanto energeticamente eficiente antes de levantar a temperatura do material para promover a conversão carvão animal-para-cinza.

Em uma modalidade, a cinza é translocada para uma câmara de coleta de cinza. As câmaras de coleta da cinza apropriadas são conhecidas na técnica e conseqüentemente, um trabalhador versado na técnica tendo em conta as exigências do sistema saberia prontamente o tamanho, a forma e a fabricação de uma câmara de coleta de cinza apropriada. Em uma modalidade, a cinza será translocada para um tanque de água para resfriamento, a partir do qual o resíduo do gaseificador é transmitido através de um conduto, opcionalmente, sob o controle de uma válvula, para um ponto de descarga. Em uma modalidade, a cinza translocada em uma câmara de conversão de escória separada para a conversão de cinza-para-escória. Durante o processamento, o estoque é introduzido na câmara em uma extremidade; referido daqui por diante como extremidade de alimentação, através da entrada de estoque e é transportado da extremidade da alimentação com as várias regiões na câmara de gaseificação para a saída de cinzas (resíduo sólido) ou extremidade da cinza. À medida que o material de alimentação progride através da câmara, ele perde sua massa e volume assim como sua fração volátil é volatilizada para formar o gás desprendido e o carvão animal resultante é reagido para formar gás desprendido e cinza adicionais.

Devido a esta conversão progressiva, a altura do material (altura da pilha) diminui a partir da extremidade da alimentação para a extremidade da cinza da câmara e nivela quando somente o resíduo sólido (cinza) permanece.

Em uma modalidade, o gás desprendido escapa através da saída de gás para, por exemplo, uma câmara de refinamento de gás onde ele pode se submeter a um processamento adicional ou para uma câmara ou tanque de armazenamento. O resíduo sólido (cinza) é transportado através da saída de cinza para, por exemplo, uma câmara de coleta de cinza ou uma câmara de condicionamento de resíduo sólido para processamento adicional.

Em uma modalidade, como mostrado na figura 47, o gaseificador tem um piso escalonado tendo uma pluralidade de níveis ou degraus de piso. Opcionalmente, cada nível de piso é inclinado entre aproximadamente 5 e aproximadamente 10 graus.

Em uma modalidade do gaseificador de piso escalonado, os degraus individuais (níveis de piso) correlacionam-se, pelo menos em parte, com as regiões individuais discutidas acima, com cada região ou etapa tendo condições otimizadas para graus diferentes de secagem, volatilização e conversão de carbono. Para conveniência, o degrau mais superior será referido como o degrau A; o degrau seguinte será referido como o degrau B, etc. As unidades de transferência lateral correspondentes que serão identificadas com a mesma letra, isto é unidade de transferência lateral A ou degrau de serviço A êmbolo A, unidade de transferência lateral B ou degrau de serviço B êmbolo B.

Na modalidade de três degraus, há um degrau superior ou degrau A, degrau médio ou degrau B e um degrau inferior ou degrau C. O material de alimentação é alimentado no primeiro degrau (degrau A). A faixa de temperatura normal para este degrau (como medida na parte inferior da pilha do material) encontra-se entre 300 e 900°C. O degrau B é projetado para ter uma faixa de temperatura inferior entre 400 e 950°C para promover a volatilização com o restante da operação de secagem assim como uma quantidade substancial de conversão de carbono. A faixa de temperatura do degrau C encontra-se entre 500 e 1000°C. O processo principal no degrau C é aquele da conversão de carbono com pouca quantidade (o 35 restante) de volatilização. Em uma modalidade, o movimento sobre os degraus é facilitado pelo sistema de transferência lateral com cada degrau sendo opcionalmente servido por uma unidade de transferência lateral independentemente controlada. Durante o processamento, o ar como uma fonte de oxigênio é introduzido na câmara. Opcionalmente, o método de injetar o ar de processo pode ser selecionado para facilitar um fluxo mesmo de ar na câmara de gaseificação, impedir a formação de ponto quente e/ou melhorar o controle de temperatura. O ar pode ser introduzido através dos lados da câmara, por exemplo, como mostrado nas figuras 47 e 48, opcionalmente perto da parte inferior da câmara, ou pode ser introduzido através do piso da câmara, ou através de ambos.

Também a serem considerados no projeto do gaseificador, são a posição, orientação e número das entradas de aditivo de processo. Os aditivos de processo podem opcionalmente ser injetados no gaseificador nas localizações onde eles assegurarão a maior reação eficiente para alcançar o resultado desejado de conversão. Em uma modalidade, o piso da câmara de gaseificação é perfurado em vários graus para permitir a introdução de aditivos de processo, tais como o ar na base da pilha de material.

Em uma modalidade, as paredes laterais da câmara inclinam-se para dentro para a parte inferior para alcançar uma largura pequena o bastante para boa penetração de ar a partir dos lados enquanto ainda tem o volume exigido de material. O ângulo de inclinação pode opcionalmente ser feito íngreme o bastante para assegurar que o material cairá para a parte inferior da câmara durante o processamento.

A câmara de gaseificação é uma câmara alinhada parcialmente ou inteiramente re-fratária com um volume interno feito sob medida para acomodar a quantidade apropriada de material para o tempo de residência de sólidos exigido. O refratário protege a câmara de gaseificação dos gases corrosivos e de alta temperatura e minimiza a perda desnecessária de calor do processo. O material refratário pode ser um material refratário convencional bem conhecido àqueles versados na técnica e que é apropriado para o uso em uma alta temperatura, por exemplo, até aproximadamente 1100°C, reação não pressurizada. Ao escolher um sistema refratário, fatores a serem considerados incluem a temperatura interna, abrasão; erosão e corrosão; conservação/limitação de calor desejadas de temperatura do vaso externo; vida desejada do refratário. Exemplos de material refratário apropriado incluem cerâmicas queimadas de alta temperatura, isto é, oxido de alumínio, nitreto de alumínio, silicato de alumínio, nitreto de boro, fosfato do zircônio, cerâmicas de vidro e tijolo de alumina elevado contendo principalmente, sílica, alumina, cromia e titânia. Para adicionalmente proteger a câmara de gaseificação dos gases corrosivos a câmara é, opcionalmente, alinhada parcialmente ou inteiramente com uma membrana protetora. Tais membranas são conhecidas na técnica e, como tais, um trabalhador versado na técnica poderia prontamente identificar as membranas apropriadas baseadas nas exigências do sistema e, por exemplo, incluir a membrana de Sauereisen de alta temperatura No. 49.

Em uma modalidade, o refratário é um projeto de multicamada com uma camada de alta densidade no interior para resistir à alta temperatura, abrasão, erosão e corrosão. Fora do material de alta densidade está um material de densidade mais baixa com propriedades de resistência mais baixas, mas fator de isolamento mais elevado. Opcionalmente, fora desta camada está um material de placa de espuma de densidade muito baixa com fator de isolamento muito elevado e pode ser usado porque ele não será exposto à abrasão ou à erosão. Os materiais apropriados para o uso em um refratário de multicamada são conhecidos na técnica. Em uma modalidade, o refratário de multicamada compreende uma camada de cromia internamente orientada; uma camada de alumina no meio e uma camada interna e externa. A parede da câmara pode opcionalmente incorporar suportes para o revestimento do refratário ou as âncoras do refratário. Os suportes e as âncoras de refratário apropriados são conhecidos na técnica.

Sistema de transferência lateral

O material é movido através da câmara de gaseificação a fim promover estágios específicos do processo de gaseificação (secagem, volatilização, conversão carvão vegetal-para-cinza). Para facilitar o controle do material do processo de gaseificação, o movimento através da câmara de gaseificação pode ser variado (movimento variável) dependendo das exigências do processo. Este movimento lateral do material através do gaseificador é alcançado via o uso de um sistema de transferência lateral que compreende uma ou mais unidades de transferência lateral. O movimento do material do reagente pelo sistema de transferência lateral pode ser otimizado variando a velocidade do movimento, a distância movimentos de cada unidade de transferência lateral e a seqüência em que a pluralidade de unidades de transferência lateral é movida um em relação a outra. Uma ou mais unidades de transferência lateral podem atuar de maneira coordenada ou as unidades de transferência lateral individuais podem atuar independentemente. A fim de facilitar o controle da taxa de fluxo de material e da altura da pilha, as unidades de transferência lateral individuais podem ser movidas individualmente, em velocidades de variação, em distâncias de movimento de variação, em freqüência de variação do movimento.

As unidades de transferência lateral individuais compreendem um elemento móvel e um elemento de guia ou elemento de alinhamento. Seria aparente a um trabalhador versado na técnica que o elemento móvel pode ser equipado com elementos apropriados de acoplamento de guia. O elemento móvel pode incluir, mas não é limitado a, uma prateleira/plataforma, êmbolo, arado, elemento do parafuso, êmbolo transportador, transportador ou uma correia.

