BRPI0712491A2

BRPI0712491A2 - sistema de homogeneização de gás para regular caracterìsticas de gás e processo para converter um gás de entrada a um gás regulado

Info

Publication number: BRPI0712491A2
Application number: BRPI0712491-0A
Authority: BR
Inventors: Andreas Tsangaris; Margaret Swain; Douglas Michael Feasby; Scott Douglas Basham; Nipum Soni; Pascale Bonnie Marceau
Original assignee: Plascoenergy Ip Holdings S L Bilbao
Priority date: 2006-05-05
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2012-10-09
Also published as: JP2009536097A; CN101484861B; EP2021894A4; WO2007131236A3; WO2007131236A2; KR20090009950A; AU2007247895A1; US8128728B2; CN101484861A; EP2021894A2; MX2008014172A; US20070266632A1

Abstract

SISTEMA DE HOMOGENEIZAçãO DE GáS PARA REGULAR CARACTERìSTICAS DE GáS E PROCESSO PARA CONVERTER UM GáS DE ENTRADA A UM GáS REGULADO. Sistema e processo para homogenização de gás são descritos. Isto tem aplicação em áreas de geração de gás e sua conversão a eletricidade em aplicações a jusante. Sistemas de homogenização minimiza variação nas características de gás (composição, fluxo, pressão, temperatura), assim transmitindo uma corrente constante de gás de qualidade consistente ao mecanismo a jusante. Este sistema de homogeneização pode ser ajustado para otimizar a corrente de gás de saída para aplicações finais específicas, ou para otimizar a corrente de gás de saída para cargas de alimentação de entrada diferentes. Isto garante que todas as eficiências de conversão são maximizadas enquanto mantém o processo economicamente viável. Essa corrente de gás de saída constante, uniforme tem uma ampla faixa de aplicações em áreas externas de geração de eletricidade (por exemplo, usando motores de combustão interna e motores de combustão a turbina), sínteses químicas (por exemplo, de compostos, tais como, etanol, metanol, hidrogênio, metano, monóxido de carbono, hidrocarbonetos), tecnologias de célula de combustível e em processos de poligeração (processos que resultam na coprodução de eletricidade e combustíveis sintéticos).

Description

"SISTEMA DE HOMOGENEIZAÇÃO DE GÁS PARA REGULAR CARACTERÍSTICAS DE GÁS E PROCESSO PARA CONVERTER UM GÁS DE ENTRADA A UM GÁS REGULADO" CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção pertence ao campo de produção de gás e conversão em energia em aplicações a jusante. Em particular, a invenção se refere a um sistema de homogeneização de gás útil na geração de uma corrente constante de gás de características substancialmente constantes.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A gaseificação é um processo que permite a conversão de estoque de alimentação carbonáceo, tal como lixo sólido municipal (MSW) ou 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 de alimentação 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 do 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 de alimentação útil pode incluir qualquer lixo municipal, lixo produzido pela atividade industrial e lixo biomédico, esgoto, lama, carvão, óleos pesados, coque de petróleo, resíduos 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 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. A 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 de alimentação 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 de alimentação, 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 de alimentação- 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 da 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 de alimentação carbonáceo depende diretamente da composição química do estoque de alimentação.

Se o gás gerado no processo da 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 de alimentação carbonáceo de "baixa qualidade", ele é geralmente denominado gás de escape. Se as características do estoque de alimentação 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 de escape 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 tecnologia 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, pois, o gás pode ser neutro (por exemplo, argônio, hélio, neônio), redutor (por exemplo, hidrogênio, metano, amônia, monóxido 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 do plasma para conduzir o processo de gaseificação em uma alta temperatura e/ou para refinar o gás de escape/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 do 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. A medida que a temperatura das moléculas em contato com o calor do plasma diminui todos os átomos recombinam inteiramente. Como os gases de entrada podem ser controlados estequiometricamente, 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 a alta temperatura onde virtualmente qualquer estoque de alimentação 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 a alta temperatura), pode ser posicionada dentro do sistema para fazê-las acontecer seqüencialmente (gaseificação a baixa temperatura com refinamento a alta temperatura), ou de alguma combinação das mesmas.

O gás produzido durante a gaseificação de estoque de alimentação 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 particulada 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 da 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 igualmente 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 prévios 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 de alimentação carbonáceo de uma maneira que maximize a eficiência total do processo e/ou as etapas que compreendem o processo total.

Como notado acima, gás de um sistema de gaseificação pode ser explorado para uma variedade de aplicações tais como a conversão do gás em energia sob a forma de aplicações de eletricidade ou produto químico, tal como células de combustível ou estoque de alimentação químico. O equipamento que é usado para converter diretamente gás em eletricidade compreende atualmente turbinas a gás e motores a gás. Estas máquinas são projetadas para funcionar dentro de uma faixa muito estrita de características e são freqüentemente muito sensíveis às mudanças em determinadas características do gás. Além do afetar a eficiência da operação do motor, um desvio nas características do gás pode mesmo ter um efeito negativo na operação do motor. Por exemplo, as mudanças nas características do gás podem afetar as emissões, a eficiência, a batida e a estabilidade de combustão, assim como aumentar as exigências de manutenção do motor. Em conseqüência, estas máquinas que utilizam gás funcionam mais eficazmente quando as características do gás são mantidas dentro dos limites especificados.

As características do gás produzido por um sistema de gaseificação, tal como a composição química, taxa de fluxo, temperatura, pressão e umidade relativa variarão naturalmente ao longo do tempo pela maior parte devido às variações na composição do estoque de alimentação e nas condições da reação que ocorrem, por exemplo, durante o processo de gaseificação. Algumas características do gás variarão em uma base de minuto a minuto e algumas características em uma base segundo a segundo. Uma corrente constante de gás com características consistentes será produzida somente se o gás for deixado misturar completamente para assegurar uma composição homogênea do gás e as outras características, tais como temperatura, pressão e taxa de fluxo, forem ajustadas.

A patente US 6.398.921 descreve um processo de gaseificação para produzir gás combustível para uso em motores de combustão interna para a geração de eletricidade. Antes de abastecer o motor, o gás combustível é limpo, comprimido e armazenado em um tanque para armazenamento de impulso limitado. Embora o gás combustível seja regulado para a pressão de entrada exigida para o motor, o gás combustível não é regulado para outras características, a saber, sua composição. Em conseqüência, permanece uma necessidade para um sistema de homogeneização do gás, que minimize a variância nas características do gás (composição, taxa de fluxo, pressão, temperatura), rendendo desse modo uma corrente constante de gás de qualidade consistente exigida pela maquinaria a jusante.

Estas informações básicas são apresentadas com a finalidade de tornar conhecidas informações que o depositante acredita serem de possível relevância para a presente invenção. Não se pretende admitir necessariamente, nem interpretar, que qualquer uma das informações precedentes constitui anterioridade contra a presente invenção. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Esta invenção fornece um sistema de homogeneização de gás para homogeneizar a composição química de um gás de entrada e ajustar outras características, tal como taxa de fluxo, pressão e temperatura do gás, desse modo criando um gás regulado para satisfazer as exigências a jusante. Este sistema permite que uma corrente de gás contínua e constante de características definidas seja enviada a aplicações a jusante, por exemplo, uma turbina a gás, motor ou outras aplicações adequadas.

Em particular, o sistema de homogeneização de gás da invenção fornece uma câmara de homogeneização de gás que tem as dimensões que são projetadas para acomodar um tempo de residência do gás suficiente para alcançar um gás homogêneo de uma composição consistente na saída. Outros elementos do sistema de homogeneização de gás são projetados e configurados de modo que o gás regulado satisfaça as exigências de desempenho de uma aplicação a jusante. O sistema pode igualmente compreender um sistema de controle de retroalimentação para otimizar a energética e o rendimento do processo.

Um objeto da invenção é fornecer um sistema de homogeneização de gás. De acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um sistema de homogeneização de gás para regular características do gás, compreendendo: uma câmara de homogeneização que compreende uma entrada de gás e uma saída de gás; um ou mais elementos de detecção associados com a câmara de homogeneização para monitorar uma ou mais características do gás; um ou mais elementos de resposta associados com a câmara de homogeneização para efetuar uma mudança em uma ou mais características do gás; e um ou mais dispositivos de processo conectados operativamente a um ou mais elementos de resposta para ajustar uma ou mais características do gás; onde a câmara de homogeneização é projetada para acomodar uma tempo de residência suficiente para permitir a monitoração e a regulação de uma ou mais características do gás.

De acordo com um outro aspecto da invenção, é fornecido um sistema de homogeneização de gás para regular características do gás, compreendendo: uma câmara de homogeneização que compreende uma entrada de gás e uma saída de gás; um mecanismo de entrada de gás em comunicação fluida com a entrada de gás da câmara de homogeneização, compreendendo: um ou mais condutos de entrada e um ou mais elementos de detecção para monitoração de dados em relação à composição química, temperatura, taxa de fluxo e parâmetros de pressão do gás; um mecanismo de saída de gás regulado em comunicação fluida com a saída do gás da câmara de homogeneização para direcionar a saída do gás estabilizado para uma aplicação a jusante, o mecanismo de saída compreendendo um ou mais condutos; um ou mais dispositivos de processo associados com o sistema para regular a composição química, temperatura, taxa de fluxo e parâmetros de pressão do gás; e um ou mais elementos de resposta associados com um ou mais dispositivos de processo para afetar o sistema para aperfeiçoar a composição química, temperatura, taxa de fluxo e parâmetros de pressão do gás; onde a câmara de homogeneização é projetada para acomodar um tempo de residência suficiente para permitir a monitoração e a regulação da composição do gás, temperatura, taxa de fluxo e pressão.

De acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um processo para converter um gás de entrada em um gás regulado usando o sistema de homogeneização de gás de acordo com a invenção, o processo compreendendo as etapas de: fornecer um gás de entrada; monitorar o gás dentro do sistema quanto à composição química, temperatura, taxa de fluxo e pressão por meio de um ou mais elementos de detecção; e fornecer instruções a um ou mais elementos de resposta para ajustar um ou mais dispositivos de processo para aperfeiçoar a composição química, temperatura, taxa de fluxo e/ou parâmetros de pressão do gás produzindo desse modo um gás regulado que satisfaça as exigências da aplicação a jusante.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Estas e outras características da invenção tornar-se-ão mais aparentes na seguinte descrição detalhada em que referência é feita aos desenhos anexados. A Figura IA é uma ilustração de um sistema de homogeneização de gás, de acordo com uma incorporação da invenção, onde o gás é liberado de uma única fonte para uma única câmara de homogeneização e liberado, então, para um único motor por meio de um patim de condicionamento de gás.

A Figura IB é uma ilustração de um sistema de homogeneização de gás, de acordo com uma incorporação da invenção, onde o gás é liberado de uma única fonte para uma única câmara de homogeneização e liberado, então, para um único motor por meio de um aquecedor, filtro e uma válvula reguladora de pressão.

A Figura 2 é uma ilustração de um sistema de homogeneização de gás, de acordo com uma incorporação da invenção, onde o gás é liberado de uma única fonte para uma única câmara de homogeneização e liberado, então, para motores múltiplos por meio de aquecedor e uma pluralidade de filtros e válvulas reguladoras de pressão.

A Figura 3 é uma ilustração de um sistema de homogeneização de gás, de acordo com uma incorporação da invenção, onde o gás é liberado de uma única fonte para uma única câmara de homogeneização e liberado, então, para motores múltiplos, cada motor tendo seu próprio patim de condicionamento de gás.

A Figura 4 é uma ilustração de um sistema de homogeneização de gás, de acordo com uma incorporação da invenção, onde o gás é liberado de fontes múltiplas para uma única câmara de homogeneização e liberado, então, para motores múltiplos, cada motor tendo seu próprio patim de condicionamento de gás.

A Figura 5 é uma ilustração de um sistema de homogeneização de gás, de acordo com uma incorporação da invenção, onde o gás é liberado para motores múltiplos de duas correntes paralelas, cada corrente compreendendo uma única fonte de gás liberada para uma única câmara de homogeneização.

A Figura 6 é uma ilustração de uma câmara de homogeneização de volume constante, de acordo com uma incorporação da invenção.

A Figura 7 é uma ilustração do projeto e da funcionalidade de uma câmara de homogeneização de volume variável de acordo com uma incorporação da invenção.

A Figura 8 é uma ilustração de uma câmara de homogeneização configurada como combinação de vaso de pressão e compressor de acordo com uma incorporação da invenção.

A Figura 9 é uma ilustração de uma câmara de homogeneização configurada como um retentor de gás de membrana dupla de acordo com uma incorporação da invenção.

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

A Figura 1OB é uma vista em seção transversal do retentor de gás do tipo absorção mostrando o projeto do material absorvente.

A Figura 11 é uma ilustração de uma câmara de homogeneização configurada como uma tubulação de diâmetro grande e volume constante subterrânea de acordo com uma incorporação da invenção.

A Figura 12 é uma ilustração de uma pluralidade de câmaras de homogeneização de volume constante arranjadas paralelamente de acordo com uma incorporação da invenção.

A Figura 13 é uma ilustração de um separador gás/líquido de acordo com uma incorporação da invenção.

A Figura 14A ilustra um dispositivo de indução de tiragem configurado como um ventilador de pressão de acordo com uma incorporação da invenção. A Figura 14B ilustra um dispositivo de indução de tiragem configurado como uma bomba de vácuo de acordo com uma incorporação da invenção.

A Figura 15 é um diagrama de fluxo de um processo de gaseificação de acordo com uma incorporação da invenção.

As Figuras 16A-D ilustram dispositivos de regulação da pressão de acordo com incorporações da invenção.

As Figuras 17A-D apresentam dispositivos de regulação de fluxo de acordo com incorporações da invenção.

A Figura 18 apresenta uma válvula de controle de acordo com uma incorporação da invenção.