O êmbolo transportador pode incluir um único êmbolo ou êmbolo de múltiplos dedos. Em uma modalidade, o projeto do gaseificador permitirá o uso de um único êmbolo ou êmbolo de múltiplos dedos. O uso de um êmbolo de múltiplos dedos pode ser preferivelmen-te quando interferência mínima com fluxos de gás é desejável durante a operação dos êm-bolos. No projeto de êmbolo de múltiplos dedos, o êmbolo de múltiplos dedos pode ser uma estrutura unitária ou uma estrutura em que os dedos de êmbolo são unidos a um corpo do êmbolo, com os dedos individuais do êmbolo opcionalmente sendo de larguras diferentes dependendo da localização. O intervalo entre os dedos no projeto de êmbolo de múltiplos dedos é selecionado para evitar partículas de material reagente proveniente da ponte.

Em determinadas modalidades em que o sistema opera em temperaturas muito altas, resfriamento pode opcionalmente ser fornecido para os elementos móveis. Em uma modalidade usando um êmbolo ou prateleira, resfriamento dentro do êmbolo ou prateleira pode ser fornecido. Tal resfriamento poderia ser pelo fluido circulado (ar ou água) dentro do êmbolo ou prateleira a partir de fora da câmara.

Em uma modalidade, por exemplo, como mostrado nas figuras 47, 51 e 52, o sistema de transferência lateral pode ser uma prateleira/plataforma móvel pelo que o material é predominantemente movido através do gaseificador assentando sobre a prateleira/plataforma. Uma fração do material pode também ser empurrada pela borda dianteira da prateleira/plataforma móvel.

A energia para propulsar o sistema de transferência lateral é fornecida por um sistema de motor e de acionamento e é controlado por atuadores. As unidades de transferência lateral individuais podem opcionalmente ser ligadas por motor dedicado e ter os atuadores individuais ou uma ou mais unidades de transferência lateral podem ser ligadas por um único motor e por atuadores compartilhados.

O processo de gaseificação exige calor. Adição de calor pode ocorrer diretamente pela oxidação parcial do estoque ou indiretamente pelo uso de uma ou mais fontes de calor conhecidas na técnica. Em uma modalidade, a fonte de calor pode circular o ar quente. O ar quente pode ser fornecido de, por exemplo, caixas de ar, aquecedores de ar ou trocadores de calor, que são conhecidos na técnica. Em uma modalidade, o ar quente é fornecido a cada nível pela alimentação de ar independente e sistemas de distribuição. Sistemas de distribuição e de alimentação de ar apropriados são conhecidos na técnica e incluem caixas de ar separadas para cada nível a partir das quais o ar quente pode passar através das perfurações no piso de cada nível para aquele nível ou via aspersores independentemente controlados para cada nível do piso.

Em uma modalidade, cada nível do piso tem um ou mais sulcos executando o comprimento de degraus individuais. Os sulcos sendo feitos sob medida para acomodar o ar quente e/ou as tubulações de vapor. As tubulações opcionalmente sendo perfuradas em seu meio terço inferior para facilitar a distribuição uniforme do ar quente ou do vapor sobre o comprimento do degrau. Alternativamente, as tubulações do aspersor podem ser perfuradas para a parte superior das tubulações.

A fim de facilitar começo inicial do gaseificador, o gaseificador pode incluir aberturas de acesso feitas sob medida para acomodar vários queimadores convencionais, por e- xemplo, gás natural, óleo/gás ou queimadores de propano, para pré-aquecer a câmara. Também, a fontes de madeira/biomassa, exaustões de motor, aquecedores elétricos poderia ser usados para pré-aquecer a câmara.

Os aditivos de processo podem opcionalmente ser adicionados ao gaseificador para facilitar conversão eficiente de estoque em gases específicos. A entrada do vapor pode ser usada para assegurar oxigênio e hidrogênio livres o suficiente para maximizar a conversão de elementos decompostos do estoque de entrada no gás de produto e/ou em compostos não perigosos. A entrada do ar pode ser usada para ajudar no processamento do equilíbrio de produtos químicos para maximizar a conversão do carbono em um gás de combustível (minimizar o carbono livre) e para manter a situação de processamento ideal temperaturas ao minimizar o custo de calor da entrada. Opcionalmente, outros aditivos podem ser u-sados para otimizar o processo e, desse modo melhorar emissões.

A invenção, pode conseqüentemente incluir uma ou mais entradas de aditivo de processo. Estas incluem entradas para injeção de vapor e/ou injeção do ar. As entradas do vapor podem ser estrategicamente localizadas para direcionar o vapor para regiões de alta temperatura e em massa de gás de produto apenas antes de sua saída do gaseificador. As entradas de ar podem ser estrategicamente localizadas em, e em torno da câmara do gaseificador para assegurar a cobertura total de aditivos de processo na zona de processamento. Em uma modalidade, as entradas de aditivo de processo são próximas ao piso do gaseificador.

Em uma modalidade, as entradas de aditivo de processo localizadas próximas ao piso são aspersores de ar de meia tubulação trinchados no piso refratário. Tais aspersores de ar podem ser projetados para facilitar a recolocação, a conservação ou a modificação ao minimizar a interferência com transferência lateral do material reagente. O número, o diâmetro e a colocação dos furos de ar nos aspersores de ar podem ser variados de acordo com exigências de sistema ou projeto de sistema de transferência lateral.

Em uma modalidade, a câmara de gaseificação pode adicionalmente compreender uma ou mais portas. Estas aberturas podem incluir aberturas de serviço permitindo a entrada na câmara para manutenção e reparo. Tais aberturas são conhecidas na técnica e podem incluir furos de abertura vedáveis de vários tamanhos. Em uma modalidade, o acesso ao interior do gaseificador é fornecido por uma tampa de visita em uma extremidade que pode ser fechada por uma tampa de refratário vedável alinhada durante a operação. Em uma modalidade, um acesso adicional está disponível removendo uma ou mais caixas de ar. O gaseificador pode opcionalmente incluir uma seção inferior flangeada que é conectada a uma seção principal flangeada da câmara de gaseificação para facilitar a abertura da câmara de gaseificação para a inspeção e o reparo do refratário.

Os sólidos residuais (cinza) depois que a gaseificação está completa podem ser opcionalmente removidos do gaseificador e ser passados a um sistema de manipulação. O gaseificador pode conseqüentemente incluir opcionalmente um sistema de remoção de sólidos controlável para facilitar a remoção de cinza ou de resíduos sólidos. Em uma modalidade, o sistema de remoção de sólidos controlável compreende um mecanismo de êmbolo para empurrar a cinza para fora da câmara. Em uma modalidade, o sistema de remoção de sólidos controlável consiste em um sistema para transportar êmbolo. Opcionalmente, o comprimento do curso do êmbolo pode ser controlado de modo que a quantidade de material alimentada em uma câmara de processamento de resíduo sólido com cada curso possa ser controlada. Em uma modalidade adicional da invenção, o sistema de remoção de sólidos controlável pode compreender um mecanismo de braço de rotação controlável.

Como o material é processado e é movido da região para a região no gaseificador o calor gerado dentro da pilha pode causar derretimento o que resultará em aglomeração da cinza. A cinza aglomerada foi mostrada para causar obstrução nas saídas de abertura em gota. O gaseificador pode conseqüentemente compreender opcionalmente meios para quebrar aglomerados de cinza. Em uma modalidade, a fim de assegurar que nenhuma aglomeração não crie obstrução na saída da câmara, um conceito de transportador de parafuso é usado para extrair a cinza do gaseificador. O movimento do êmbolo introduzirá a cinza no extrator e o extrator puxará a cinza para fora do gaseificador e irá alimentá-la em um sistema de transportador de cinza. A rotação do parafuso de extrator quebra as aglomerações antes que a cinza seja alimentada no sistema de transportador. Ista ação de quebra pode ser melhorada tendo serrilhas na borda dos flancos de parafuso extrator.

Um Sistema de Reformulação de Gás

A invenção adicionalmente compreende um sistema de reformulação de gás para reformulação de gás proveniente do gaseificador em gás reformulado de uma composição química desejada. Em particular, o sistema de reformulação usa o calor de tocha a partir de uma tocha de plasma para separar as moléculas gasosas e permitir sua recombinação em moléculas menores úteis para aplicação a jusante, tal como geração da energia. O sistema também compreende meios de mistura do gás, unidades de aditivo de processo, e um sistema de controle de realimentação com um ou mais sensores, um ou mais meios efetuado-res de processo e computação para monitorar e/ou regular a reação de reformulação.

O sistema de reformulação de gás (GRS) compreende uma câmara de reformulação de gás tendo uma ou mais entradas de gás de entrada, uma ou mais saídas de gás reformulado, uma ou mais tochas de plasma, uma fonte de oxigênio e sistema de controle.

O GRS é capaz de converter gás de entrada bruto compreendendo moléculas voláteis que podem incluir, por exemplo, monóxido de carbono, hidrogênio, hidrocarbonetos leves, e dióxido de carbono e matéria particulada de contaminação tal como a fuligem e ne-gro-de-fumo produzido durante a gaseificação do estoque carbonáceo. Este GRS fornece um ambiente vedado para conter e controlar o processo. Ele usa o calor da tocha de plasma para separar as moléculas voláteis em seus elementos constituintes que então recombinam como um gás reformulado de uma composição química desejada. Os aditivos de processo tais como o ar e/ou o oxigênio e opcionalmente vapor são usados para fornecer a espécie molecular necessária para recombinação. O calor da tocha de plasma também remove as substâncias não desejadas tais como parafina, alcatrões, compostos clorados entre outros, decompondo e convertendo estas substâncias não desejadas em moléculas menores tais como H2 e CO. O GRS adicionalmente compreende um sistema de controle que regula o processo e, desse modo permite que o processo seja otimizado.