As Figuras 19A-K ilustram dispositivos de montagem e suporte para o transmissor de pressão de acordo com incorporações da invenção.

A Figura 20A ilustra um compressor de fluxo axial de acordo com uma incorporação da invenção.

A Figura 20B ilustra um compressor alternativo de acordo com uma incorporação da invenção.

A Figura 20C ilustra um compressor de parafuso rotativo de acordo com uma incorporação da invenção.

A Figura 20D ilustra um compressor centrífugo de um estágio de acordo com uma incorporação da invenção.

A Figura 20E ilustra um compressor centrífugo de dois estágios de acordo com uma incorporação da invenção.

A Figura 21A ilustra mecanismos da válvula de alívio de 1,5" χ 2" por 3" χ 4", de acordo com incorporações da invenção.

A Figura 2IB ilustra mecanismos da válvula de alívio de 4" χ 6" por 12" χ 16", de acordo com incorporações da invenção.

A Figura 22 é um diagrama de fluxo de um sistema integrado que combina uma planta de energia de Ciclo Combinado de Gaseificação Integrada (IGCC) e um reator de Processo de Metanol de Fase Líquida (LPMEOHe), de acordo com uma incorporação da invenção.

A Figura 23 é um diagrama de fluxo de um sistema integrado, de acordo com uma incorporação da invenção, onde a planta de energia de Ciclo Combinado de Gaseificação Integrada (IGCC) e a co-produção de líquidos Fischer Tropsch (F-T) são usadas.

A Figura 24 é uma ilustração de uma câmara de homogeneização de volume constante de acordo com uma incorporação da invenção.

A Figura 25 é uma ilustração de um Sistema de Condicionamento de Gás (GCS) e de um Tanque de Armazenamento de Gás de acordo com uma incorporação da invenção.

A Figura 26 é um diagrama de fluxo de uma Planta de Gaseificação a Plasma de Lixo Sólido Municipal (MSW) de acordo com uma incorporação da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Definições

Como usado neste, o termo "aproximadamente" se refere a uma variação de +/- 10% do valor declarado.

O termo "composição do gás" se refere à composição inteira da espécie química dentro de um gás. Na prática, entretanto, este termo será usado geralmente para expressar a espécie e as concentrações dos constituintes químicos que são mais relevantes às aplicações a jusante. Por exemplo, a composição de gás desejável para uma turbina a gás será descrita geralmente em termos da quantidade de nitrogênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono, água e/ou de hidrogênio no gás de síntese. A composição química pode igualmente ser identificada como faltando espécie química específica, isto é, espécie que seria indesejável transferir à aplicação a jusante, tal como um gás que é "isento de H2S". A composição química do gás pode variar extensamente, dependendo da composição do estoque de alimentação usado para gerar o gás e da maneira com a qual o processo de gaseificação, a limpeza do gás e o condicionamento foram realizados. Dependendo do contexto, que será aparente à pessoa qualificada, a composição do gás contemplará ou não elementos de traço.

O termo, "características do gás" se refere às qualidades químicas e físicas do gás, incluindo sua composição química, temperatura, pressão, taxa de fluxo etc. Dependendo do contexto, a pessoa qualificada pode apreciar que ele pode incluir cor, odor, etc.

LHV significa baixo valor calorífico.

HHV significa valor calorífico elevado.

Como usado neste, 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 do processo ou saída do processo, onde 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 estão limitados a, sensores, detectores, monitores, analisadores ou qualquer combinação dos mesmos para a detecção de temperatura, pressão, fluxo, composição e/ou outras características de processo, fluido e/ou material, assim como posição e/ou disposição de material 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 de habilidade comum na arte que os exemplos acima de elementos de detecção, embora cada um relevante dentro do contexto de um sistema de gaseificação, podem não ser especificamente relevantes dentro do contexto da divulgação atual, e como tal, os elementos identificados neste como elementos de detecção não devem ser limitados e/ou interpretados impropriamente à luz destes exemplos.

Como usado aqui, o termo "elemento de resposta" é definido para descrever todo elemento do sistema configurado para responder a uma característica detectada a fim de operar um dispositivo de processo associado operativamente ao mesmo de acordo com um ou mais parâmetros de controle predeterminados, computados, fixos e/ou ajustáveis onde um ou mais parâmetros de controle são definidos para fornecer um resultado desejado do processo. Os elementos de resposta considerados dentro do contexto de um sistema de gaseificação podem incluir, mas não estão limitados a, acionadores estáticos, pré-ajustados e/ou dinamicamente variáveis, fontes de energia e qualquer outro elemento configurável para transmitir uma ação que pode ser mecânica, elétrica, magnética, pneumática, hidráulica ou uma combinação das mesmas a um dispositivo baseado em um ou mais parâmetros de controle. Os dispositivos de processo considerados dentro do contexto de um sistema de gaseificação, e aos quais um ou mais elementos de resposta podem ser acoplados operativamente, podem incluir, mas sem serem limitados a, meios de entrada de material e/ou estoque de alimentação, fontes de calor tal como fontes de calor a plasma, meios de entrada de aditivos, vários ventiladores de gás e/ou outros dispositivos de circulação de gás, vários reguladores de fluxo de gás e/ou pressão e outros dispositivos de processo operáveis para efetuar qualquer processo local, regional e/ou global dentro de um sistema de gaseificação. Será apreciado pela pessoa de habilidade comum na arte que os exemplos acima de elementos de resposta, embora cada um relevante dentro do contexto de um sistema de gaseificação podem não ser especificamente relevantes dentro do contexto da divulgação atual, e como tal, os elementos identificados neste como elementos de resposta não devem ser limitados e/ou interpretados impropriamente à luz destes exemplos.

A menos que definidos de outra maneira, todos os termos técnicos e científicos usados neste têm o mesmo significado que o compreendido geralmente por uma pessoa de habilidade comum na arte a que esta invenção pertence.

Visão Geral

A invenção fornece um sistema de homogeneização para homogeneizar a composição química de um gás e para ajustar outras características do gás, tais como taxa de fluxo, pressão e temperatura para satisfazer as exigências de aplicações a jusante. A corrente de gás de saída resultante chamada de gás regulado é substancialmente contínua e constante e tem características substancialmente bem controladas apropriadas para uma aplicação a jusante.

Esta invenção fornece um sistema que compreende uma ou mais câmaras de vários tamanhos e formas onde o objetivo preliminar da câmara é homogeneizar a composição de um gás para alcançar uma corrente de saída de gás consistente, por exemplo, reduzindo flutuações na concentração de seus constituintes químicos relevantes. A concentração de constituintes químicos no gás da saída variará somente dentro da faixa permissível para os constituintes químicos relevantes. A forma da câmara pode variar de um tanque de armazenamento padrão do gás, com o teto fixo ou flutuante, até uma tubulação de diâmetro grande. Uma consideração importante para a câmara de homogeneização é o seu volume que assegurará que o gás consiga um tempo de residência crítico para permitir a suficiente homogeneização de seus constituintes químicos. Outras considerações incluem exigências da pressão e da temperatura (especialmente ambientais).

As aplicações a jusante, tais como motores a gás e turbina a gás, podem tolerar somente uma taxa de mudança limitada e mudança total limitada de características do gás, tais como a pressão de gás e o valor caloríflco inferior (LHV), fora das quais o desempenho, a confiabilidade ou as emissões da aplicação podem ser afetados. Em conseqüência, é vantajoso estabilizar tanto quanto possível a variação para aperfeiçoar o desempenho da aplicação. O sistema desta invenção fornece a habilidade de entregar um gás regulado que varia somente dentro das taxas e das faixas permitidas por uma aplicação, e o faz de modo que a qualidade do gás esteja em uma faixa que o sistema pode produzir energia substancialmente da maneira mais econômica possível. Em conseqüência, em uma incorporação, o gás regulado da invenção é o gás dentro do qual a taxa de mudança de LHV e pressão do gás, e a mudança total de LHV e de pressão está dentro dos limites de tolerância de uma aplicação a jusante.

Antes de definir os componentes e o processo associados com o sistema de homogeneização de gás, uma breve vista geral das características do gás de entrada e do gás regulado é fornecida abaixo.

Características do gás de entrada

A composição do gás, que entrará no sistema da homogeneização da invenção, é determinada pelo processo de gaseificação. Os ajustes feitos durante o processo de gaseificação permitem que o gás seja aperfeiçoado para aplicações finais específicas (por exemplo, turbinas a gás para a geração de eletricidade), ou aperfeiçoado para a geração de estoques de alimentação diferentes, isto é, fontes diferentes de carbono, tais como carvão ou lixo sólido municipal (MSW). Em conseqüência, a composição do gás pode ser customizada para tecnologias de geração de energia particulares (por exemplo, para motores a gás ou turbina a gás específicos) e, para a melhor eficiência de conversão total, de acordo com os tipos diferentes de estoque de alimentação usados, ajustando os parâmetros operacionais do processo de gaseificação.

O gás que entra no sistema pode ser derivado de um sistema de gaseificação. Os exemplos de gases de entrada apropriados incluem aqueles derivados de um gaseificador, um sistema de condicionamento do gás (GCS), um condicionador de gás de resíduo sólido e semelhantes. Em uma incorporação, o gás de entrada é um gás limpo derivado de um purificador de H2S, um purificador de HCl ou um leito de carbono ativado.

O gás que sai do sistema de gaseificação pode estar dentro de uma faixa definida de uma composição alvo, entretanto, ao longo do tempo o gás pode flutuar em suas características devido à variabilidade no processo de gaseificação tal como a composição do estoque de alimentação e a taxa de alimentação, fluxo de ar e flutuações da temperatura.

Composição e variações

Tipicamente os componentes principais do gás quando ele sai de um sistema de gaseificação tendem a ser monóxido de carbono, nitrogênio, dióxido de carbono, hidrogênio, e água. Quantidades muito menores de metano, etileno, cloreto de hidrogênio e sulfeto de hidrogênio podem igualmente estar presentes.

As proporções exatas dos constituintes químicos diferentes dependem do tipo de estoque de alimentação usado. Por exemplo, o gás produzido de carvão (que é considerado geralmente ser uma composição relativamente uniforme de estoque de alimentação carbonáceo comparada ao lixo sólido municipal), sob um conjunto específico de condições de funcionamento, rende monóxido de carbono em aproximadamente 26%, aproximadamente 11,5% de dióxido de carbono, aproximadamente 28% de hidrogênio e aproximadamente 31% de água. A gaseificação de carvão sub- betuminoso (que tem uma composição apropriada para aproximadamente 23,1 MJ/kg-25,1% de teor de umidade, sob outro conjunto de condições de funcionamento, rende aproximadamente 18,2%, aproximadamente 6,9%, aproximadamente 17,8% e aproximadamente 15,1%, de monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrogênio e água, respectivamente. De fato, há diversos tipos diferentes de carvão, variando da turfa a linhita (umidade em torno de aproximadamente 70%, índice de energia em torno de aproximadamente 8-10 MJ/kg), a carvão negro (umidade em torno de aproximadamente 3% e índice de energia de aproximadamente 24-28 MJ/kg) a antracita (virtualmente nenhuma umidade e índice de energia até aproximadamente 32 MJ/kg), que podem cada um exibir variabilidade substancial no gás produzido dos mesmos.

Pressão e temperatura

Similar ao controle da composição do gás, a pressão e a temperatura do gás podem igualmente ser monitoradas e controladas no sistema de gaseificação a fim de manter estes parâmetros dentro dos limites de tolerância prescritos por uma aplicação a jusante. Apesar destes controles, entretanto, as flutuações na pressão e na temperatura do gás ocorrerão tipicamente ao longo do tempo. No caso da pressão, as flutuações podem ocorrer em uma base do por segundo; e da temperatura em uma base por minuto. Em uma incorporação da invenção, o limite da variação da pressão manométrica é selecionado para ser < do que aproximadamente 1 kP/segundo.

Características do gás regulado

Como notado acima, o gás regulado que sai do sistema de homogeneização de gás da invenção tem características substancialmente estabilizadas que satisfazem as especificações de uma aplicação a jusante. Tipicamente, os fabricantes da máquina fornecerão as exigências e as tolerâncias permitidas pela maquinaria específica; tais parâmetros do gás para um motor a gás ou uma turbina a gás seriam conhecidos por uma pessoa hábil na arte. Em uma incorporação da invenção, um motor a gás pode exigir que a composição LHV de gás regulado tenha um máximo de aproximadamente 1% de alteração em aproximadamente 30 segundos. Em uma incorporação da invenção, os motores a gás podem aceitar gás com HHV tão baixo quanto cerca de 0,445 kcal/Ndm3, contanto que contenha um mínimo de aproximadamente 12% de hidrogênio. Em uma incorporação da invenção, o gás regulado exige que o índice de Wobbe (definido como T (graus R)/raiz quadrada (a densidade)) seja + /- 4% do valor de projeto para uso com motores de turbina. Além disso, um motor de turbina pode igualmente exigir um mínimo LtTV de aproximadamente 2,67 kcal/Ndm3e uma pressão mínima de aproximadamente 3,3 MPa Em uma incorporação da invenção, o motor exigirá uma temperatura do gás regulado superior ou igual a temperatura do ponto de orvalho mais aproximadamente Il0C onde a umidade relativa estiver em um máximo de aproximadamente 80%.

Sistema de Homogeneização de Gás

Como mencionado acima, a invenção fornece um sistema que coleta o gás e atenua flutuações na química da composição do gás em uma câmara de homogeneização. Outros elementos do sistema ajustam opcionalmente características do gás tais como a taxa de fluxo, a umidade, a temperatura e a pressão para estarem dentro de faixas que são aceitáveis para uma aplicação a jusante. O sistema regula desse modo as características do gás para produzir uma corrente contínua de gás com características substancialmente consistentes para a entrega a uma aplicação a jusante, tal como um motor a gás ou uma turbina a gás. O sistema pode igualmente compreender um sistema de controle de retroalimentação para aperfeiçoar a energética e o rendimento do processo.

A figura IA ilustra um sistema de homogeneização de gás 1 configurado de acordo com uma incorporação da invenção para a produção de um gás regulado. O sistema de homogeneização de gás 1 compreende: um arrefecedor 10; um separador gás/líquido 12; uma câmara de homogeneização 14, à qual uma válvula de escape 16 e uma válvula de controle de pressão 18 são conectadas; um patim de condicionamento de gás 20, compreendendo um separador gás/líquido 22 e um aquecedor 24; um filtro 26; e uma válvula de regulagem de pressão 28. O gás regulado pode subseqüentemente ser dirigido através de uma canalização apropriada a um motor 30.

Como indicado pelas setas na Figura IA, um gás entra no sistema de homogeneização 1 no arrefecedor 10, onde a temperatura do gás é ajustada apropriadamente. O gás é entregue, então, ao separador 12 pelos meios apropriados da canalização, onde a umidade do gás é regulada. Depois disto, o gás entra na câmara de homogeneização 14, por meio da canalização de entrada de gás. Uma vez na câmara de homogeneização 14, o gás é misturado ou batido, resultando em um gás que tem uma composição estabilizada. A taxa de fluxo de gás e a pressão do gás misturado ou batido são reguladas ainda mediante saída do gás misturado ou batido da câmara de homogeneização. Os meios apropriados de canalização carregam, então, o gás misturado ou batido para o patim de condicionamento de gás 20, onde a regulagem da temperatura e da umidade do gás misturado ou batido é empreendida. O gás misturado ou batido, carregado por meios apropriados de canalização, é filtrado, então, 26 e regulado para a pressão 28. O gás regulado resultante, cumprindo agora as exigências desejadas para uma aplicação a jusante, pode ser dirigido com os meios apropriados da canalização ao motor 30.

Tipicamente, o gás será transportado de um processo de gaseificação à câmara de homogeneização quando ele é gerado. Para assegurar uma taxa de fluxo uniforme do gás de entrada, um dispositivo de indução de tiragem pode igualmente ser empregado. Similarmente, para assegurar que fatores tais como a composição do gás, a taxa de fluxo, a temperatura e a pressão da corrente de gás de entrada sejam complacentes com a faixa desejada de características alvo, o gás de entrada pode ser monitorado por um sistema de monitoração, como seria conhecido de um técnico hábil, antes da homogeneização. Dado o resultado da análise destes fatores, o gás pode então ser dirigido à câmara de homogeneização.

A Figura IB ilustra um sistema de homogeneização de gás 100, de acordo com uma incorporação da invenção que é configurado para a produção de um gás regulado. O sistema de homogeneização de gás 100 compreende um arrefecedor 110; um separador gás/líquido 112; uma câmara de homogeneização 114, à qual uma válvula de escape 116 e uma válvula de controle de pressão 118 são conectadas; um aquecedor 124; um filtro 126; e uma válvula de regulagem de pressão 128. O gás regulado pode subseqüentemente ser dirigido através de uma canalização apropriada a um motor 130.

A Figura 2 ilustra um sistema de homogeneização de gás 200 configurado de acordo com uma incorporação da invenção que é configurado para a produção de um gás regulado. O sistema de homogeneização de gás .200 compreende: um arrefecedor 210; um separador gás/líquido 212; uma câmara de homogeneização 214, à qual uma válvula de escape 216 e uma válvula de controle de pressão 218 são conectadas; um aquecedor 224; um filtro 232; uma série de filtros 226; e uma série de válvulas de regulagem 228 de pressão. Assim, o gás é derivado de uma única fonte e o gás regulado é entregue a uma série de motores 230 por uma única câmara de homogeneização 214.

A Figura 3 ilustra um sistema de homogeneização de gás 300 configurado de acordo com uma incorporação da invenção que é configurado para a produção de um gás regulado. O sistema de homogeneização de gás .300 compreende: um arrefecedor 310; um separador gás/líquido 312; uma câmara de homogeneização 314, à qual uma válvula de escape 316 e uma válvula de controle de pressão 318 são conectadas; uma série de patins de condicionamento de gás 320, cada patim compreendendo um separador gás/líquido 322 e um aquecedor 324; uma série de filtros 326; e uma série de válvulas de regulagem de pressão 328. Assim, o gás regulado é entregue de uma única fonte a uma série de motores 330 por uma única câmara de homogeneização 314 e a uma série de patins de condicionamento de gás 320.

A Figura 4 ilustra um sistema de homogeneização de gás 400 configurado de acordo com uma incorporação da invenção que é configurado para a produção de um gás regulado. O sistema de homogeneização de gás .400 compreende: uma série de arrefecedores 410 e uma série de separadores gás/líquido 412 que alimentam uma única câmara de homogeneização 414, uma série de patins de condicionamento de gás 420, cada patim compreendendo um separador gás/líquido 422 e um aquecedor 424; uma série de filtros 426; e uma série de válvulas de regulagem de pressão 428. Assim, o gás regulado é gerado de múltiplas fontes de gás e entregue a uma série de motores 430 por uma única câmara de homogeneização 414.

A Figura 5 ilustra um sistema de homogeneização de gás 500 configurado de acordo com uma incorporação da invenção que é configurado para a produção de um gás regulado. O sistema de homogeneização de gás .500 compreende: duas correntes paralelas de componentes 500a e 500b, cada corrente compreendendo um arrefecedor 510, um separador gás/líquido 512, uma câmara de homogeneização 514, um aquecedor 524; e um filtro 532. O gás regulado das duas correntes 500a e 500b é combinado e entregue a uma série de motores 530 por meio de uma serie de filtros 526 e uma série de válvulas de regulagem de pressão 528.

As figuras acima se referem às configurações exemplares do sistema de homogeneização de gás e, conseqüentemente, não são pretendidas para limitar o escopo da invenção de qualquer maneira. Como seria aparente a um trabalhador hábil na arte, outras configurações apropriadas de um sistema de homogeneização de gás seriam úteis em produzir um gás regulado que satisfizesse as exigências de uma aplicação a jusante. Em conseqüência, tais configurações são contempladas igualmente neste.

1) Câmara de Homogeneização

Como mencionado previamente, a câmara de homogeneização de gás da invenção recebe o gás produzido de um sistema de gaseificação e incentiva a mistura ou a mescla do gás para atenuar flutuações na composição química do gás dentro da câmara de homogeneização. As flutuações em outras características do gás, tais como a pressão, temperatura e taxa de fluxo, podem igualmente ser reduzidas durante a mistura do gás.

Em uma incorporação da invenção, as dimensões da câmara são projetadas de acordo com as características de desempenho de um sistema de gaseificação a montante e as exigências de uma aplicação a jusante, com o objetivo de substancialmente minimizar o tamanho da câmara tanto quanto possível. A câmara de homogeneização de gás é projetada para receber gás de um processo de gaseificação e reter o gás por algum tempo de residência para permitir a suficiente mistura ou mescla do gás a fim de atenuar distúrbios e/ou flutuações e conseguir um volume de gás com uma composição química substancialmente consistente.

Em uma incorporação da invenção, as dimensões de uma câmara de homogeneização podem ser calculadas baseadas no tempo de resposta total do sistema que inclui o tempo de residência do processo entre o conversor e a sonda de amostra do analisador, mais o tempo de resposta total do sistema para o sistema de amostra, tempo de análise e transmissão a um sistema de controle da planta (PCS).

Tempo de residência

O tempo de residência é a quantidade média de tempo que o gás permanece na câmara de homogeneização antes de ser direcionado a uma aplicação a jusante. O tempo de residência é substancialmente proporcional ao tempo de resposta do sistema de gaseificação relacionado para aliviar o efeito da taxa de mudança das flutuações na reação de gaseificação a fim de alcançar características do gás que estão dentro dos valores aceitáveis de tolerância. Por exemplo, a composição do gás é retida na câmara de homogeneização tempo suficiente para determinar se está dentro da tolerância de composição do gás permitida para aplicação a jusante particular assim como fazer todos os ajustes ao processo de gaseificação para ajustar o desvio. Desta maneira, o sistema pode afetar a taxa de mudança em características de gás de modo que controles a montante com retardações rápidas de processo possam atender as especificações de uma aplicação a jusante. Em uma modalidade, o tempo de residência é determinado pela mudança máxima de aproximadamente 1% no valor calorífico mais baixo (LHV) por 30 segundos e por uma mudança máxima na pressão de aproximadamente 1 kPa/cm2 por segundo.

Tempo de residência do gás na câmara de homogeneização é determinado pela quantidade de variação nas características do gás. Isto é, quanto menor a variação nas características do gás, mais curto o tempo de residência exigido na câmara de homogeneização para corrigir esta variação.

Dependendo das diferentes modalidades da presente invenção, o tempo de residência pode variar de menos do que aproximadamente um minuto a aproximadamente 20 minutos. Em uma modalidade, o tempo da residência varia de aproximadamente 15 a aproximadamente 20 minutos. Em uma modalidade o tempo de residência varia de aproximadamente 10 a aproximadamente 15 minutos. Em uma modalidade, o tempo de residência varia de aproximadamente 5 a aproximadamente 10 minutos. Em uma modalidade da invenção, o tempo de residência varia de aproximadamente 3 a aproximadamente 5 minutos. Em uma modalidade da invenção, o tempo de residência varia de aproximadamente 1 a aproximadamente 3 minutos. Em uma modalidade da invenção, o tempo de residência varia de aproximadamente 1 a aproximadamente 3 minutos. Em uma modalidade da invenção, o tempo de residência varia de quantidades de menos do que aproximadamente um minuto.

Em uma modalidade, o tempo de residência é de aproximadamente 20 minutos. Em uma modalidade o tempo de residência é de aproximadamente 18 minutos. Em uma modalidade, o tempo de residência é de aproximadamente 15 minutos. Em uma modalidade, o tempo de residência é de aproximadamente 13 minutos. Em uma modalidade, o tempo de residência é de aproximadamente 10 minutos. Em uma modalidade, o tempo de residência é de aproximadamente 8 minutos. Em uma modalidade, o tempo de residência é de aproximadamente 6 minutos. Em uma modalidade, o tempo de residência é de aproximadamente 4 minutos. Em uma modalidade, o tempo de residência é de aproximadamente 3 minutos. Em uma modalidade, o tempo de residência é de aproximadamente 2 minutos. Em uma modalidade, o tempo de residência é de aproximadamente 1 minuto. Em uma modalidade, o tempo de residência é menor do que aproximadamente 1 minuto.

Capacidade de volume

Como mencionado acima, a capacidade de volume da câmara de homogeneização está relacionada ao tempo de residência exigido para uma aplicação a jusante e as flutuações que são esperadas por causa da heterogeneidade do estoque de alimentação. Em uma modalidade da invenção, o volume de gás variável varia de aproximadamente 0-290 m . Em uma modalidade, o volume de gás variável varia de aproximadamente 0-1760 m3 . Em uma modalidade, o volume de gás variável varia de aproximadamente 0-2050 m . Em uma modalidade, o volume de gás variável varia de aproximadamente 0-30.000 m3. Em uma modalidade da invenção, a câmara de homogeneização tem uma capacidade máxima de aproximadamente 290 m3. Em uma modalidade, a câmara de homogeneização tem uma capacidade máxima de aproximadamente 1800 m . Em uma modalidade da invenção, a câmara de homogeneização tem uma capacidade máxima de aproximadamente 2300 m . Em uma modalidade da invenção, a câmara de homogeneização tem uma capacidade máxima de aproximadamente 30.000 m3.

Pressão de Projeto e Possibilidades de Câmaras/Sistemas de Baixa Pressão e Alta Pressão

A aplicação a jusante selecionada pode diretamente impactar a pressão de operação da câmara de homogeneização. Por exemplo, um motor de gás exigirá uma pressão manométrica de gás de aproximadamente 8,3-20,7 kPa enquanto uma turbina de gás exigirá uma pressão manométrica de gás de aproximadamente 1725-4140 kPa. A pressão de projeto mecânico da câmara de homogeneização é calculada correspondentemente para acomodar a pressão de operação exigida para uma aplicação selecionada. Em uma modalidade, a câmara de homogeneização tem uma pressão de projeto mecânico apropriada para manter a pressão de gás para o uso em um motor de gás. Em uma modalidade, a câmara de homogeneização tem uma pressão do projeto mecânico apropriada para manter a pressão de gás para o uso em uma turbina de gás. Em uma modalidade a câmara de homogeneização tem uma pressão de projeto mecânico de aproximadamente 34,5 kPa. Em uma modalidade da invenção, a câmara de homogeneização tem uma pressão de projeto mecânico de aproximadamente 69 kPa. Em uma modalidade da invenção, a câmara de homogeneização tem uma pressão manométrica de projeto mecânico de aproximadamente 172,5 kPa. Em uma modalidade da invenção, a câmara de homogeneização tem uma pressão do projeto mecânico na faixa de aproximadamente 690 a aproximadamente 4140 kPa.

Um versado na técnica também pode apreciar aquela para cumprir as exigências de aplicações a jusante, tais como um motor de gás, um sistema de pressão mais baixa seria mais vantajoso do que para outras aplicações, tais como uma turbina de gás, onde um fluxo de gás de pressão mais elevado seria mais apropriado.

Temperatura de Projeto

A câmara de homogeneização tem uma tolerância de temperatura de projeto mecânico que acomoda o gás que está sendo contido e as especificações da aplicação a jusante. Tipicamente, estas temperaturas variarão aproximadamente de -40°C a aproximadamente 300°C. Em uma modalidade da invenção, a temperatura do projeto mecânico da câmara varia de aproximadamente -37°C a aproximadamente 93°C.