A jusante do GRS um ventilador de indução em comunicação gasosa com a câma- ra de reformulação de gás pode ser fornecido para manter a pressão da câmara de reformulação de gás em uma pressão de aproximadamente O a - mbar.

O GRS está em comunicação gasosa com o gaseificador e, recebe conseqüentemente gás de entrada diretamente do gaseificador. O GRS pode adicionalmente compreender um flange ou um conector de montagem para acoplar a câmara de reformulação de gás ao gaseificador. Para facilitar a manutenção ou o reparo, o GRS pode opcionalmente ser acoplado de forma reversível ao gaseificador tal que o GRS, caso necessário, possa ser removido.

A câmara de reformulação de tem uma ou mais entradas de gás de entrada, uma ou mais saídas de gás reformulado, uma ou mais aberturas para dispositivos de aquecimento e uma ou mais entradas para fontes de oxigênio. O gás de entrada entra na câmara de reformulação de gás aquecido por tocha de plasma através de uma ou mais entradas ou aberturas de gás de entrada na câmara e é opcionalmente misturado por elementos de mistura de gás. As aberturas ou as entradas são fornecidas através da qual a fonte de oxigênio é injetada na câmara de reformulação de gás. As uma ou mais saídas ou aberturas de gás reformulado permitem que o gás reformulado reformado saia do GRS e seja transferido para os processos a jusante para um refinamento adicional ou para as instalaçãos de armazenamento.

A câmara de reformulação de gás é uma câmara com um volume interno suficiente para acomodar o tempo de residência exigido para que a reação de reformulação ocorra. O tempo de residência do gás é a quantidade de tempo que o gás é exigido para permanecer na câmara de reformulação de gás para permitir que a reformulação gás de entrada para o gás reformulado ocorra.

Conseqüentemente, no projeto da câmara de reformulação de gás, o tempo de residência exigido do gás pode ser considerado. O tempo de residência do gás é uma função da geometria e volume da câmara de reformulação de gás, taxa de fluxo de gás, distância que o gás percorre e/ou o percurso do gás através da câmara (isto é, uma passagem linear reta, ou um espiralamento, ou percurso ciclônico). A câmara de reformulação de gás deve, portanto, ser formada e dimensionada de maneira tal que a dinâmica de fluxo do gás através da câmara permita um tempo adequado de residência do gás. O tempo de residência do gás pode ser modificado pelo uso dos jatos de ar que promovem um fluxo de espiralamento do gás através da câmara de reformulação de gás, tal que a passagem do gás seja não linear e, portanto, tenha um tempo de residência mais longo.

Em uma modalidade, o tempo de residência do gás é de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2,0 segundos. Em uma modalidade, o tempo de residência do gás é de aproximadamente 0,75 a aproximadamente 1,5 segundo em uma modalidade adicional, o tempo de residência do gás é de aproximadamente 1 a aproximadamente 1,25 segundo. Em ainda uma modalidade adicional, o tempo de residência do gás é de aproximadamente 1,2 segundo.

A câmara de reformulação de gás pode ser qualquer forma contanto que permita o tempo de residência apropriado para permitir reformulação química suficiente do gás de entrada em gás reformulado. A câmara de reformulação de gás pode ser disposta em uma variedade de posições contanto que a mistura apropriada do gás de entrada e tempo de residência seja mantida. A câmara de reformulação de gás pode ser orientada de forma substancial e vertical, substancial e horizontal ou angular e ter uma faixa larga das relações de comprimento-para-diâmetro que variam de aproximadamente 2:1 a aproximadamente 6:1. Em uma modalidade, a relação de comprimento-para-diâmetro da câmara de reformulação de gás é de 3:1.

Em uma modalidade, a câmara de reformulação de gás é uma estrutura tubular ou cilíndrica, tampada ou cega de refratário alinhado, substancialmente vertical, reta tendo a extremidade inferior (a jusante) aberta em comunicação gasosa direta com o gaseificador e uma saída de gás reformulado próxima a, ou na extremidade (a jusante) superior da câmara. Opcionalmente, a câmara tubular ou cilíndrica é formada tampando a extremidade (a jusante) superior de um tubo ou cilindro revestido com refratário com uma tampa revestida com refratário. A fim de facilitar a manutenção ou o reparo, a tampa pode, opcionalmente, ser vedada de forma removível ao tubo ou ao cilindro.

A parede da câmara de reformulação de gás pode ser alinhada com material refratário e/ou um revestimento de água pode encapsular a câmara de reformulação de gás para esfriar e/ou gerar vapor ou recuperar calor de tocha útil. A câmara de reformulação de gás pode ter paredes múltiplas, junto com um mecanismo de esfriamento para recuperar calor, e o sistema pode também incluir trocadores de calor para produção de capor em alta pressão/alta temperatura, ou outra capacidade de recuperação de calor. Opcionalmente, a câmara de reformulação de gás pode incluir uma ou mais câmaras, podem ser orientadas vertical ou horizontalmente, e podem ter componentes internos, tais como defletores, para pro- mover mistura e turbulência de volta do gás.

A câmara de reformulação de gás pode opcionalmente incluir um coletor para matéria particulada sólida formada durante o processo de reformulação que pode ser coletado e opcionalmente alimentado no gaseificador para processamento adicional ou nos comparti-mentos de resíduo sólido de um sistema de gaseificação, tal como uma câmara de condicionamento de resíduo sólido, para processamento adicional.

A câmara de reformulação de gás compreende uma ou mais entradas ou aberturas de gás de entrada para alimentar gás de entrada na câmara para processamento e uma ou mais saídas ou aberturas de gás reformulado para transferir o gás reformulado produzido nas reações de reformulação para processamento ou armazenamento a jusante. A(s) entra-da(s) para o gás de entrada é(são) localizada(s) em, ou perto da primeira extremidade ou a montante. A entrada pode compreender uma abertura ou, alternativamente, pode compreender um controlador para controlar o fluxo do gás de entrada na câmara de reformulação de gás e/ou um injetor para injetar o gás de entrada na câmara de reformulação de gás.

Em uma modalidade, uma ou mais entradas de gás de entrada para distribuir o gás de entrada para a câmara de reformulação de gás podem ser incorporadas de uma maneira a promover direções de fluxo de alimentação paralelas, contracorrentes, radiais, tangenciais, ou outras. Em uma modalidade, é fornecida uma única entrada de gás de entrada com um formato cônica crescente. Em uma modalidade, a entrada compreende a primeira extremidade aberta da câmara de reformulação de gás, segundo a qual é uma comunicação direta com o gaseificador.

O local de fixação no gaseificador para o GRS pode estrategicamente ser localizado para otimizar o fluxo de gás e/ou maximizar a mistura do gás de entrada antes de entrar na câmara de reformulação de gás. Em uma modalidade, a câmara de reformulação de gás é localizada no centro do gaseificador, desse modo, otimizando a mistura do gás de entrada antes de entrar na câmara de reformulação de gás. Em uma modalidade, a entrada compreende uma abertura localizada na primeira extremidade (a montante) fechada da câmara de reformulação de gás. Esta modalidade usa uma abertura de entrada do gás de entrada para distribuir os voláteis gerados durante a gaseificação do estoque carbonáceo na câmara. Em uma modalidade, a entrada compreende uma ou mais aberturas na parede da câmara de reformulação de gás próximas à primeira extremidade (a mintante).

Nas modalidades em que a câmara de reformulação de gás é conectada a um ou mais gaseificadors, uma ou mais entradas na câmara de reformulação de gás podem estar em comunicação direta com um ou mais gaseificadores através de uma abertura comum ou podem estar conectadas ao gaseificador via tubulação ou via condutos apropriados. Uma modalidade tendo esta configuração é mostrada na figura 54.

O gás reformulado produzido na reação de reformulação sai da câmara de reformu- lação de gás através de uma ou mais saídas ou aberturas de gás reformulado. Uma ou mais saídas ou aberturas para o gás reformulado produzido na câmara de reformulação de gás são localizadas em, ou perto da segunda extremidade ou a jusante. A saída pode compreender uma abertura ou, alternativamente, pode compreender meios de controlar o fluxo de gás reformulado fora da câmara de reformulação de gás. Em uma modalidade, a saída compreende a segunda extremidade (a jusante) aberta da câmara de reformulação de gás. Em uma modalidade, a saída compreende uma ou mais aberturas localizadas na segunda extremidade (a jusante) fechada da câmara de reformulação de gás. Em uma modalidade, a saída compreende uma abertura na parede da câmara de reformulação de gás perto da segunda extremidade (a jusante).

A câmara de reformulação de gás compreende várias aberturas que incluem uma ou mais aberturas para aquecedores, uma ou mais aberturas de aditivo de processo, e opcionalmente uma ou mais aberturas de acesso, aberturas de vista e/ou aberturas de instrumentação. As aberturas de aquecedor incluem aberturas para fontes de calor primárias e fontes secundárias opcionais. Em uma modalidade, a câmara de reformulação de gás compreende uma ou mais aberturas para tochas de plasma de montagem. Em uma modalidade, a câmara de reformulação de gás compreende duas ou mais aberturas para o calor de tochas de plasma de montagem. Em uma modalidade, a câmara de reformulação de gás compreende três ou mais aberturas para tochas de plasma de montagem. Em uma modalidade, a câmara de reformulação de gás compreende quatro ou mais aberturas para tochas de plasma de montagem.

Em uma modalidade, é fornecida duas aberturas para fontes de plasma posicionadas em posições diamétricas ao longo da circunferência da câmara de reformulação de gás. Em uma modalidade, duas aberturas são fornecidas montar tangencialmente duas tochas de plasma. Em uma modalidade, as aberturas para as tochas de plasma montadas tangencialmente são localizadas acima das aberturas ou entradas de ar para fornecer exposição máxima ao calor da tocha de plasma.

Opcionalmente, aberturas para tochas de plasma de montagem podem ser ajustadas com um mecanismo de montagem deslizante para facilitar a inserção e a remoção da(s) 30 tocha(s) de plasma da câmara de reformulação de gás e podem incluir uma válvula de abertura automática para vedar a abertura seguida da retração da(s) tocha(s) de plasma.

Opcionalmente, uma ou mais aberturas ou entradas de aditivo de processo são incluídas para permitir aditivos de processo, tais como dióxido de carbono, outros hidrocarbo-netos ou gás adicionais a serem injetados na câmara de reformulação de gás. Opcionalmente, as aberturas ou entradas são fornecidas tal que o gás reformulado que não encontra padrões de qualidade pode ser recirculado para a câmara de reformulação de gás para processamento adicional. As aberturas ou entradas podem ser localizadas em vários ângulos e/ou posições para promover mistura turbulenta dos materiais dentro da câmara de reformulação de gás. Uma ou mais aberturas podem ser incluídaas para permitir medições de temperaturas de processo, pressões, composição de gás e outras condições de interesse.

Além disso, a câmara de reformulação de gás pode adicionalmente incluir uma ou mais aberturas para que fontes de calor de tocha secundárias ajudem no aquecimento da tocha de pré-plasma ou aquecimento da tocha de plasma da câmara de reformulação de gás. Opcionalmente, plugues, coberturas, válvulas e/ou aberturas são fornecidos para vedar uma ou mais das aberturas ou entradas na câmara de reformulação de gás. Plugues, tampas, válvulas e/ou aberturas apropriados são conhecidos na técnica e podem incluir aqueles que são operados manualmente ou automáticos. As aberturas podem adicionalmente incluir vedações apropriadas tais como sobrepostas de vedção.

Como notado acima, o GRS compreende uma ou mais entradas para uma ou mais fontes de oxigênio, a(s) fonte(s) de oxigênio inclue(m), mas não é(são) limitada(s) a, oxigênio, ar enriquecido com oxigênio, ar, meio de oxidação e vapor, portanto a câmara de conversão de gás compreende uma ou mais aberturas para entradas de fonte de oxigênio. Em uma modalidade, a câmara de conversão de gás compreende uma ou mais aberturas para entradas de ar e/ou de oxigênio e opcionalmente uma ou mais aberturas para entradas de vapor. Em uma modalidade, a câmara de reformulação de gás compreende uma ou mais aberturas de fonte de oxigênio. Em uma modalidade, a câmara de reformulação de gás compreende duas ou mais aberturas de fonte de oxigênio. Em uma modalidade, a câmara de reformulação de gás compreende quatro ou mais aberturas de fonte de oxigênio. Em uma modalidade, a câmara de reformulação de gás compreende seis aberturas de fonte de oxigênio. Em uma modalidade, é fornecide nove aberturas de fonte de oxigênio dispostas em três camadas em torno da circunferência da câmara de reformulação de gás. As aberturas de fonte de oxigênio podem estar em várias disposições desde que as disposições forneçam suficiente mistura da fonte de oxigênio com o gás de entrada.

A câmara de reformulação de gás pode adicionalmente incluir opcionalmente mistu-radores de gás dicionais ou suplementares em, ou perto da entrada de gás de entrada para misturar o gás de entrada tal que o gás de entrada seja de uma composição e/ou temperatu-30 ra mais uniformes e/ou para misturar o gás de entrada com aditivos de processo. Em uma modalidade, os misturadores compreendem dois ou mais jatos de espiral de ar na, ou perto da entrada de gás de entrada, os quais injetam uma pequena quantidade de ar no gás de entrada e criam um movimento de espiralamento ou turbulência no vapor de gás de entrada e misturam, desse modo, o gás de entrada se aproveitando da velocidade do ar injetado. Em uma modalidade, o misturador compreende três ou mais jatos de espiral de ar na, ou perto da entrada, os quais injetam uma pequena quantidade de ar no gás de entrada e criam um movimento de espiral ou turbulência no fluxo do gás de entrada e misturam, desse mo- do, o gás de entrada. Em uma modalidade, o misturador compreende quatro ou mais jatos de espiral de ar no, ou perto da entrada, o qual injeta uma pequena quantidade de ar no gás de entrada e cria um movimento de espiral ou turbulência no fluxo do gás de entrada e mistura, desse modo, o gás de entrada. O número de jatos de espiral de ar é projetado para fornecer o máximo de mistura e espiralamento baseado no fluxo de ar projetado e na velocidade de saída, de modo que o jato possa penetrar no centro da câmara.

Defletores podem também ser usados para induzir a mistura do gás de entrada criando turbulência no gás de entrada. Um defletor é uma obstrução mecânica ao padrão de fluxo normal. Os defletores servem para obstruir uma seção transversal da câmara de combustão, resultando em um aumento rápido na velocidade de fluxo e uma diminuição rápida correspondente no lado a jusante do defletor. Isto gera um alto nível de turbulência e apressa a mistura local.

Defletores podem ser localizados em várias localizações na câmara de reformulação de gás. As disposições do defletor são conhecidas na técnica e, incluem, mas não são limitadas a, disposições de defletores de barra transversal, defletores de parede de ponte e defletor do anel de obturador. Conseqüentemente, em uma modalidade, a misturar mistura de gás compreende defletores. As figuras 55A e B mostram modalidades compreendendo defletores.

Como notado acima, o GRS compreende uma fonte de oxigênio, a fonte de oxigênio pode incluir, mas ou não limitado a oxigênio, ar enriquecido com oxigênio, ar, meio de oxidação e vapor, portanto, a câmara da conversão de gás compreende uma ou mais entradas de fonte de oxigênio. Em uma modalidade, as entradas de ar e/ou oxigênio e de vapor compreendem bocais ou jatos de atomização resistentes a alta temperatura. Os bocais de ar apropriados são conhecidos na técnica e podem incluir qualquer tipo disponível comercialmente. O tipo de bocais sendo escolhido baseado em exigências funcionais, onde um tipo de bocal A serve para mudar a direção de fluxos de ar para criar os espiralamentos desejados e um tipo de bocal B serve para criar velocidade elevada de fluxo de ar para alcançar determinadas penetrações, e mistura máxima.

Os bocais podem direcionar o ar para qualquer ângulo é eficaz para misturar o gás. Em uma modalidade, os jatos de ar são posicionados tangencialmente. Em uma modalidade, o sopro angular é alcançado tendo um defletor na ponta do bocal de entrada, assim permitindo que as tubulações e os flanges de entrada estejam retos com a câmara de reformulação de gás.

A disposição de entradas de ar e/ou oxigênio é baseada no diâmetro da câmara de reformulação de gás, o fluxo projetado e velocidade do jato, de modo que a penetração a-dequada, espiral máxima e mistura possam ser alcançados. As várias disposições das entradas ou aberturas de oxigênio, entradas ou aberturas de vapor e aberturas para tochas de plasma que fornecem suficiente mistura do gás de entrada com o oxigênio e o vapor injetados e suficiente tempo de residência para que a reação de reformulação ocorra são contempladas pela invenção. Por exemplo, as entradas ou aberturas de oxigênio, entradas ou aberturas de vapor e aberturas para tochas de plasma podem ser dispostas nas camadas em torno da circunferência da câmara de reformulação de gás. Esta disposição permite a injeção tangencial e em camadas de gases de plasma, oxigênio e vapor que resultam em um movimento de espiral e mistura adequada do gás de entrada com o oxigênio e o vapor e fornecem um suficiente tempo de residência para que a reação de reformulação ocorra. Nas modalidades em que as aberturas de entrada de ar e/ou oxigênio são dispostas em camadas, os jatos de ar e/ou oxigênio podem opcionalmente ser dispostos para maximizar os efeitos de mistura.

As disposições de entradas ou aberturas de vapor são flexíveis em número, níveis, orientações e ângulo contanto que elas sejam localizadas em uma localização para fornecer capacidades otimizadas para o controle de temperatura. Em uma modalidade, a câmara de reformulação de gás compreende uma ou mais entradas ou aberturas de vapor. Em uma modalidade, a câmara de reformulação de gás compreende duas ou mais entradas ou aberturas de vapor. As entradas ou aberturas de vapor podem estar em várias disposições contanto que as disposições forneçam suficiente mistura com o gás de entrada. Em uma modalidade é fornecida duas aberturas de entrada de vapor dispostas em duas camadas em torno da circunferência da câmara de reformulação de gás e posicionadas em localizações diamétricas.