Tipo e Forma de Câmaras de Homogeneização Uma pessoa versada na técnica apreciará que a câmara de homogeneização pode ser formada em uma variedade de formas desde que as exigências funcionais do sistema de homogeneização, discutidas acima, seja satisfeita. A pessoa versada também apreciará que a forma e o tamanho da câmara dependerão da produção do gás e do tempo de residência exigidos para um projeto específico, como discutido acima. O custo e a manutenção são considerações adicionais em selecionar um tipo de câmara de homogeneização.

Os diferentes tipos de câmaras de homogeneização incluem, mas não são limitados a, gasômetro, detentores de gás, tanques de volume variável e de volume fixo, tais como tanques de combustível padrão e tanques de equilíbrio. Assim, de acordo com uma modalidade da invenção, a câmara de homogeneização é um tanque de combustível padrão. De acordo com uma modalidade da invenção, a câmara de homogeneização é um tanque de volume fixo tal como um tanque de equilíbrio. De acordo com uma modalidade da invenção, a câmara de homogeneização é um tanque de volume variável. De acordo com uma modalidade da invenção, a câmara de homogeneização é um detentor de gás ou gasômetro.

Com referência à Figura 6, uma câmara de homogeneização .614 de acordo com uma modalidade da invenção compreende um tanque de volume fixo 600, uma entrada de gás 640, uma saída de gás 642, uma saída de gás de escape 644, um dreno 646, um ou mais bocais de temperatura/pressão 648 e um ou mais bocais de chave de nível 650. O dreno 646 do tanque 600 é uma característica do sistema de drenagem inferior cônico 647, que pode ser associado com meios de isolação ou outros meios apropriados, tais como aquecedores de imersão, para impedir congelamento do condensado em climas mais frios. Opcionalmente, o tanque 600 compreende aletas ou defletores para realçar a mistura do gás, onde a seleção, a forma, o número e a colocação dos quais seriam compreendidas por aqueles da habilidade na arte. Com referência à Figura 7, a câmara de homogeneização 714, de acordo com uma incorporação da invenção, será descrita agora. A câmara de homogeneização 714 (igualmente conhecida como uma câmara de teto flutuante) é capaz de acomodar flutuações pequenas de pressão. A câmara de homogeneização 714 compreende um tanque de volume variável 700 que têm uma entrada de gás 751 e um diafragma 753 conectado a um pistão 752, que atuam juntos para aumentar ou diminuir o volume do tanque.

Em referência à Figura 8, uma câmara de homogeneização 814 de acordo com uma incorporação da invenção, será descrita agora. A câmara de homogeneização 814 (igualmente conhecida como um vaso de pressão) compreende uma saída de gás 854 e uma entrada de gás 856. A entrada de gás é conectada a um compressor 858, que funciona para comprimir o gás antes do armazenamento no vaso de pressão 800. Um trabalhador hábil na arte compreenderá prontamente que como o gás é comprimido antes do armazenamento no vaso de pressão, o vaso de pressão pode ser menor do que os tanques de baixa pressão tradicionais.

Em referência à Figura 9, uma câmara de homogeneização .914, de acordo com uma incorporação da invenção, compreende uma câmara de retenção de gás 900 conectada a uma entrada de gás 968 e a uma saída de gás 970 e definida por uma membrana interna 960 e uma membrana exterior .962. Quando o gás sai da câmara de retenção 900, um ventilador 964, associado com a membrana exterior 962, fornece a inflação à região 965 entre as membranas. Quando o gás é adicionado à câmara de retenção 900, um regulador 967 ajusta a pressão da região inflada 965. Em referência à Figura 10A, uma câmara de homogeneização .1014, de acordo com uma incorporação da invenção, será descrita agora. Nesta incorporação, a câmara de homogeneização 1014 é um retentor de gás do tipo absorção que compreende um tanque de volume constante 1000 que tem uma entrada de gás 1072 e uma saída de gás 1074. Tipicamente, um retentor de absorção de gás ocupa menos espaço do que um tanque de armazenamento tradicional de baixa pressão, devido ao armazenamento de alta densidade do absorvente. A figura IOB ilustra uma vista de seção transversal do tanque 1000, que atua para absorver moléculas do gás.

Em referência à Figura 11, uma câmara de homogeneização 1114, de acordo com uma incorporação da invenção, será descrita agora. Nesta incorporação, a câmara de homogeneização é uma tubulação com um diâmetro que é dimensionado para fornecer o tempo de residência requerido. O tubo de volume fixo 1100 compreende um meio de entrada de gás 1180 e meio de saída de gás 1182. Esta incorporação de uma câmara de homogeneização pode ser particularmente adequada para as aplicações que exigem tempo de residência mínimo para homogeneizar o gás.

Tipicamente a câmara de homogeneização será localizada acima do solo. Entretanto, é contemplado que por razões estéticas, ou naquelas jurisdições que não permitem contenção acima do solo de combustível, uma câmara de homogeneização pode ser localizada no subsolo. Assim, em uma modalidade, a câmara de homogeneização é subterrânea. Em uma modalidade, a câmara de homogeneização está acima do solo. Em uma modalidade da invenção, a câmara de homogeneização é posicionada tal que uma porção dela é subterrânea.

E adicionalmente contemplado que uma câmara de homogeneização da invenção pode ser configurada como um sistema de homogeneização com mais de uma câmara ou pode ser configurada como uma ou mais câmaras de homogeneização únicas fluidamente interconectadas em paralelo. A Figura 12 é uma ilustração de uma pluralidade de câmaras de homogeneização de volume fixo instaladas em paralelo, cada câmara de homogeneização 1214 sendo conectada a um único distribuidor de entrada de gás 1290 e a um único distribuidor de saída de gás 1292. Um trabalhador hábil na arte apreciará prontamente que cada câmara de homogeneização de volume fixo usada na Figura 12 poderia independente ser selecionada como uma das incorporações acima mencionadas, por exemplo, um vaso de pressão, um retentor de gás de dupla membrana, um retentor de gás tipo absorção múltipla, etc. desde que haja uma única entrada de gás e uma única saída de gás para o sistema inteiro. Um trabalhador hábil na arte poderia verificar a conformidade de tais projetos para uma finalidade dada.

Materiais

Sabe-se que o gás proveniente de um sistema de gaseificação pode ser altamente tóxico e inflamável, e em muitos casos será contido externamente exposto às várias condições ambientais tais como mudanças de temperatura extremas, chuva, sol, neve, vento e semelhante. Conseqüentemente, uma câmara de homogeneização será fabricada a partir de um material apropriadamente seguro. Exemplos não limitantes de materiais incluem plástico (PVC), aço, materiais compostos tais como plástico reforçado com fibra de vidro ou aço, e ligas de aço. As câmaras de homogeneização de gás compreendendo uma combinação destes materiais são também contempladas aqui, como são metais compreendendo revestimentos internos apropriados. Metais revestidos, por exemplo, podem ser úteis para aquelas câmaras localizadas no subsolo devido à proteção ambiental adicionada fornecida por tal revestimento. Metais revestidos podem também ser exigidos para satisfazer regulamentos governamentais.

Monitoração de gás dentro da Câmara de Homogeneização

A pessoa versada na técnica apreciará que as características de gás do gás condicionado de entrada serão monitoradas durante o processo de homogeneização do gás a fim de determinar se o gás cumpre com as exigências a jusante e quais ajustes são exigidos a fim de satisfazer tais exigências. O monitoramento das características do gás pode ocorrer dentro da câmara de homogeneização ou antes que o gás seja distribuído para a câmara de homogeneização. O equipamento de monitoramento do gás pode tomar a forma de elementos de detecção, de elementos de resposta, e de controladores que podem monitorar e/ou regular a composição, a taxa de fluxo, temperatura e pressão do gás.

A monitoração das características do gás pode ser parte de um sistema de controle do processo (veja a Figura 15 e a seção Sistema de Controle fornecida abaixo). Assim, em uma incorporação da invenção, um laço de retroalimentação pode ser executado em que o gás produzido é analisado em tempo real e a operação do sistema de gaseificação é ajustada em conseqüência a fim fazer os ajustes necessários.

Em uma modalidade, a câmara de homogeneização compreende um ou mais elementos de detecção para analisar características de gás tais como composição do gás, temperatura, taxa de fluxo e pressão, a configuração de cada elemento de detecção seria prontamente compreendida por um trabalhador versado na técnica. Por exemplo, a temperatura pode ser medida usando um termopar, ou o outro formato de sensor de temperatura; a pressão pode ser medida usando um sensor de pressão absoluta, um sensor de pressão manométrica, sensor de pressão de vácuo, sensor de pressão diferencial ou outro sensor de pressão; a taxa de fluxo pode ser medida usando um medidor de fluxo ou outro sensor de taxa de fluxo; a composição do gás pode ser medida usando um sensor de composição de gás baseado em propriedades acústicas, ou outro sensor de composição de gás como seria prontamente compreendido.

Em uma incorporação, um elemento de detecção particular pode ser configurado para medir características múltiplas do gás, onde estes tipos de sensores seriam compreendidos prontamente por um trabalhador hábil na arte.

Em uma modalidade, a câmara de homogeneização adicionalmente inclui um ou mais controladores configurados para gerar instruções para transmissão a um ou mais elementos de resposta a fim de regular as características do gás tais como composição do gás, temperatura, taxa de fluxo e pressão. Os elementos de resposta contemplados dentro do contexto atual, como definido e descrito acima, podem incluir, mas não ser limitados a, vários elementos de controle acoplados operativamente aos dispositivos relativos ao processo configurados para afetar um processo dado pelo ajuste de um parâmetro de controle dado relativo ao mesmo. Por exemplo, os dispositivos do processo operáveis dentro do contexto atual através de um ou vários elementos de resposta, podem incluir, mas estão limitados a, válvulas de fluxo, válvulas de pressão, aquecedores, ventiladores e semelhantes.

Em uma incorporação da invenção, a freqüência de retroalimentação associada com o laço de retroalimentação pode diretamente depender dos parâmetros ajustados pelo controlador, e da taxa possível em que estes parâmetros podem ser ajustados dentro do sistema. A freqüência de retroalimentação pode ser variável dependendo das circunstâncias que estão sendo monitoradas ou a freqüência de retroalimentação pode ser uma freqüência fixa, ou uma freqüência aleatória.

Em uma modalidade da invenção, múltiplos elementos de detecção são posicionados dentro da câmara de homogeneização a fim de fornecer a capacidade de amostrar característica do gás em posições diferentes dentro da câmara, desse modo, fornecendo um meio para avaliação da homogeneidade do gás aqui. Além disso, um ou mais elementos de detecção redundantes podem ser posicionados dentro da câmara de homogeneização a fim de assegurar operação exata de um ou mais elementos de detecção, por exemplo, detecção de falha. Além disso, em uma modalidade, dois ou mais elementos de detecção são usados para avaliar o mesmo parâmetro e o valor medido do parâmetro é definido como uma correlação entre as leituras determinadas por os dois ou mais elementos de detecção.

Em uma incorporação da invenção, um controlador é acoplado operativamente a um ou vários elementos de detecção associados com a câmara de homogeneização a fim de determinar instruções de controle para a modificação de um ou vários parâmetros associados com o gás. Por exemplo, um controlador pode compreender um ou vários de uma variedade de tipos de dispositivos de computação, de computadores, de microprocessadores, de microcontroladores ou do outro formato de dispositivo de computação que inclui unidades de processamento centrais (CPU) e dispositivos de entrada/saída periféricos para monitorar parâmetros dos dispositivos periféricos que são acoplados operativamente ao controlador. Por exemplo, os dispositivos periféricos podem incluir um ou vários elementos de detecção e/ou um ou vários elementos de resposta. Estes dispositivos de entrada/saída podem igualmente permitir que a CPU se comunique e controle os dispositivos periféricos que são acoplados operativamente ao controlador. O controlador pode operativamente ser acoplado a um dispositivo de memória. Por exemplo, o dispositivo de memória pode ser integrado no controlador ou pode ser um dispositivo de memória conectado ao dispositivo de computação através de uma ligação de comunicação apropriada. O dispositivo de memória pode ser configurado como uma memória somente de leitura programável apagável eletronicamente (EEPROM), memória de leitura apenas programável eletronicamente (EPROM), memória de acesso aleatório permanente (NVRAM), memória de leitura apenas (ROM), a memória de leitura apenas programável (PROM), memória instantânea ou qualquer outra memória permanente para armazenar dados. A memória pode ser usada para armazenar dados e instruções de controle, por exemplo, código de programa, software, microcódigo ou firmware, para a monitoração ou o controle de um ou vários elementos de detecção que são associados com a câmara de homogeneização e são acoplados ao controlador e que podem ser fornecidos para a execução ou o processamento pela CPU. Opcionalmente, o controlador igualmente fornece meios de converter condições de funcionamento específicas do utilizador em sinais de controle para controlar os elementos de resposta acoplados ao controlador. O controlador pode receber comandos específicos de utilizador por uma interface de usuário, por exemplo, um teclado, um teclado de toque, uma tela de toque, um console, um dispositivo de entrada visual ou acústico como é bem conhecido daqueles hábeis nesta arte.

Sistema de Controle

Em uma incorporação da invenção atual, um sistema de controle, tal como aquele ilustrado na Figura 15, pode ser fornecido para controlar um ou mais processos implementados nos, e/ou pelos, vários sistemas e/ou subsistemas divulgados neste, e/ou fornecer controle de um ou mais dispositivos de processo contemplados neste para afetar tais processos. Geralmente, o sistema de controle pode operativamente controlar vários processos locais e/ou regionais relativos a um dado sistema, subsistema ou componente do mesmo e/ou relativos a um ou mais processos globais implementados dentro de um sistema, tal como um sistema de gaseificação, dentro ou em colaboração com o qual as várias incorporações da invenção atual podem ser operadas e ajustar desse modo os vários parâmetros de controle do mesmo adaptados para afetar estes processos para um resultado definido. Os vários elementos de detecção e os elementos de resposta podem conseqüentemente ser distribuídos por todos os sistemas controlados, ou com relação a um ou mais componentes dos mesmos, e usados para adquirir várias características de processo, reagente e/ou produto, comparar estas características às faixas apropriadas de tais características conducentes a conseguir o resultado desejado, e responder implementando mudanças em um ou mais dos processos em curso através de um ou mais dispositivos de processo controláveis.