As aberturas de entrada de oxigênio e/ou vapor podem também ser posicionadas tal que elas injetem oxigênio e vapor na câmara de reformulação de gás em um ângulo à parede interns da câmara de reformulação de gás que promove turbulência ou um espirala-mento dos gases. O ângulo é escolhido para alcançar suficiente penetração de jato e mistura máxima baseada no diâmetro da câmara e fluxo e velocidade projetados de jato de ar.

Em uma modalidade, as entradas de oxigênio e/ou vapor injetam ar e vapor em um ângulo entre aproximadamente 50-70° a partir da parede interna da câmara de reformulação de gás. Em uma modalidade, as entradas de oxigênio e vapor injetam ar e vapor em um ângulo entre aproximadamente 55-65° a partir da parede interna da câmara de reformulação de gás. Em uma modalidade, as entradas de oxigênio e vapor injetam oxigênio e vapor em um ângulo de aproximadamente 60° a partir da parede interna da câmara de reformulação de gás.

Os jatos de ar podem ser dispostos tal que eles estejam todos no mesmo plano, ou eles possam ser dispostos em planos seqüenciais. A disposição de jatos de ar é projetada para alcançar efeitos de mistura máximos. Em uma modalidade, os jatos de ar são dispostos em níveis superior e inferior. Em uma modalidade, há quatro jatos no nível inferior e outros seis jatos no nível superior em que três jatos são ligeiramente mais elevados do que os outros três para criar efeitos de mistura de jato transversal para alcançar melhor mistura.

Em uma modalidade, a câmara de reformulação de gás inclui entradas de oxigênio, aberturas de entrada de vapor, e aberturas para tochas de plasma que são dispostas tal que há uma mistura adequada de gás e vapor por toda a câmara. Opcionalmente, o ar de processo pode ser espalhado na câmara angularmente de modo que o ar crie uma rotação ou movimento ciclônico dos gases que passam através da câmara. As tochas de plasma podem também ser anguladas para fornecer uma rotação adicional do fluxo.

Para que a reação de reformulação ocorra, a câmara de reformulação de gás deve ser aquecida por tocha a uma suficiente temperatura elevada. Um trabalhador versado na técnica poderia prontamente determinar uma temperatura adequada para a reação de reformulação. Em uma modalidade, a temperatura é de aproximadamente 800°C a aproximadamente 1200°C. Em uma modalidade, a temperatura é de aproximadamente 950°C a aproximadamente 1050°C. Em uma modalidade, a temperatura é de aproximadamente 100°C a 1200°C. O GRS, portanto, adicionalmente compreende uma ou mais tochas de plasma de arco não transferido. Tochas de plasma de arco não transferido são conhecidas na técnica e incluem tochas de plasma C.C e C.A de arco não transferido. Uma variedade de gases foi usada com tochas de plasma incluindo, mas não limitada a ar, O2, N2, Ar, CH4, C2H2 e C3H6. Um trabalhador versado na tácnica poderia prontamente determinar o tipo de tochas de plasma que podem ser usadas no GRS.

Em uma modalidade, a tocha de plasma é uma ou mais tocha(s) de plasma C.A de arco não transferido. Em uma modalidade, a tocha de plasma é uma ou mais tocha(s) de plasma C.C de arco não transferido. Em uma modalidade, a tocha de plasma é duas tochas de plasma C.C de polaridade reversa, não transferidas. Em uma modalidade, há duas tochas de plasma que são posicionadas tangencialmente para criar as mesmas direções de espiral que as entradas de ar e/ou oxigênio fazem. Em uma modalidade, a tocha de plasma são duas tochas de plasma de 300 kW cada uma operando na capacidade (parcial) exigida. Em uma modalidade, o aparelho de reformulação de gás compreende uma ou mais tocha(s) de plasma. Em uma modalidade, o aparelho de reformulação de gás compreende duas ou mais tochas de plasmas. Em uma modalidade, o aparelho de reformulação de gás compreende duas tochas de plasma C.C NTAT de água esfriada, eletrodo de cobre.

Em uma modalidade, o uso de calor de tocha de plasma é minimizado maximizando a liberação de calor de tocha que ocorre durante a reformulação de moléculas de carbono ou multicarbono principalmente CO e H2 otimizando a quantidade de ar e/ou de oxigênio injetada na câmara de reformulação de gás.

Um Sistema de Reciclagem de Calor

A invenção adicionalmente compreende um sistema para otimizar a eficiência de gaseificar estoque carbonáceo recuperando calor perceptível a partir do processo de gaseificação e reciclando o mesmo para uso dentro do sistema e opcionalmente para aplicações externas. As várias modalidades do sistema de reciclagem de calor da invenção são mostradas nas figuras 60 a 67.

Em uma modalidade, o sistema recicla calor recuperado do gás quente de produto, transferindo-o de volta a um gaseificador. Em particular o sistema compreende meios para transferir o gás quente de produto para um trocador de calor de gás-para-ar, onde o calor proveniente do gás quente de produto é transferido para o ar ambiente para produzir ar de troca aquecido e o gás de produto esfriado, e meios para transferir ar de troca aquecido para o meio de entrada de ar de troca no gaseificador. O ar de troca aquecido é passado no gaseificador para fornecer o calor exigido para acionar a reação de gaseificação. O ar de troca aquecido pode também opcionalmente ser usado para pré-aquecer ou pré-tratar, direta ou indiretamente, o estoque a ser gasificado.

Opcionalmente, o sistema adicionalmente compreende um ou mais geradores de vapor de recuperação de calor para gerar o vapor, que pode ser usado para acionar uma turbina de vapor, como um aditivo de processo na reação de gaseificação, ou em alguma outra aplicação. De acordo com uma modalidade da invenção, o sistema também compreende um subsistema de controle que compreende elementos de detecção para monitorar parâmetros de operação do sistema, e elementos de resposta para ajustar condições de operação dentro do sistema para otimizar o processo de gaseificação, em que os elementos de resposta ajustam as condições de operação dentro do sistema de acordo com os dados obtidos dos elementos de detecção, desse modo, otimizando a eficiência de um processo de gaseificação minimizando o consumo de energia do processo, enquanto também maximiza a produção de energia.

Em uma modalidade da presente invenção, o sistema de troca de calor para trans- ferir o calor produzido durante o processo de gaseificação de volta a um gaseificador para acionar reação de gaseificação. Nesta modalidade, isto é realizado aquecendo o ar ambiente com o calor de um gaseificador quente/sistema de reformulação em um trocador de calor de gás-para-ar de produto para produzir um produto de ar aquecido (referido em seguida como ar da troca), e passar ar de troca aquecido produzido no trocador de calor de gás-para-ar de volta no gaseificador.

As eficiências de energia são, portanto, otimizadas por este sistema, desde que a reciclagem de calor perceptível recuperado de volta ao processo de gaseificação reduza a quantidade de entradas de energia exigidas das fontes externas para as etapas de secagem, volatilizando e gasificando o estoque. O calor perceptível recuperado pode também servir para minimizar a quantidade de calor de plasma exigida para alcançar uma qualidade desejada de gás de síntese. Assim, o sistema de troca de calor permite a gaseificação efici- ente de um estoque carbonáceo, onde o calor exigido para a gaseificação é fornecido pelo ar quente de troca, em que o ar de troca foi aquecido usando calor perceptível recuperado a apartir do gás quente do produto.

O calor perceptível transferido do gás de produto para o ar de troca aquecido pode também ser usado para aplicações externas de aquecimento, assim como aplicações de aquecimento em outra parte no processo de gaseificação. Por exemplo, o ar de troca aquecido pode ser usado direta ou indiretamente para pré-aquecer ou pré-tratar o estoque a ser gasificado. No caso de uma etapa direta de aquecimento/pré-aquecimento, o ar de troca é passado diretamente através do estoque para aquecer e/ou remover a umidade. No caso de uma etapa indireta de aquecimento/pré-aquecimento, o calor é transferido do ar de troca aquecido para o óleo (ou para água para produzir vapor), onde o óleo aquecido (ou o produto de vapor) é usado para aquecer a parede de um secador/pré-aquecedor de estoque. Em todos os casos, a reciclagem de calor perceptível minimiza a quantidade de entradas de energia exigidas para estas aplicações de aquecimento. Assim, o sistema de reciclagem de calor pode transferir o calor do ar de troca aquecido para qualquer fluido de funcionamento de interesse. Tais fluidos de funcionamento de interesse incluem, mas não são limitados a, óleo, água, ou outro gás tal como dióxido de carbono ou nitrogênio. Também está dentro do espaço da presente invenção transferir calor a partir do gás de conversor diretamente para o fluido de funcionamento de interesse. Onde o calor é transferido a outro fluido de funcionamento que não ar, um sistema de troca de calor apropriado é usado.

Depois que o calor é recuperado no trocador de calor de gás-para-ar de produto, o gás de produto, embora esfriado, tipicamente ainda contém muito calor para submeter-se a etapas de filtração e condicionamento como são conhecidos na técnica.

A presente invenção, portanto, também fornece opcionalmente esfriamento adicional do gás de produto antes de tais etapas de filtração e condicionamento subseqüentes.

Conseqüentemente, o sistema pode opcionalmente incluir um subsistema para recuperar calor adicional a partir do gás de produto parcialmente esfriado depois que ele passou através do trocador de calor de gás-para-ar. Em uma modalidade, o sistema adicionalmente compreende um gerador de vapor de recuperação de calor, por meio do qual o calor adicional recuperado do gás de produto é usado para converte água em vapor (referido como vapor de troca). O vapor de troca produzido no gerador de vapor de recuperação de calor pode ser usado para acionar geradores de energia a jusante tais como turbinas de vapor e/ou ser usado em turbinas de acionamento direto e/ou pode ser adicionado ao processo de gaseificação. O vapor de troca pode também ser usado em outros sistemas, por exemplo, para a extração de óleo das areias de alcatrão ou em aplicações de aquecimento locais, ou ele pode ser fornecido aos clientes industriais locais para suas finalidades. Em uma modalidade, o vapor produzido usando o calor a partir do gás de produto é vapor saturado. Em outra modalidade, o vapor produzido usando calor a partir do gás de produto é o vapor su-peraquecido, que pode ser produzido tanto diretamente através de troca de calor entre água e gás de produto ou entre vapor saturado e gás de produto.

Onde o sistema não inclui um sistema para recuperar calor adicional a partir do gás de produto parcialmente esfriado depois que ele passou através do trocador de calor de gás-para-ar, outro sistema para adicionalmente esfriar o gás de produto antes do condicionamento é fornecido. Em uma modalidade, é fornecida uma etapa de esfriamento a seco para adicionalmente esfriar o gás de produto antes do condicionamento. A etapa de esfriamento a seco é fornecida para remover excesso de calor do gás de produto para fornecer um gás de produto esfriado como pode ser exigido para as etapas de filtração e condicionamento subseqüentes. A seleção de um sistema apropriado para esfriar adicionalmente esfriar o gás de produto antes do condicionamento está dentro do conhecimento de um trabalhador versado na técnica. Em algumas modalidades, o sistema de esfriamento adicional é considerado ser uma parte do sistema de condicionamento de gás (GCS) descrito mais detalhadamente abaixo.

O subsistema de controle pode também ser usado para otimizar a composição (isto é, valor calorífico) do gás de produto produzido, e opcionalmente para assegurar que o sistema seja mantido dentro de parâmetros operacionais seguros.

As exigências funcionais para o trocador de calor de gás-para-ar de produto são onde o gás de produto quente e o ar ambiente são, cada um, passados através do trocador de calor de gás-para-ar, por meio do qual o calor perceptível é transferido do gás de produto quente para o ar ambiente para fornecer o ar de troca aquecido e o gás de produto de esfriamento. As classes diferentes de trocadores de calor podem ser usadas no presente sistema, incluindo trocadores de calor de tubo e casco, ambos de projeto de única passagem reta e de projeto de múltipla passagem e tubo em U, assim como os trocadores de calor do tipo placa. A seleção de trocadores de calor apropriados está dentro do conhecimento de um trabalhador versado na técnica comum.

Alguma matéria particulada estará presente no gás de produto, assim o trocador de calor de gás-para-ar é projetado especificamente para um nível elevado de carregamento particulado. O tamanho de partícula está tipicamente entre 0,5 a 100 mícrons. Em uma modalidade, o trocador de calor é um trocador de calor de fluxo vertical de única passagem, em que o gás de produto flui nos tubos em vez de no lado do casco. Na modalidade de fluxo vertical de única passagem, o gás de produto flui verticalmente em um projeto de "uma passagem", que minimiza as áreas onde a construção ou a erosão da matéria particulada poderia ocorrer.

As velocidades de gás de produto devem ser mantidas para ser altas o suficiente para autolimpeza, enquanto ainda se minimiza a erosão. Em uma modalidade, as velocida- des do gás estão entre 3000 a 5000 m/min. Sob circunstâncias de fluxo normais, as velocidades do gás são de aproximadamente 3800 m/min a aproximadamente 4700 m/min.

Devido à diferença significativa na temperatura da entrada de ar ambiente e no gás de produto quente, cada tubo no trocador de calor de gás-para-ar tem preferivelmente uma expansão individual para evitar a ruptura do tubo. A ruptura do tubo pode ocorrer onde um único tubo se torna obstruído e, portanto, não mais se expande/contrai com o descanso do feixe de tubo. Naquelas modalidades onde a pressão de ar de processo é maior do que a pressão de gás de produto, a ruptura do tubo apresenta um perigo elevado devido aos problemas resultando da mistura de gases entrando no ar.

Em uma modalidade da presente invenção, o sistema é executado intermitentemente, isto é, sujeito a vários ciclos de inicio e encerramento como desejado. Portanto, é importante que o equipamento seja projetado para suportar expansão a contração térmica repetidas.

A fim de minimizar o potencial de perigo de um vazamento do tubo, o sistema de troca de calor adicionalmente compreende um ou mais transmissores individuais de temperatura, por exemplo, na entrada do gás de produto na saída do gás de produto do trocador de calor de gás-para-ar, assim como na saída de ar de troca. Onde os transmissores de temperatura são associados com a saída de gás de produto do trocador de calor de gás-para-ar, estes transmissores de temperatura são posicionados para detectar uma elevação de temperatura resultante da combustão no caso de ter vazamento de ar de troca para o conduto de gás de produto. A deteção de tal elevação de temperatura resultará no encerramento automático do ventilador de ar de processo de modo a eliminar a fonte de oxigênio. Além disso, os trocadores de calor são fornecidos, como necessário, com aberturas para instrumentação, inspeção e manutenção, assim como reparo e/ou limpeza dos condutos.

De acordo com a presente invenção, o ar de troca aquecido pode ser fornecido como exigido para regiões diferentes do gaseificador através dos sistemas de alimentação e distribuição de ar de troca independente. Os sistemas de alimentação e distribuição de ar de troca compreendem as saídas de ar de troca que permitem a introdução de ar de troca a-quecido na região de gaseificação. Estas entradas são posicionadas dentro do conversor para distribuir o ar de troca aquecido durante todo o conversor para iniciar e acionar a gaseificação do estoque. Em uma modalidade, as entradas do ar de troca compreendem perfurações localizadas no piso do gaseificador. Em uma modalidade, as entradas do ar de troca compreendem perfurações localizadas nas paredes do gaseificador.

Em uma modalidade, as entradas do ar de troca compreendem caixas de ar separadas para cada região da qual o ar de troca quente pode passar através das perfurações no piso do conversor para essa região. Em uma modalidade, as entradas do ar de troca são aspersores independentemente controlados para cada região. A presente invenção, além do trocador de calor de gás-para-ar, inclui opcionalmente um sistema para adicionalmente esfriar o gás de produto antes de uma etapa de condicionamento. Em uma modalidade, o sistema para adicionalmente esfriar o gás de produto antes da limpeza e condicionamento também provê a recuperação do calor adicional a partir do gás de produto. Onde a recuperação de um calor detectável adicional a partir do gás de produto for um objetivo, o calor é transferido do gás de produto para outro fluido de funcionamento, por exemplo, água, óleo, ou ar. Os produtos de tais modalidades podem incluir, respectivamente, água aquecida (ou vapor), óleo aquecido, ou ar quente adicional.

Em uma modalidade, o sistema da presente invenção recupera calor detectável adicional do gás de produto usando um trocador de calor para transferir o calor do gás de produto parcialmente esfriado para água, desse modo, produzindo água aquecida ou vapor, e um gás de produto que seja adicionalmente esfriado. Em uma modalidade, o trocador de calor empregado nesta etapa é um gerador de vapor de recuperação de calor, que usa o calor recuperado para gerar o vapor de troca. Em uma modalidade, a água é fornecida no trocador de calor sob a forma de vapor de baixa temperatura. Em outra modalidade, o vapor de troca produzido é vapor saturado ou superaquecido.

O vapor que não é usado dentro do processo de conversão ou para acionar o equipamento de processo de rotação, pode ser usado para outras finalidades comerciais, tais como a produção de eletricidade atravé do uso de turbinas de vapor, ou em aplicações locais de aquecimento ou ele pode ser fornecido a clientes industriais locais para suas finalidades, ou pode ser usado para melhorar a extração de óleo das areias de alcatrão. O vapor de troca produzido pode também ser passado através de uma turbina, desse modo, acionando o equipamento de processo de rotação, por exemplo, um ventilador de ar de troca ou um ventilador de gás de síntese. O vapor de troca pode também ser usado para aquecer indiretamente o estoque, desse modo, secando o estoque antes da gaseificação no conversor.