O sistema de controle compreende geralmente, por exemplo, um ou mais elementos de detecção para detectar uma ou mais características relativas aos sistemas, processos implementados nos mesmos, entradas fornecidas para os mesmos, e/ou saídas geradas pelos mesmos. Uma ou mais plataformas de computação são ligadas comunicativamente a estes elementos de detecção para acessar um valor característico representativo das características detectadas, e configuradas para comparar os valores característicos com uma faixa predeterminada de tais valores definidos para caracterizar estas características como apropriadas para resultados operacionais e/ou a jusante selecionados, e computar um ou mais parâmetros de controle do processo conducentes a manter o valor característico com esta faixa predeterminada. Uma pluralidade de elementos de resposta pode assim ser operativamente ligada a um ou mais dispositivos de processo operáveis para afetar o sistema, o processo, a entrada e/ou a saída e para ajustar desse modo a característica detectada, e comunicativamente ligada às plataformas de computação para acessar os parâmetros de controle de processo computados e operar os dispositivos de processo de acordo com os mesmos.

Em uma incorporação, o sistema de controle fornece um controle com retroalimentação, alimentação para frente e/ou preditivo de vários sistemas, processos, entradas e/ou saídas relativos à conversão do estoque carbonáceo em um gás, de modo a promover uma eficiência de um ou mais processos implementados em relação a mesma. Por exemplo, várias características de processo podem ser avaliadas e controlavelmente ajustadas para influenciar estes processos, as quais podem incluir, mas não são limitadas a, valor calorífico e/ou composição do estoque de alimentação, as características do gás de produto (por exemplo, valor calorífico, temperatura, pressão, fluxo, composição, teor de carbono, etc.), o grau de variação permitido a tais características e o custo das entradas contra o valor das saídas. Ajustes contínuos e/ou em tempo real para vários parâmetros de controle, que podem incluir, mas não são limitados a, potência da fonte de calor, taxa(s) de alimentação de aditivo (por exemplo, oxigênio, oxidantes, vapor, etc.), taxa(s) de alimentação de estoque (por exemplo, uma ou mais alimentações distintas e/ou misturadas), reguladores de pressão/fluxo de gás e/ou do sistema (por exemplo, ventiladores, válvulas de alívio e/ou controle, chamas, etc.), e similares, podem ser executados de uma maneira pela qual uma ou mais características relacionadas ao processo são avaliadas e aperfeiçoadas de acordo com as especificações de projeto e/ou a jusante.

Alternativamente, ou além a isso, o sistema de controle pode ser configurado para monitorar a operação dos vários componentes de um sistema dado para assegurar a operação apropriada e, opcionalmente, para assegurar que o(s) processo(s) executado(s) desse modo estão dentro dos padrões reguladores, quando tais padrões se aplicam.

De acordo com uma incorporação, o sistema de controle pode ainda ser usado na monitoração e no controle do impacto energético total de um sistema dado. Por exemplo, um sistema dado pode ser operado de modo que um impacto energético do mesmo seja reduzido, ou outra vez minimizado, por exemplo, aperfeiçoando um ou mais processos implementados pelo mesmo, ou outra vez aumentando a recuperação de energia (por exemplo, calor desperdiçado) gerada por estes processos. Alternativamente, ou além disso, o sistema de controle pode ser configurado para ajustar uma composição e/ou outras características (por exemplo, temperatura, pressão, fluxo, etc.) de um gás de produto gerado através do(s) processo(s) controlado(s) de modo que tais características não sejam somente apropriadas para uso a jusante, mas igualmente aperfeiçoadas substancialmente para uso eficiente e/ou ótimo. Por exemplo, em uma incorporação onde o gás de produto é usado para acionar um motor a gás de um tipo dado para a produção de eletricidade, as características do gás de produto podem ser ajustadas de modo que estas características são mais bem combinadas com as características ótimas da entrada para tais motores.

Em uma incorporação, o sistema de controle pode ser configurado para ajustar um processo dado de modo que limitações ou diretrizes de desempenho com respeito a reagentes e/ou tempos de residência de produto em vários componentes, ou com respeito a vários processos do processo total, sejam satisfeitas e/ou otimizadas. Por exemplo, uma taxa de processo a montante pode ser controlada de modo a combinar substancialmente um ou mais processos a jusante subseqüentes.

Além disso, o sistema de controle pode, em várias modalidades, ser adaptado para o controle seqüencial e/ou simultâneo de vários aspectos de um dado processo de uma maneira contínua e/ou em tempo real.

Geralmente, o sistema de controle pode compreender qualquer tipo de arquitetura do sistema de controle apropriado para a aplicação à mão. Por exemplo, o sistema de controle pode compreender um sistema de controle substancialmente centralizado, um sistema de controle distribuído, ou uma combinação dos mesmos. Um sistema de controle centralizado compreenderá geralmente um controlador central configurado para comunicar com vários locais e/ou dispositivos de detecção remota e elementos de resposta configurados para detectar respectivamente várias características relevantes ao processo controlado, e responder às mesmas através de um ou vários dispositivos verificáveis de processo adaptados para afetar diretamente ou indiretamente o processo controlado. Usando uma arquitetura centralizada, a maioria das computações são executadas centralmente através de um processador ou de uns processadores centralizados, tal que a maioria da ferragem e/ou do software necessários para executar o controle do processo está situada em uma mesma posição.

Um sistema de controle distribuído compreenderá geralmente dois ou mais controladores distribuídos que podem cada um se comunicar com os elementos respectivos de detecção e resposta para monitorar características locais e/ou regionais, e responder às mesmas através de dispositivos de processo locais e/ou regionais configurados para afetar um processo ou sub-processo local. A comunicação pode igualmente ocorrer entre controladores distribuídos através de várias configurações de rede, onde uma característica detectada através de um primeiro controlador pode ser comunicada a um segundo controlador para resposta no mesmo, onde tal resposta distai pode ter um impacto na característica detectada na primeira posição. Por exemplo, uma característica de um gás de produto a jusante pode ser detectada por um dispositivo de monitoração a jusante, e ajustada ajustando um parâmetro de controle associado com o conversor que é controlado por um controlador a montante. Em uma arquitetura distribuída, o hardware e/ou software de controle são distribuídos igualmente entre controladores, onde um mesmo mas modularmente configurado esquema de controle pode ser implementado em cada controlador, ou vários esquemas de controle modulares cooperativos podem ser implementados em controladores respectivos.

Alternativamente, o sistema de controle pode ser subdividido em subsistemas de controle locais, regionais e/ou globais separados, contudo comunicativãmente ligados. Tal arquitetura pode permitir que um processo dado, ou série de processos inter-relacionados, ocorram e sejam controlados localmente com interação mínima com outros subsistemas de controle locais. Um sistema de controle mestre global poderia, então, comunicar-se com cada um dos subsistemas de controle locais respectivos para dirigir ajustes necessários aos processos locais para um resultado global.

O sistema de controle da invenção atual pode usar qualquer uma das arquiteturas acima, ou qualquer outra arquitetura conhecida geralmente na arte que seja considerada dentro do escopo geral e da natureza da divulgação atual. Por exemplo, processos controlados e implementados dentro do contexto da invenção atual podem ser controlados em um ambiente local dedicado, com comunicação externa opcional com qualquer sistema de controle central e/ou remoto usado para processos a montante e a jusante relativos, quando aplicável. Alternativamente, o sistema de controle pode compreender um sub-componente de um sistema de controle regional e/ou global projetado para controlar cooperativamente um processo regional e/ou global. Por exemplo, um sistema de controle modular pode ser projetado de modo que os módulos de controle controlem interativamente vários sub- componentes de um sistema enquanto prevê comunicações inter-modulares como necessário para o controle regional e/ou global.

O sistema de controle compreende geralmente um ou mais processadores centrais, conectados e/ou distribuídos, uma ou mais entradas para receber características detectadas atuais dos vários elementos de detecção e uma ou mais saídas para comunicar parâmetros de controle novos ou atualizados aos vários elementos de resposta. Uma ou mais plataformas de computação do sistema de controle podem igualmente compreender uma ou mais mídias legíveis por computador locais e/ou remotos (por exemplo, ROM, RAM, mídias removíveis, meios de acesso locais e/ou de rede, etc.) para armazenar nos mesmos vários parâmetros de controle predeterminados e/ou reajustados, jogo de faixas de operação características de sistema e processo preferidas, software de monitoração e controle do sistema, dados operacionais, e semelhantes. Opcionalmente, as plataformas de computação podem igualmente ter acesso, seja diretamente ou através de vários dispositivos de armazenamento de dados, a dados de simulação de processo e/ou otimização de parâmetros do sistema e meios de modelagem. Também, as plataformas de computação podem ser equipadas com uma ou mais interfaces gráficas de usuário e periféricos de entrada para fornecer acesso administrativo ao sistema de controle (atualizações do sistema, manutenção, modificação, adaptação a novos módulos de sistema e/ou equipamento, etc.), assim como vários periféricos de saída opcionais para comunicar dados e informação com fontes externas (por exemplo, modem, conexão de rede, impressora, etc.).

O sistema de processamento e qualquer um dos sistemas de sub-processamento podem compreender exclusivamente hardware ou qualquer combinação de hardware e software. Qualquer um dos sistemas de sub-processamento pode compreender qualquer combinação de um ou mais controladores proporcionais (P), integrais (I) ou diferenciais (D), por exemplo, um controlador P, um controlador I, um controlador PI, um controlador PD, um controlador PID, etc. Será aparente a uma pessoa hábil na arte que a escolha ideal das combinações de controladores Ρ, I, e D depende da dinâmica e do tempo de retardo da parte do processo de reação do sistema de gaseificação e da faixa das condições de funcionamento que a combinação pretende controlar, e da dinâmica e do tempo de retardo do controlador da combinação. Será aparente a uma pessoa hábil na arte que estas combinações podem ser implementadas em uma forma de fio rígido análoga que pode continuamente monitorar através dos elementos de detecção, o valor de uma característica e comparar o mesmo com um valor específico para influenciar um elemento de controle respectivo para fazer um ajuste adequado, através dos elementos de resposta, para reduzir a diferença entre o valor observado e o específico. Será mais aparente a uma pessoa hábil na arte que as combinações podem ser implementadas em um ambiente de hardware- software digital misturado. Os efeitos relevantes da amostragem adicionalmente discricionária, aquisição de dados e processamento digital são conhecidos de uma pessoa hábil na arte. O controle por combinação de Ρ, I, D pode ser implementado em esquemas de controle de alimentação para frente e retroalimentação.

Em controle corretivo, ou retroalimentação, o valor de um parâmetro de controle ou variável de controle, monitorado através de um elemento de detecção apropriado, é comparado a um valor ou faixa específica. Um sinal de controle é determinado com base no desvio entre os dois valores e fornecido a um elemento de controle a fim reduzir o desvio. Apreciar-se-á que uma retroalimentação convencional ou um sistema de controle responsivo podem ainda ser adaptados para compreender um componente adaptável e/ou com preditivo, onde a resposta a uma condição dada pode ser customizada de acordo com reações modeladas e/ou previamente monitoradas para fornecer uma resposta reativa a uma característica detectada enquanto limita ultrapassagens potenciais em ação compensatória. Por exemplo, dados adquiridos e/ou históricos fornecidos para uma dada configuração de sistema podem ser usados cooperativãmente para ajustar uma resposta a uma característica de sistema e/ou processo sendo detectada para estar dentro de uma faixa dada de um valor ótimo para o qual respostas precedentes foram monitoradas e ajustadas para fornecer um resultado desejado. Tais esquemas de controle adaptáveis e/ou preditivos são conhecidos na arte e, como tal, não são considerados como desviando do escopo geral e da natureza da divulgação atual.

2) Mecanismo de Entrada de Gás e Componentes a Montante

Meios de entrada que compreendem uma ou mais canalizações são usados para carregar o gás do sistema de gaseificação à câmara de homogeneização. Como notado acima, os componentes a montante do sistema podem opcionalmente incluir um ou vários arrefecedores, separadores gás/líquido, dispositivos de tiragem induzida, sistemas de monitoramento de gás, que podem incluir controladores da temperatura e da pressão, e válvulas de controle.

Canalizações

O gás é transferido do sistema de gaseificação à câmara de homogeneização da invenção por canalizações que são projetadas para carregar o gás em temperaturas e pressões predeterminadas. A pessoa qualificada apreciará que estas canalizações podem tomar a forma de tubos, tubulações, mangueiras, ou similares. Em referência à Figura 1, e de acordo com uma incorporação da invenção, o gás é transferido a uma única câmara de homogeneização usando uma única canalização que conduz de um único sistema de gaseificação. Em referência às Figuras 4 e 5, e de acordo com incorporações da invenção, o gás podem igualmente ser transferido usando as canalizações múltiplas que conduzem de um ou vários sistemas de gaseificação simultaneamente a uma ou mais câmaras de homogeneização. Em uma incorporação da invenção, as canalizações múltiplas de gás entregam o gás dos sistemas múltiplos de gaseificação às câmaras múltiplas de homogeneização.

Arrefecedor e Separador Gás/Líquido

A pessoa qualificada apreciaria quando se exigiria incorporar um ou vários arrefecedores e/ou um ou vários separadores gás/líquido no sistema de homogeneização de gás descrito neste. Sistemas de arrefecedor são conhecidos na arte e incluem, mas não são limitados a, trocadores de calor casco e tubo ou trocadores de calor placa e estrutura ou outros dispositivos de modificação da temperatura. Estes sistemas podem empregar vários fluidos de resfriamento, tal como água de resfriamento, água gelada, e/ou outros fluidos apropriados. Os separadores gás/líquido são igualmente conhecidos na arte, tal como o tipo separador reservatório ilustrado na Figura 13.