Em uma modalidade, onde o esfriamento de sistemas ou de processos diferentes for exigido, o excesso de calor pode ser removido (e recuperado) por uma etapa de esfriamento de água. A água aquecida resultante pode, por sua vez, ser usada para pré-aquecer a água antes de seu uso no HRSG. Os fluxos de água aquecida vêm das várias fontes que incluem, mas não limitado a, processos de esfriamento de gás de síntese no sistema GQCS, sistemas de esfriamento de fonte de calor de plasma. A água aquecida pode também ser usada para pré-aquecer o óleo para várias aplicações.

O trocador de calor para o HRSG é projetado com a compreensão que alguma matéria particulada estará presente no gás de produto. Além disso, as velocidades de gás de produto aqui são mantidas também em um nível alto o suficiente para autolimpeza dos tubos, enquanto se minimiza a erosão. Em uma modalidade onde o sistema para esfriamento adicional do gás de produto antes do condicionamento não incluir a recuperação do calor adicional, a etapa de esfriamento compreende uma etapa de esfriamento a seco.

Os sistemas de conduto são empregados para transferir gases de um componente do sistema para outro. Conseqüentemente, o sistema compreende um sistema de conduto de gás de síntese para transferir o gás de produto quente para um trocador de calor para a recuperação do calor detectável de gás de produto. O sistema também compreende um sistema de conduto de ar de troca para transferir o ar de troca aquecido para o conversor, onde ele é introduzido no conversor através das entradas de ar de troca. Os sistemas de conduto empregam tipicamente uma ou mais tubulações, ou linhas, através das quais os gases são transportados.

Onde o sistema compreender um gerador de vapor de recuperação de calor, o sistema também compreenderá um sistema de conduto de vapor de troca para transferir o vapor de troca aquecido para uso em uma ou mais das aplicações listadas anteriormente. O sistema de conduto de vapor de troca pode compreender múltiplas tubulações executando 15 em paralelo, ou um sistema de bifurcação de condutos, onde uma dada bifurcação é designada para uma aplicação específica.

O sistema de conduto de ar de troca empregará opcionalmente um ou mais dispositivos de regulação de fluxo, medidores e/ou ventiladores de fluxo, localizados em todo o sistema para fornecer meios para controlar a taxa de fluxo de ar de troca. Em uma modalidade, há uma pluralidade de válvulas de controle de fluxo de ar de troca (uma para cada nível) para controlar o fluxo de ar de troca no gaseificador. Após cada uma das válvulas de controle, o ar é outra vez dividido para as caixas de ar para o gaseificador e para três anéis de distribuição ao redor do reformador, cada um com vários pontos de injeção. Em uma modalidade, há uma válvula de controle de fluxo do ar de troca para controlar o fluxo de ar de tro-25 ca no GRS. Nesta modalidade, o ar de troca é fornecido como um aditivo de processo.

Os condutos de ar de troca também compreendem opcionalmente meios para desviar ar de troca, por exemplo, para saídas de ventilação ou para os sistemas de troca de calor adicionais opcionais. Os dispositivos de regulamento de fluxo, e/ou ventiladores, e/ou meios de desvio são controlados opcionalmente por um subsistema de controle, como é discutido em detalhe abaixo.

O sistema de conduto também compreenderá opcionalmente aberturas de serviço para fornecer acesso ao sistema com a finalidade de realizar manutenção rotineira, assim como reparo e/ou limpeza dos condutos.

Um Sistema de Condicionamento de Gás 35 O sistema de condicionamento de gás (GCS) condiciona o gás de produto esfriado

em um processo de condicionamento de dois estágios e fornece um gás condicionado final que tem uma composição apropriada para a aplicação a jusante desejada. O Estágio Um compreende uma ou mais etapas iniciais de separação de fase seca/sólida seguidas pelo Estágio Dois1 compreendendo uma ou mais etapas de processamento adicional. Geralmente, nas etapas de separação de fase seca/sólida, uma proporção substancial da matéria par-ticulada e uma grande proporção de contaminadores de metal pesado é removida. No Estágio Dois, as quantidades adicionais de matéria particulada e de contaminadores de metal pesado assim como, opcionalmente, outros contaminadores presentes no gás são removidos. Assim, o GCS compreende vários componentes que realizam etapas de processamento, separam matéria particulada, gases ácidos, e/ou metais pesados do gás de entrada e, opcionalmente, ajustam a umidade e a temperatura do gás conforme eles passam através do GCS. O GCS adicionalmente compreende um sistema de controle para controlar e otimizar o processo de condicionamento total.

O GCS compreende dois subsistemas integrados: um GC de Conversor e um GC de Resíduo Sólido, ambos os quais realizam o processamento de Estágio Um e Estágio Dois. O GCS é integrado também com o condicionador de resíduo e o resíduo sólido produzido no processamento de Estágio Um pelo GC de Conversor é passado no condicionador de resíduo. O GC de Conversor e o GC de Resíduo Sólido podem operar em paralelo, em que ambos os subsistemas são capazes de independentemente conduzir ambos os processos de Estágio Um e Estágio Dois, ou os dois subsistemas podem operar de uma maneira convergente, em que eles compartilham alguns ou todos os componentes para o processamento do Estágio Dois.

As Figuras 68, 70 e 72 descrevem modalidades do GCS em que os dois subsistemas operam de uma maneira convergente.

Em uma modalidade, os componentes do GCS e a ordem de cada uma das etapas de processamento são selecionados para minimizar a geração de lixos perigosos que devem ser tratados e/ou eliminados. A presença e a seqüência das etapas de processamento podem ser selecionadas, por exemplo, com base na composição de gás de entrada e na composição de gás condicionado exigidas para a aplicação a jusante selecionada.

Em uma modalidade da presente invenção, a quantidade de lixos perigosos produzida pelo GCS é menor que aproximadamente 5% em peso do estoque carbonáceo usado. Em uma modalidade, a quantidade de lixo perigoso produzida é menor que aproximadamente 2% em peso do estoque carbonáceo usado. Em uma modalidade, a quantidade de lixo perigoso produzida é menor que 1 % em peso do estoque carbonáceo usado. Em uma modalidade, a quantidade de lixo perigoso produzida está entre aproximadamente 1 kg e aproximadamente 5 kg por 1 tonelada de estoque carbonáceo usada. Em uma modalidade, a quantidade de lixo perigoso produzida está entre aproximadamente 1 kg e aproximadamente 3 kg por 1 tonelada de estoque carbonáceo usada. Em uma modalidade, a quantidade de lixo perigoso produzida está entre aproximadamente 1 kg e aproximadamente 2 kg por 1 tonelada de estoque carbonáceo usada.

O Estágio Um do GCS compreende componentes para implementar uma ou mais etapas de processamento de fase sólida ou seca que removem pelo menos uma porção dos metais pesados e uma maioria da matéria particulada do gás de entrada. Etapas de processamento de fase sólida adequadas são conhecidas na técnica.

Por exemplo, a remoção de metal pesado pode ser alcançada usando um ou mais componentes de separação de fase sólida conhecidos na técnica. Exemplos não limitantes de tais componentes de separação de fase sólida incluem sistemas de injeção a seco, unidades de remoção de partícula, componentes de filtragem de carbono ativados, e componentes que permitem o contato com sorventes especializados, tais como zeólitos e nanoes-truturas. Exemplos representativos selecionados são descritos no detalhe adicional abaixo. Como é conhecido na técnica, estes componentes de separação de particulados podem ser usados para remover ou separar a matéria particulada/metais pesados fase sólida/seca, por exemplo, em processos de injeção a seco, filtragem de carbono ativada, esfregação seca, várias etapas de processamento de remoção de partícula e outras etapas de processamento de fase seca ou sólida conhecidos na técnica.

Em uma modalidade da presente invenção, o Estágio Um do GC de conversor compreende um sistema de injeção seco e uma ou mais unidades de remoção de partícula e o Estágio Um do GC de Resíduo Sólido compreendem uma ou mais unidades de remoção de partícula.

A seleção das etapas de processamento apropriadas de Estágio Um pode prontamente ser determinada pela pessoa versada na técnica com base, por exemplo, na composição do gás de entrada, na temperatura do gás de entrada, na composição desejada do gás condicionado final, no uso final do gás da composição, assim como considerações de custo e disponibilidade de equipamento. O Estágio Um do GCS pode opcionalmente compreender um ou mais esfriadores de gás se requerido.

Como notado acima, o Estágio Um do GCS provê a remoção da maioria da matéria particulada e pelo menos uma porção de contaminadores de metal pesado presentes no gás de entrada. Em uma modalidade, pelo menos aproximadamente 70% da matéria particulada presente no gás de entrada são removidos pelo menos no Estágio Um. Em uma modalidade, pelo menos aproximadamente 80% da matéria particulada presente no gás de entrada são removidos no Estágio Um. Em uma modalidade, pelo menos aproximadamente 90% da matéria particulada presente no gás de entrada são removidos no Estágio Um. Em uma modalidade, pelo menos aproximadamente 95% da matéria particulada presente no gás de entrada são removidos no Estágio Um. Em uma modalidade, pelo menos aproximadamente 98% da matéria de partícula presente no gás de entrada são removidos no Estágio Um. Em uma modalidade, pelo menos aproximadamente 99% da matéria particulada presente no gás de entrada são removidos no Estágio Um. Em uma modalidade, 99,5% da matéria parti-culada presente no gás de entrada são removidos no Estágio Um.