Dispositivo de Tiragem Induzida

Enquanto o gás é extraído tipicamente do sistema de gaseificação quando é gerado, o fluxo de gás é tipicamente não uniforme. Quando o sistema de gaseificação está operando a menos do que a pressão atmosférica, um dispositivo de tiragem induzida pode transportar o gás através da câmara de homogeneização. O dispositivo de tiragem induzida pode ser posicionado em qualquer lugar precedendo a câmara de homogeneização. Como seria compreendido no campo, os dispositivos apropriados de tiragem incluem, mas não são limitados a, ventiladores e bombas de vácuo, ou outros dispositivos de indução de fluxo apropriados. Em uma incorporação, um ventilador de pressão tal como aquele da Figura 14A, funciona de modo similar a uma bomba centrífuga em que as pás do ventilador sugam o ar para o meio do ventilador e expelem o ar em um sentido radial a pressão aumentada. Em outra incorporação, a bomba de vácuo mostrada na Figura 14B é projetada similar a um ventilador, mas ela pode operar somente quando a pressão a montante é substancialmente um vácuo.

Sistema de Monitoramento de Gás que precede a Câmara de Homogeneização

Como discutido acima, as características de gás do gás de entrada podem ser monitoradas dentro da câmara de homogeneização ou antes da entrada. Em uma incorporação, o sistema de monitoramento pode ser parte dos meios de entrada e pode compreender equipamento automatizado, tal como um ou vários elementos de detecção, capazes de fornecer uma avaliação detalhada das características do gás. Por exemplo, estas características podem incluir a monitoração contínua de pressão e de temperatura do gás mais a monitoração contínua da taxa de fluxo de gás de produto e da composição. Um trabalhador hábil na arte compreenderia prontamente os dispositivos da amostragem exigidos para coletar a informação acima a respeito do gás. Por exemplo, a temperatura pode ser medida usando um termopar, ou o outro formato de sensor de temperatura; a pressão pode ser medida usando um sensor de pressão absoluta, um sensor de pressão manométrica, sensor da pressão de vácuo, sensor da pressão diferencial ou outro sensor de pressão; a taxa de fluxo pode ser medida usando um medidor de fluxo ou outro sensor da taxa de fluxo; a composição do gás pode ser medida usando um sensor de composição do gás baseado em propriedades acústicas, ou outro sensor de composição do gás como seria compreendido prontamente.

Em uma incorporação, um elemento de detecção particular pode ser configurado para medir características múltiplas do gás, onde estes tipos de elementos de detecção seriam compreendidos prontamente por um trabalhador hábil na arte.

Além disso, em uma incorporação, o sistema de monitoração pode incluir um meio para a análise do gás conectado operativamente a um sistema de retroalimentação como uma peça integrada, em linha, de um sistema de controle do processo (veja a seção Sistema de Controle fornecida acima). As vantagens fornecidas por uma análise de gás em linha integrada são capacidades de ajuste mais fino do controle de processo e capacidades realçadas de controle e de homogeneização para uma variedade de aplicações do gás.

O sistema de monitoração de gás compreende elemento de detecção para monitorar as características do gás que determinam desse modo quando as características tais como a composição do gás, a taxa de fluxo, a pressão ou a temperatura exigem o ajuste. Tipos diferentes de tais elementos de detecção estão prontamente disponíveis comercialmente e incluem, mas não são limitados a, medidores de fluxo, termopares, medidores da velocidade, pirômetros, sensores do gás, analisadores de gás, ou outros dispositivos de detecção e medição.

Em uma incorporação, por exemplo, quando a necessidade de ajustar uma característica, tal como a pressão de gás é detectada, um sinal é emitido a um elemento de resposta para ajustar uma válvula de fluxo, o que resulta em uma diminuição ou um aumento na taxa de fluxo de gás para a câmara de homogeneização. Tipos diferentes de meios de sinalização para a geração e a transmissão do sinal a um elemento de resposta podem ser usados. Por exemplo, o sinal pode ser transmitido usando transmissão de rádio, transmissão IV, transmissão Bluetooth, transmissão com fio ou sem fio, ou outra técnica de transmissão como seria compreendida prontamente.

Em uma incorporação da invenção, um controlador é acoplado operativamente a um ou vários elementos de detecção e elementos de resposta associados com a amostragem do gás antes de alcançar a câmara de homogeneização a fim determinar instruções de controle para a modificação de um ou vários parâmetros associados com a geração do gás. Por exemplo, um controlador pode compreender um ou vários de uma variedade de tipos de dispositivos de computação, computadores, microprocessadores, microcontroladores ou outro formato de dispositivo de computação que inclui unidades de processamento centrais (CPU) e dispositivos de entrada/saída periféricos para monitorar parâmetros de dispositivos periféricos que são acoplados operativamente ao controlador. Por exemplo, os dispositivos periféricos podem incluir um ou vários elementos de detecção e/ou um ou vários elementos de resposta. Estes dispositivos de entrada/saída podem igualmente permitir que a CPU se comunique e controle os dispositivos periféricos que são acoplados operativamente ao controlador. O controlador pode operativamente ser acoplado a um dispositivo de memória. Por exemplo, o dispositivo de memória pode ser integrado no controlador ou ele pode ser um dispositivo de memória conectado ao dispositivo de computação através de uma ligação de comunicação apropriada. O dispositivo de memória pode ser configurado como uma memória somente de leitura programável eletronicamente apagável (EEPROM), memória de leitura apenas programável eletronicamente (EPROM), memória de acesso aleatório não volátil (NVRAM), memória de leitura somente (ROM), memória de leitura apenas programável (PROM), memória instantânea ou qualquer outra memória permanente para armazenar dados. A memória pode ser usada para armazenar dados e as instruções de controle, por exemplo, código de programa, software, microcódigo ou firmware, para a monitoração ou o controle de um ou vários elementos de detecção que são associados com a câmara de homogeneização e são acoplados ao controlador que pode ser fornecido para a execução ou o processamento pela CPU. Opcionalmente, o controlador igualmente fornece um meio de converter condições de funcionamento específicas de utilizador em sinais de controle para controlar os elementos de resposta acoplados ao controlador. O controlador pode receber comandos específicos de utilizador por uma interface de usuário, por exemplo, um teclado, um teclado de toque, uma tela de toque, um console, um dispositivo de entrada visual ou acústico como é bem conhecido daqueles hábeis nesta arte.

O sistema de monitoração de gás é usado para controlar a produção de gás regulado tal que ela satisfaça os padrões gerais de aplicações a jusante. Se não satisfizer, os ajustes apropriados podem ser feitos ao processo de gaseificação para trazer o gás na conformidade. Alternativamente, ou conjuntamente com o equipamento de monitoração do gás, os meios da entrada de gás podem compreender uma saída desviadora para liberar o gás não conforme, isto é, o gás que não cumpre as exigências para a aplicação a jusante. Desta maneira, o gás não conforme será descartado através de, por exemplo, um desviador que possa conduzir o gás não conforme a um combustor ou a um incinerador, por exemplo, uma chaminé de chamas como ilustrada nas Figuras 1-5. Em conseqüência, caso a composição do gás divirja excessivamente das exigências de uma aplicação a jusante, o gás pode ser desviado. Em uma incorporação, os meios de entrada da invenção incluem o equipamento de monitoração do gás. Em uma incorporação, os meios de entrada incluem o equipamento de monitoração de gás que funciona em colaboração com um desviador.

Sistema de Controle de Pressão

Em algumas incorporações da invenção, os meios da entrada de gás podem ainda compreender um mecanismo para controlar a taxa de fluxo de gás na câmara de homogeneização, assim controlando a pressão do gás na câmara. Este subsistema de controle de pressão pode compreender válvulas convencionais ou sistemas de desligamento conhecidos na arte. Diversos exemplos não limitantes de dispositivos de regulagem de pressão são mostrados, por exemplo, nas Figuras 16A-D. O sistema de controle de pressão responde aos sinais do sistema de monitoração e pode controlar a taxa de fluxo de gás assim como direcionar o gás apropriadamente. Em uma incorporação, o sistema de controle de pressão inclui uma válvula pela qual gás conforme e não conforme pode ser dirigido à câmara de homogeneização e ao combustor ou ao incinerador ou pode ser retransmitido ao gaseificador do sistema de gaseificação, respectivamente.

Como seria compreendido pelo trabalhador qualificado, as válvulas apropriadas para controlar o fluxo de gás são desejáveis. As Figuras 17A-D e a Figura 18 fornecem exemplos não limitantes de dispositivos de regulagem de fluxo e de válvulas de controle, respectivamente. Tais dispositivos de regulagem de fluxo e válvulas podem aumentar ou reduzir a taxa de fluxo de gás pelo menos por aproximadamente 10% a aproximadamente 100%. Como notado acima, a taxa de fluxo de gás é monitorada e ajustada através de um controlador. Por exemplo, em uma incorporação da invenção, se a pressão no sistema aumenta a 100%, o mecanismo de controle da pressão pode emitir um sinal ao ventilador do gás para ajustar as revoluções por minuto (RPM) do ventilador como necessário a fim de reduzir esta pressão.

Dispositivos de montagem e suporte do transmissor de pressão para uso com o sistema de homogeneização de gás são contemplados igualmente neste e estão prontamente disponíveis comercialmente. Exemplos não limitantes deles são fornecidos nas Figuras 19A-K.

3) Mecanismo de Saída de Gás Regulado e Componentes a

Jusante

O sistema de homogeneização de gás igualmente compreende um meio de saída para transferir o gás regulado da câmara de homogeneização às aplicações a jusante (por exemplo, motores a gás ou turbina a gás). Os meios de saída compreendem uma ou mais canalizações para carregar o gás regulado da câmara de homogeneização às aplicações a jusante. O sistema pode opcionalmente incluir um sistema de monitoração de gás, que pode incluir mecanismos de controle da temperatura e da pressão.

Canalizações de Saída

O gás regulado é transferido da câmara de homogeneização à aplicação a jusante por canalizações de gás regulado que são projetadas para carregar o gás em temperaturas e em pressões predeterminadas. A pessoa qualificada apreciará que estas canalizações podem tomar a forma de tubos, tubulações, mangueiras, ou similares.

Em referência À Figura 1, e de acordo com uma incorporação da invenção, o gás regulado é transferido de uma única câmara de homogeneização usando uma única canalização a uma aplicação a jusante. Com referência às Figuras 2, 3 4, e de acordo com outras incorporações da invenção, o gás regulado pode igualmente ser transferido usando canalizações múltiplas de uma única câmara de homogeneização às múltiplas aplicações a jusante.

Em uma incorporação da invenção, as múltiplas câmaras de homogeneização, cada qual com uma canalização correspondente, entregam o gás regulado a uma aplicação a jusante comum simultaneamente. Em uma incorporação da invenção, os meios de saída incluem as múltiplas canalizações de gás regulado que entregam o gás regulado das câmaras múltiplas de homogeneização às múltiplas aplicações a jusante.

A reciclagem do gás regulado é contemplada igualmente neste.

O gás regulado derivado da câmara de homogeneização, por exemplo, pode ser dirigido para re-entrar no sistema em várias posições a montante apropriadas de um sistema completo de gaseificação, através do uso de sistemas apropriados de canalização, como seria compreendido prontamente.

Sistema de monitoração de gás

Como já discutido, um sistema de monitoração é usado para monitorar/controlar o gás ou antes de sua entrada na câmara de homogeneização ou durante sua residência na câmara de homogeneização. Similarmente, um sistema de monitoração pode ser usado para monitorar o gás regulado antes que ele seja entregue à aplicação a jusante. Isto pode servir para confirmar e controlar as características.

Para este fim, os meios de saída de gás regulado podem opcionalmente ainda compreender um ou vários elementos de detecção, elementos de resposta e/ou dispositivos de controle que monitoram e/ou regulam todas ou algumas características do gás regulado (isto é, composição, pressão, taxa de fluxo, e temperatura). Um controlador, por exemplo, pode atuar através de um circuito de retroalimentação em que o gás regulado é analisado em tempo real e os ajustes relevantes são feitos no sistema. Em uma incorporação da invenção, os elementos de detecção analisam a pressão e a taxa de fluxo de gás regulado, e dos dados analisados através de um controlador, um sinal é transmitido para reduzir o fluxo de gás regulado ou queimar o excesso de gás fora da câmara de homogeneização. Em uma incorporação, os elementos de detecção analisam a temperatura do gás regulado e um controlador emite um sinal a um aquecedor e/ou a um arrefecedor para ajustar a temperatura do gás regulado para uma temperatura apropriada para a aplicação a jusante.

Como discutido acima o sistema de monitoração de gás pode compreender um ou vários controladores associados com o mesmo. Em uma incorporação um controlador é associado com o sistema de monitoração de gás que avalia o gás dentro da câmara de homogeneização e um outro controlador é associado com o sistema de monitoração de gás que avalia o gás antes de alcançar a câmara de homogeneização. Nesta configuração os dois controladores podem operar independentemente e podem fornecer instruções a um ou vários elementos de resposta aos quais eles estão conectados a fim de alterar as condições do gás em qualquer uma das posições que estão sendo monitoradas. Em uma incorporação, estes dois controladores estão operando em uma configuração de escravo, onde um controlador mestre é acoplado operativamente a estes dois controladores e o controlador mestre fornece instruções aos dois controladores a fim de permitir um ajuste mais eficiente e direto das características do gás nas posições monitoradas.

Em uma incorporação da invenção, o sistema de monitoração de gás compreende um único controlador que seja acoplado operativamente a um ou vários elementos de detecção e aos elementos de resposta associados com o sistema de monitoração de gás que avalia o gás dentro da câmara de homogeneização e do sistema de monitoração de gás que avalia o gás antes de alcançar a câmara de homogeneização. Esta configuração pode igualmente fornecer meios para ajuste eficiente e direto das características do gás nas posições monitoradas, porém, nesta configuração de controlador único, a conexão operativa com os elementos de detecção e os elementos de resposta pode ser mais complexa, quando comparada com uma configuração de controlador mestre e controladores escravos.

Regulagem de Fluxo e Pressão

Os meios de saída de gás regulado podem ainda compreender meios para controlar a taxa de fluxo de gás regulado da câmara de homogeneização a uma aplicação a jusante. Trabalhando alternadamente ao, ou conjuntamente com o, sistema de controle operativo nos meios de entrada, a pressão da câmara de homogeneização pode ser controlada. O controle de pressão nos meios de saída pode compreender válvulas convencionais ou sistemas de desligamento conhecidos na arte. Como discutido acima, o sistema de controle de fluxo e pressão responde aos sinais do sistema de monitoração empregado para monitorar as características do gás regulado quando ele sai da câmara de homogeneização. Por exemplo, o sistema de controle pode compreender uma válvula reguladora de pressão que possa ser ajustada para controlar a taxa de fluxo de gás e a pressão por um ou vários elementos de resposta.

Aquecedor e Separador Gás/Líquido

Os meios de saída de gás regulado podem ainda compreender meios para aquecer o gás regulado quando ele sai da câmara de homogeneização. A pessoa qualificada igualmente apreciaria quando é vantajoso incorporar um separador gás/líquido no sistema da invenção.

As exigências operacionais de uma aplicação a jusante a respeito da temperatura e da umidade do gás determinarão a temperatura alvo que o gás regulado deve satisfazer antes da transferência à aplicação a jusante. Por exemplo, um motor a gás exigirá tipicamente uma temperatura de não mais do que cerca de 40°C e uma umidade relativa não mais do que de aproximadamente 80% a fim de operar eficientemente. A Figura 13 fornece uma ilustração de uma incorporação de um separador gás/líquido tipo reservatório. Exemplos não limitantes de aquecedores para uso com o sistema incluem caso e tubo, elétricos, aquecedores glicol água ou similares. Uma pessoa hábil na arte apreciará que os aquecedores e os separadores que podem ser empregados com o sistema são prontamente disponíveis comercialmente.

Filtro

Tipicamente, as aplicações a jusante tais como motores a gás e turbina a gás são sensíveis a elementos de traço que podem entrar no gás durante algum ponto do processo de produção de gás. A este respeito, o sistema pode compreender um ou vários filtros de um tamanho apropriado de poro para peneirar estes contaminadores potencialmente interferentes, enquanto substancialmente limita o impacto que o filtro tem na taxa de fluxo de gás. Em uma incorporação, um filtro é associado com o coletor comum aos motores. Em uma incorporação, cada trem de gás do motor tem seu próprio filtro.

Em uma incorporação, ambos os enfoques de filtração acima mencionados são usados e podem ser configurados como um processo de filtração de dois estágios.

Válvulas de Regulagem de Pressão

O dispositivo de saída de gás regulado pode ainda compreender o dispositivo de válvula de regulagem de pressão para controlar a pressão do gás regulado antes da entrega à aplicação a jusante.

Compressor de Gás

A pessoa qualificada apreciará que uma aplicação a jusante ditará as características específicas do gás exigidas para o gás regulado. Por exemplo, a pressão de gás exigida para o funcionamento eficiente de um motor a gás diferirá daquela de uma turbina a gás. Como discutido acima, uma turbina a gás exigirá uma pressão de gás relativamente elevada. Contempla-se, conseqüentemente, que naquelas incorporações que exigem uma pressão de gás elevada, os meios para a pressurização do gás podem ser incluídos no sistema de homogeneização. Os dispositivos de pressurização de gás são conhecidos na arte e podem incluir um compressor de gás de uma variedade de projetos tais como o compressor de fluxo axial, compressor alternativo, compressor rotativo de parafuso, compressor centrífugo mostrado nas Figuras 20 A, B, C, D e E, respectivamente. Outras execuções incluem compressor de fluxo diagonal ou misturado, compressor de labirinto, ou outros dispositivos de pressurização de gás, como seria sabido por um trabalhador hábil na arte.

4) Abertura de Saída de Emergência com Válvula de Controle

O sistema de controle de pressão pode adicionalmente compreender uma ou várias aberturas de saída de emergência com válvulas de controle. Quando o fluxo de gás não puder ser reduzido rapidamente o bastante, por exemplo, devido ao mau funcionamento operacional a montante, ou uma falha a jusante de um motor a gás, uma válvula de controle de emergência pode ser aberta para liberar o gás através de uma abertura de saída de emergência. Dois exemplos não limitantes de válvulas de escape são mostrados nas Figuras 21 AeB, respectivamente.

A válvula de emergência pode ser aberta rapidamente de modo que nenhuma mudança significativa (cerca de <1%) na pressão do gás possa ocorrer. Aqueles versados na arte apreciarão que a abertura de saída de emergência e a válvula correspondente podem ser localizadas em qualquer ponto no sistema de homogeneização da invenção. Em uma incorporação, a abertura de emergência está localizada na câmara de homogeneização. Em uma incorporação, a abertura emergência está localizada nos meios de entrada. Em uma incorporação, a abertura de emergência está localizada nos meios de saída.

Montagem do Sistema de Homogeneização de Gás

A montagem de um sistema de homogeneização de gás pode exigir a provisão de vários meios de fixação, meios conectores, suportes e/ou meios de levantamento, meios de fundação e/ou ancoragem, meios de olhais de aterramento, etc. Uma pessoa hábil na arte apreciará que tais meios são prontamente disponíveis comercialmente e sua instalação compreendida bem.

Aplicações a Jusante

O sistema de acordo com a invenção é configurado para gerar um gás regulado que seja substancialmente uma corrente contínua e constante de gás tendo características definidas. Este gás regulado é entregue a uma ou várias aplicações a jusante para o uso subseqüente do mesmo por estas uma ou mais aplicações a jusante. Por exemplo, uma aplicação a jusante pode ser uma turbina a gás, motor de combustão ou a outra aplicação apropriada que exige um gás regulado para a operação da mesma.

Motor de Turbina de Combustão

Em uma incorporação da invenção, uma aplicação a jusante é um motor de turbina de combustão que combina 02 com CO e H2 para gerar C02, H20 e energia, onde a energia é sob a forma de calor e pressão. Enquanto o gás expande durante o processo da combustão, ele expande através de uma turbina de energia de múltiplos estágios para acionar um compressor de ar de fluxo axial e um gerador a fim de gerar eletricidade. O gás combustível, a saber o gás regulado, deve ser pressurizado a um suficiente nível a fim de alimentar a turbina a gás à medida que a combustão ocorre a uma pressão aproximadamente equivalente à razão de compressão da turbina de combustão.

O gás regulado pode ser entregue a um ou vários motores de turbina de combustão, e o gás regulado pode ser ou comprimido antes da entrega a um motor ou o processo inteiro de gaseificação pode ser operado em uma pressão predeterminada que seja suficiente para a entrega do gás regulado na pressão exigida. A pressão manométrica do gás regulado pode variar de aproximadamente 690-4140 kPa dependendo da razão de compressão do motor de turbina de combustão particular.

Em uma incorporação, antes de entrar no sistema de combustível do motor de turbina de combustão, o gás regulado pode ainda ser filtrado a fim de coletar quaisquer quantidades de traço de matéria particulada que possam ter sido apanhadas no equipamento e no encanamento de processamento associados com o sistema.

Em uma incorporação, um sistema de pré-aquecimento pode ser empregado para pré-aquecer o gás combustível resfriado e comprimido se desejado. Um sistema de pré-aquecimento pode ser configurado para usar o calor residual de um sistema de resfriamento de gás localizado em uma posição alternativa dentro do sistema. Por exemplo, o calor residual pode ser extraído a montante no sistema, por exemplo, quando o gás é resfriado após deixar o processo de gaseificação. O calor residual pode igualmente ser extraído a jusante no sistema e pode ser recuperado das turbinas. Em uma incorporação, o calor residual é extraído tanto a montante como a jusante do sistema.

Em uma incorporação, o pré-aquecimento do gás regulado pode ser útil onde o sistema de resfriamento de gás resfria o gás regulado a uma temperatura exigida por um purificador, e essa temperatura está abaixo de uma temperatura desejável para o gás regulado limpo que é o gás combustível a ser introduzido na câmara de combustão do motor de turbina de combustão. Em uma incorporação, a injeção de vapor pode ser usada em colaboração com alguns motores de turbina de combustão a fim de controlar a formação de NOx e a esta configuração pode constituir uma substituição para a tecnologia de emissão seca.

Motor de Combustão Interna

Em uma incorporação da invenção, uma aplicação a jusante é um motor de combustão interna. Um motor de combustão interna pode produzir energia usando um processo similar àquele discutido acima salvo que o compressor, o combustor e a turbina a gás são substituídos por motor de combustão interna. Um motor de combustão interna pode ser mais fácil de utilizar e pode ser mais barato do que uma turbina, especialmente para unidades de eletro-conversão de gaseificação de pequena escala. Ar e combustível auxiliar podem ser alimentados ao motor de combustão interna de uma maneira predeterminada baseada na composição do gás combustível, a saber o gás regulado.

Sistemas geradores de motor de combustão interna de baixa emissão ambientalmente atraentes para sistemas de gaseificação podem ser fornecidos para melhorar extremamente a eficiência e a redução de poluição. Por exemplo, motor de combustão interna de ignição por vela são vantajosos em que tais motores são menos caros para unidades muito pequenas e são mais fáceis de partir e parar do que as turbinas.

Em uma incorporação da invenção, a fim facilitar a produção de um nível desejado de energia elétrica, particularmente durante a partida, um combustível auxiliar pode ser usado para alimentar o motor de combustão interna, onde este combustível auxiliar pode ser um gás rico em hidrogênio, propano, gás natural, combustível Diesel ou similares. A quantidade de combustível auxiliar exigida pode variar dependendo do valor calorífico inferior do estoque de alimentação carbonáceo que está sendo gaseificado e das exigências de energia para o sistema total de gaseificação, por exemplo.

Tecnologias de Célula de Combustível

Em uma incorporação da invenção, uma aplicação a jusante é uma célula de combustível. Após ter removido os contaminadores, tais como PM, HCL e H2S, a relativamente altas temperaturas (SOFC, cerca de IOOO0C; MCFC cerca de 650°C), o gás de um sistema de gaseificação pode ser alimentado em um sistema de homogeneização de gás para produzir um gás regulado que satisfaça exigências de uma célula de combustível de alta temperatura (por exemplo, Célula de Combustível de Óxido Sólido (SOFC) ou Células de Combustível de Carbonato Derretido (MCFC)). Como limites rígidos de contaminadores podem ter que ser satisfeitos, a fim de impedir a degradação do desempenho da célula de combustível, a configuração de Sistema de Condicionamento de Gás (GCS) a montante pode variar para se adequar às condições de operação da célula de combustível. As composições de gás e oxidante podem igualmente precisar ser ajustadas para aperfeiçoar a eficiência ou o rendimento de uma célula de combustível de alta temperatura.

As células de combustível de carbonato derretido (MCFC) contêm um eletrólito que é uma combinação de carbonatos de álcali (Li, Na, e K) estabilizados em uma matriz cerâmica LÍA102. Assim, em uma incorporação da invenção, a mistura de combustível de entrada gasoso inclui monóxido de carbono, hidrogênio, metano, e hidrocarbonetos, com limites em hidrocarbonetos totais, carregamento de particulado, enxofre (sob a forma de H2S), amônia, e halogênios (por exemplo, HCl). Na temperatura de funcionamento de aproximadamente 1200°F (650°C), a mistura de sal é líquida e um bom condutor iônico.

O processo do anodo para uma MCFC envolve uma reação entre o hidrogênio e os íons de carbonato (C03) do eletrólito, o que produz água e dióxido de carbono (C02) enquanto libera elétrons ao anodo. O processo do catodo combina oxigênio e C02 da corrente de oxidante com elétrons do catodo para produzir íons de carbonato, que entram no eletrólito.

Se o teor de C02 no gás combustível é insuficiente, o C02 pode ser reciclado da corrente de emissão. Em uma incorporação da invenção, uma MCFC produz calor em excesso a uma temperatura que é suficientemente elevada para ser útil em produzir o vapor de alta pressão que pode ser alimentado a uma turbina para gerar eletricidade adicional. Na operação de ciclo combinado (geração alimentada por turbina a vapor e geração alimentada por célula de combustível), as eficiências elétricas superiores a aproximadamente 60% são contempladas para sistemas maduros de MCFC.

Uma célula de combustível de óxido sólido (SOFC) usa um eletrólito cerâmico duro em vez de um líquido e opera em temperaturas de até cerca de IOOO0C (cerca de 1800°F). Neste tipo de célula de combustível, uma mistura de óxido de zircônio e óxido de cálcio dá forma a uma estrutura de cristal, embora outras combinações de óxido sejam usadas igualmente como eletrólitos. O eletrólito sólido é revestido em ambos os lados com materiais de eletrodo porosos especializados. Em uma temperatura de funcionamento relativamente elevada, íons de oxigênio (com uma carga negativa) migram através da estrutura de cristal.

O gás combustível que contém hidrogênio e monóxido de carbono é passado sobre o anodo enquanto um fluxo de íons oxigênio negativamente carregados se movem através do eletrólito para oxidar o combustível. O oxigênio é fornecido, geralmente do ar, no catodo. Os elétrons gerados no anodo viajam através de uma carga externa ao catodo, terminando o circuito que carrega a corrente elétrica.