Em uma modalidade, pelo menos aproximadamente 50% dos contaminadores de metal pesado presentes no gás de entrada são removidos no Estágio Um. Em uma modali-5 dade, pelo menos aproximadamente 60% dos contaminadores de metal pesado presentes no gás de entrada são removidos no Estágio Um. Em uma modalidade, pelo menos aproximadamente 70% dos contaminadores de metal pesado presentes no gás de entrada são removidos no Estágio Um. Em uma modalidade, pelo menos aproximadamente 80% dos contaminadores de metal pesado presentes no gás de entrada são removidos no Estágio Um. Em uma modalidade, pelo menos aproximadamente 90% dos contaminadores de metal pesado presentes no gás de entrada são removidos no Estágio Um.

Processos de injeção a seco são conhecidos na técnica e utilizam geralmente uma quantidade calculada de um sorvente apropriado que é injetado no fluxo de gás com tempo de residência suficiente de modo que partículas e fumos de metal pesado finos possam absorver sobre a superfície do sorvente. Os metais pesados absorvidos no sorvente podem ser capturados por uma remoção de partícula tais como aquelas descritas abaixo que removem os metais pesados/matéria particulada de fase seca/sólida e previne que eles se movam através do GCS junto com o gás de entrada.

Os exemplos de sorventes apropriados incluem, mas não são limitados a, carbono ativado; carbono ativado-promovido impregnado com iodo, enxofre, ou outra espécie; Felds-pato; cal; sorventes baseados em zinco; sorventes baseados em sódio; sorventes baseados em oxido de metal; e outros sorventes físicos e químicos conhecidos na técnica que são capazes eficazmente de remover os metais pesados tais como mercúrio, arsênico, selênio e semelhante. Os sorventes podem ter um tamanho de circuito que varia entre um tamanho máximo aproximadamente de um tamanho de circuito de 60 e tamanho mínimo aproximadamente de um tamanho de circuito de 325.

A injeção é geralmente através de uma entrada do sorvente, tal como uma porta, um bocal ou um tubo, e pode ser alcançada pela gravidade, tremonha fechada, ou pelo transportador de parafuso. A presente invenção também contempla que o sorvente pode ser fornecido dentro das tubulações que fazem o GCS, por exemplo, em uma tubulação que conduz a um meio de remoção de partícula, para ser misturado com o gás de entrada assim que passar através da tubulação. Outros métodos conhecidos na técnica também são incluídos. O GCS pode compreender entradas de sorvente múltiplas ou uma única entrada de sorvente.

Os sorventes podem ser armazenados em um ou mais contêineres de retenção a partir dos quais o(s) sorvente(s) é(são) distribuído(s) à(s) entrada(s). Os contêineres de retenção sorvente podem ser parte do GCS ou podem ser externos ao GCS. Como notado acima, as várias combinações de sorventes podem ser injetadas no gás de entrada pela injeção a seco e combinações apropriadas podem prontamente ser determinadas por um versado na técnica com base, por exemplo, na composição de gás de entrada. Em uma modalidade, o Feldspato é injetado no gás de entrada. Em uma modalida-5 de, o carbono ativado é injetado no gás de entrada. Em uma modalidade, o Feldspato é u-sado como um pré-revestimento para os meios de remoção de partícula. Em uma modalidade, o carbono ativado é injetado no gás de entrada, e os meios de remoção de partícula são pré-revestidos com Feldspato. Em uma modalidade, o Feldspato é injetado continuamente no sistema.

Em uma modalidade, o GCS da presente invenção inclui uma ou mais unidades de remoção de partícula que atuam para remover a matéria particulada do gás de entrada. Os meios da remoção de partícula podem também remover os metais pesados, tais como mercúrio elementar, do gás de entrada. Nas modalidades onde a injeção a seco é empregada no GCS, uma ou mais unidades de remoção de partícula também servem para remover os 15 sorventes carregados de contaminador de gás de entrada. Exemplos de unidades apropriadas de remoção de partícula incluem, mas não são limitados a, separadores ou filtros de ciclone, filtros de cerâmica de alta temperatura, filtros granulados do leito móvel, filtros de saco, e precipitadores eletrostáticos (ESP)

Como é conhecido na técnica, a escolha da unidade de remoção de partícula de-20 penderá, por exemplo, da temperatura do gás de entrada, do tamanho da matéria particulada a ser removida, e, quando aplicável, do tipo de sorvente injetado no fluxo de gás. As unidades apropriadas de remoção de partícula podem prontamente ser selecionadas por um dos versados na técnica. Em uma modalidade da presente invenção, o Estágio Um do GCS compreende uma ou mais unidades de remoção de partícula selecionadas a partir de um 25 filtro de ciclone, um filtro de cerâmica de alta temperatura e de um filtro de saco. Em uma modalidade, cada um do Estágio Um do GC de conversor e GC de Resíduo Sólido compreendem um saco.

Os coletores de pano tais como filtros de saco podem coletar partículas de um tamanho abaixo de aproximadamente 0,01 mícron, dependendo do tipo de filtro empregado. 30 Os filtros de saco são tipicamente filtros de tecido, filtros de celulose ou filtros a base de polímero orgânico. Outros exemplos de filtros que podem ser usados em um contexto de saco incluem, mas não são limitados a, sacos de fibra de vidro revestidos ou não revestidos, sacos revestidos com Teflon e sacos de basalto P84. Filtros apropriados podem prontamente ser selecionados por aqueles da versados na técnica baseados em considerações tais co-35 mo, uma ou mais da temperatura do gás de entrada, níveis de umidade no saco e no gás de entrada, natureza eletrostática das partículas no gás de entrada, resistência química alcalina e/ou ácida do filtro, na capacidade do filtro distribuir o bolo de filtração, na permeabilidade do

Claims (10)

1. Um sistema de baixa temperatura para a conversão de estoque de alimentação carbonáceo em gás de síntese de uma composição definida, o dito sistema compreendendo: um gaseificador orientado horizontalmente para conversão de estoque de alimentação carbonáceo em gás desprendido e resíduo, o dito gaseificador tendo uma entrada de estoque de alimentação, saída de gás e uma saída de resíduo, e compreendendo um piso escalonado, onde cada etapa é fornecida com uma unidade de transferência lateral para mover material através do dito gaseificador durante processamento: um subsistema de reformulação de gás para a conversão de gás desprendido produzido no dito gaseificador em gás de síntese contendo CO e H2, um subsistema de condicionamento de resíduo para fundir e homogeneizar o dito resíduo, e um sistema de controle para regular a operação do sistema.

2. O sistema de baixa temperatura da reivindicação 1, compreendendo ainda um subsistema de reciclagem de calor para reivindicar calor do dito gás reformulado e reciclar o dito calor para o gaseificador.

3. O sistema de baixa temperatura da reivindicação 1 ou 2, compreendendo ainda um subsistema de condicionamento de gás para remoção da maioria da matéria particulada e pelo menos uma porção de contaminantes de metais pesados a partir do dito gas de síntese para fornecer gás de síntese condicionado.

4. O sistema de baixa temperatura da reivindicação 3, compreendendo ainda um sistema de homogeneização de gás para receber o dito gás de síntese condicionado e prover substancialmente gás de síntese condicionado homogêneo.

5. O sistema de baixa temperatura da reivindicação 1, em que o sistema de controle é configurado para perceber uma composição de gás de síntese, comparar a dita composição com a dita composição definida, e operar um ou mais dispositivos de processo do sistema em uma forma propícia para ajustar a dita composição dentro de um intervalo da dita composição definida.

6. O sistema de baixa temperatura da reivindicação 5, o dito gaseificador compreendendo uma ou mais entradas para a entrada de um ou mais aditivos de processo a esse respeito, em que o sistema de controle é configurado para perceber uma composição de gás de síntese, comparar a dita composição com a dita composição definida, e ajustar a dita entrada dos aditivos de processo para ajustar a dita composição dentro de um intervalo da dita composição definida.

7. O sistema da reivindicação 1, onde cada dita unidade de transferência lateral compreende um êmbolo transportador.

8. Um método para a conversão de baixa temperatura de estoque de alimentação carbonáceo em gás de síntese, o método compreendendo as etapas de: proporcionar um gaseificador orientado horizontalmente compreendendo duas ou mais zonas de processamento distribuídas lateralmente; alimentar o estoque de alimentação para uma primeira zona do dito gaseificador; lateralmente transferir o dito estoque de alimentação através de cada uma das ditas zonas para reforçar a conversão do estoque de alimentação em gás desprendido; reformular o dito gás desprendido em gás de síntese contendo CO e H2, condicionar um resíduo produzido a partir do processo de conversão por fusão e homogeneização do dito resíduo.

9. O método da reivindicação 7, em que a etapa de estoque de alimentação de transferência lateralmente é operada e controlada por um sistema de controle adaptado para monitorar uma transferência do estoque de alimentação e ajustar uma transferência lateral do dito estoque de alimentação em resposta ao mesmo.

10. O método da reivindicação 8, em que o dito sistema de controle monitora a dita transferência via sensores de estoque de alimentação de altitude dispostos dentro do gaseificador.