Em uma incorporação da invenção, eficiências de geração podem variar até aproximadamente 60 por cento. Como as células de combustível de carbonato derretido, as células de óxido sólido podem exigir altas temperaturas de funcionamento que fornecem a oportunidade para "co- geração", isto é, uma aplicação combinada de calor e energia usando calor residual para gerar vapor para aquecimento e resfriamento de espaço, processamento industrial, ou para uso em acionamento de uma turbina a vapor para gerar mais eletricidade.

A célula de combustível (de alta temperatura) consumiria o hidrogênio e (primeiramente em SOFCs) o monóxido de carbono do gás fornecido pelo sistema. O metano contido no gás combustível seria reformado parcialmente em uma célula de combustível de alta temperatura, resultando outra vez em hidrogênio e monóxido de carbono. A mistura de gases que sai da célula de combustível provavelmente ainda incluiria quantidades úteis de gases metano e monóxido de carbono. Estes gases quentes poderiam ser dirigidos ao sistema da homogeneização desta invenção ou desviados a mais trocadores de calor, que poderiam ser usados para a produção de vapor que é usado em um vaso de reação.

Alternativamente, e de acordo com uma incorporação da invenção, gás quente mas limpo pode ser entrada a um sistema de filtração de membrana de hidrogênio de alta para separar o gás de síntese em duas correntes distintas do gás. Uma corrente é composta de hidrogênio puro e a outra de monóxido de carbono puro (CO). Em uma incorporação da invenção, o monóxido de carbono pode ou ser queimado em uma caldeira a gás para facilitar a recuperação de dióxido de carbono (C02) e a conversão de sua energia potencial em vapor, ou ele pode ser transportado a um compressor e engarrafado. Em uma incorporação da invenção, o hidrogênio (H2) pode ou ser convertido em energia em células de combustível ou ele pode ser transportado a um compressor e alimentado, então, nos recipientes que retêm um ou outro de um meio de armazenagem de nanofibra de grafite ou um meio de armazenagem de alumínio anidro, de modo que o H2 possa com segurança ser armazenado ou transportado.

Em uma incorporação da invenção, a linha da alimentação do hidrogênio pode ser fornecida do sistema de filtração de membrana de hidrogênio de alta temperatura às pilhas de célula de combustível como um fornecimento de combustível a elas. As pilhas de célula de combustível deste sistema são tipicamente dos tipos de carbonato derretido que usam gás hidrogênio no anodo e C02 no catodo para produzir a eletricidade. O monóxido de carbono presente no gás produz hidrogênio extra assim como calor (até aproximadamente 1500°F) que pode ser recuperado para produzir vapor, dióxido de carbono e água.

Uma linha de monóxido de carbono pode ser fornecida para dirigir monóxido de carbono do sistema de filtração de membrana de hidrogênio de alta temperatura a uma caldeira a gás convencional. A caldeira a gás queima o CO de modo que C02 e o valor da energia potencial do CO manufaturado pelo sistema de gaseificação possam ser recuperados de maneira mais rentável.

Alguns sistemas de gaseificação a montante serão projetados para a entrada de mais de um combustível ou estoque de alimentação na caldeira, fornecendo desse modo a versatilidade para quantidades aumentadas de produção de eletricidade como necessário ou desejável. Exemplos não limitantes de fontes adicionais de combustível incluem gás natural, assim como os gases obtidos da digestão anaeróbica de resíduos orgânicos (igualmente denominados biogás).

Como seria aparente àqueles de habilidade na arte, dependendo do dispositivo específico de geração de energia elétrica selecionado, pode ser benéfico incluir outros tipos de combustível, além do gás gerado no sistema de gaseificação, para maximizar a eficiência do gerador elétrico. Tais combustíveis adicionais opcionais podem incluir o gás natural, o óleo, e outros combustíveis à base de hidrocarboneto convencionais. Deve-se notar que os combustíveis opcionais não se destinam a fornecer a maioria das calorias ou da energia consumidos pelos geradores elétricos, mas ao contrário são incluídos apenas quando eles podem realçar a eficiência total do sistema. Assim, combustíveis adicionais não são exigidos tipicamente para o uso com o sistema.

Uma configuração alternativa, de acordo com uma incorporação da invenção, emprega um sistema de gaseificação que permita o uso de célula de combustível de carbonato derretido, junto com a produção de C02 e H20 com emissões extremamente reduzidas de óxidos de nitrogênio, monóxido de carbono ou hidrocarbonetos não queimados. Aqui, o monóxido de carbono é alimentado, junto com o hidrogênio, às células de combustível. Estas células de combustível podem ser de carbonato derretido ou outros tipos de células de combustível, que consomem o monóxido de carbono como um combustível valioso.

Em uma incorporação da invenção, a aplicação a jusante inclui as pilhas de célula de combustível de membrana de troca de próton (PEMFC) que empregam o hidrogênio puro resfriado. Como em outras células de combustível, a energia química do combustível é transformada diretamente na eletricidade. A eletricidade é gerada através das seguintes reações

eletroquímicas:

Anodo: 2H2 => 4H+ + 4e" Catodo: O2 + 4H+ + 4e => 2H20

Estas reações ocorrem tipicamente a baixa temperatura (por exemplo, < 100°C) e envolvem separar o hidrogênio em elétrons e em íons de hidrogênio carregados positivamente (prótons) na camada catalítica de platina do anodo, passando prótons através da membrana de troca de prótons (eletrólito) e sua oxidação eletroquímica no catalisador do catodo. Se o eletrólito (membrana de polímero sólido) é saturado com água, um controle cuidadoso da umidade das correntes do anodo e do catodo é exigido. Além disso, as baixas quantidades de CO (por exemplo, níveis mais altos do que aproximadamente 1 ppm) e catalisador envenenador de H2S no anodo podem afetar exigências de pureza do hidrogênio.

Como seria aparente a um trabalhador hábil na arte, PEMFCs geram tipicamente mais energia para um volume e um peso dados do que outros tipos de células de combustível e permitem adicionalmente uma partida rápida. Assim, de acordo com uma incorporação da invenção, a eficiência contemporânea das pilhas de PEMFC alcança valores de aproximadamente 35-45%.

Em uma incorporação, um sistema é configurado para permitir o uso de gás hidrogênio para acionar turbinas para gerar eletricidade. Isto é possível sem dano a componentes internos críticos pela alta temperatura de combustão do gás de síntese e resulta em emissões extremamente reduzidas de óxidos de nitrogênio. Em uma incorporação, o hidrogênio da membrana de hidrogênio de alta temperatura pode ser entrado em um sistema de injeção de água atomizador onde água deionizada é adicionada antes que a combinação seja queimada em uma turbina a gás ou um motor de combustão interna para converter energia em força mecânica e acionar um gerador que forneça eletricidade. Aqui, a água atua para limitar as temperaturas internas e impedir desse modo dano por calor aos componentes internos críticos. Além disso, o sistema de injeção de água do atomizador torna possível operar esta invenção em posições e/ou em ocasiões em que tais combustíveis alternativos não podem ser prontamente disponíveis em quantidade. Além disso, o uso de atomizador de irrigação pode notadamente abaixar as emissões de óxido nitroso causadas pelas altas temperaturas da combustão de misturas de gás de síntese e/ou combustível alternativo.

Poligeração

De acordo com a invenção, as aplicações a jusante podem incluir poligeração. Assim, o gás de um sistema de gaseificação pode ser alimentado em um sistema de homogeneização de gás para produzir um gás regulado que satisfaça as exigências para poligeração. Poligeração envolve a co-produção de eletricidade e combustíveis sintéticos, que são descritos em mais detalhes abaixo, e pode ser empregada em plantas de Ciclo Combinado de Gaseificação Integrada (IGCC) usando carvão. Os combustíveis sintéticos potenciais gerados incluem etanol, metanol, o di-metil-éter (DME) e líquidos de Fischer-Tropsch (F-T) (Diesel, gasolina).

i) Co-produção de eletricidade e metanol

Em uma incorporação da invenção, um sistema baseado no gás derivado de um sistema de gaseificação permite a co-produção da eletricidade e metanol, que pode ser usado como um estoque de alimentação químico ou como um portador de energia. Como um portador de energia, o metanol tem numerosas aplicações potenciais. O metanol (MeOH) é potencialmente um combustível alternativo mais limpo para o futuro. Uma possibilidade atrativa é seu uso em células de combustível para aplicações móveis. O metanol pode facilmente ser reformado em hidrogênio e mais facilmente armazenado e transportado do que hidrogênio.

Em uma incorporação da invenção, uma configuração de sistema que combina o Processo de Metanol de Fase Líquida (LPMEOHe) e uma planta de energia IGCC é contemplada neste. Tipicamente este sistema pode alcançar níveis mais elevados de conversão de gás de síntese em uma única passagem através do reator e tem custos mais baixos de purificação do que uma tecnologia de produção de metanol de fase gás convencional. Além, tal sistema pode permitir a produção de metanol de alta qualidade de uma faixa mais ampla de composições de gás e especificamente de mistura de gases ricos em monóxido de carbono. De acordo com uma incorporação da invenção, a Figura 22 apresenta o diagrama de fluxo do processo de um sistema de co-produção de metanol/eletricidade.

ii) Co-produção de eletricidade e isobutanol A demanda por metil-t-butil éter (MTBE) e outros éteres terciários de alquila como aditivos da gasolina atraiu a atenção aos caminhos alternativos para sua produção. Em uma incorporação da invenção, um sistema para a síntese de misturas de isobutanol-metanol através da hidrogenação de CO é contemplado. Em uma incorporação, a mistura de isobutanol/metanol formada na síntese de isobutanol pode igualmente reagir conjuntamente sobre um catalisador para render MTBE.

iii) Co-produção de eletricidade e hidrocarbonetos De acordo com uma incorporação da invenção, uma planta de gaseificação pode co-produzir eletricidade e líquidos combustíveis de Fischer- Tropsch (F-T). O processamento direto do gás na reação F-T elimina a necessidade de uma etapa adicional (deslocamento água-gás) para aumentar a razão H2/CO. A atividade inerente de deslocamento água-gás possuída por alguns catalisadores, tais como catalisadores F-T de ferro, permite o processamento direto de gás de síntese de baixa razão H2/CO. A reação de deslocamento água-gás (WGS) ocorre simultaneamente com a produção de hidrocarbonetos durante a reação F-T sobre catalisadores à base de ferro. Estas duas reações são:

F-TS: nCO + 2nH2 (-CH2-)„ + nH20 (1) WGS: CO + H2O ~ CO2 + H2 (2) As extensões relativas das reações F-T e WGS precisam ser aperfeiçoadas para a produção máxima de hidrocarbonetos. Em uma incorporação, a reação F-T produz uma grande variedade de hidrocarbonetos que variam de gases leves a cera pesada (>C20). Dentre outros, Diesel limpo (ClO-C15) e gasolina (C5-C12) podem ser obtidos, os quais não contêm enxofre nem nitrogênio, têm teores muito baixos de aromáticos e exibem um alto números de Cetanos, o que implica em capacidade mais alta de um combustível entrar em auto-ignição.

De acordo com uma incorporação da invenção, a Figura 23 mostra sistema integrado IGCC e de co-produção de líquido F-T.

Síntese Química

O gás obtido da gaseificação do estoque de alimentação carbonáceo é igualmente uma fonte rica em produtos químicos. De acordo com uma incorporação da invenção, os gases podem ser recombinados em combustíveis líquidos, incluindo combustíveis de transporte de primeira qualidade, e uma faixa de petroquímicos que, por sua vez, servem como estoque de alimentação em indústrias químicas e de refinação. Por exemplo, em contraste com a combustão convencional, o dióxido de carbono sai de um gaseificador em uma corrente concentrada ao invés de diluída em um volume alto de gás de exaustão. Isto permite que o dióxido de carbono seja capturado mais eficazmente e usado, então, para finalidades comerciais ou seqüestrado.

Como notado acima, o gás de síntese pode ser usado como um bloco de construção para a síntese química assim como um estoque de alimentação para a recuperação de monóxido de carbono e hidrogênio puros. A razão teórica CO:H2 é 1 para a síntese de hidrogênio, 1 para a produção de etanol, 0,5 para a produção de metanol, e 0.33 para a síntese de SNG. O processo é muito competitivo a uma razão de 1, mas pode ser modificado para produzir razões diferentes, geralmente a certo aumento no custo. Um grande número de produtos pode ser produzido. Exemplos não limitadores dos produtos principais incluem:

• Etanol (direto de CO/H2 ou de metanol)

• Alcoois misturados (direto de CO/H2 ou de metanol)

• Metanol

• SNG através de metilação

• Parafinas e olefinas, Diesel e gasolina (síntese de Fischer-

Tropsch)

• Benzeno, tolueno, e xileno (processo Mobil de metanol)

• Etileno (processo Mobil de metanol) • Etileno (de CO/H2 através do processo modificado de Fischer-

Tropsch, isto é, Ruhrchemie)

• Etileno (de parafinas FT através do processo de craqueamento)

• Hidrogênio e monóxido de carbono pela separação

i) Etanol

De acordo com a invenção, um processo para a síntese de etanol do gás é contemplado. Em uma incorporação da invenção, o processo envolve a conversão catalítica que envolve o uso de catalisadores específicos em temperaturas elevadas. A conversão rende uma mistura de etanol, metanol e outros álcoois mais elevados e o produto alvo (etanol) pode ser obtidos na pureza de 95% pela destilação.

Em uma incorporação da invenção, o processo envolve uma conversão por fermentação que ocorre em temperaturas suaves em torno de 37°C na presença de bactérias específicas.

CO + 1Z2 H20 = 1/6 C2H50H + 2/3 C02 H2 + 1/3 C02 = 1/6 C2H50H + Z2 H20

ii) Metanol

De acordo com a invenção, um processo para a síntese do metanol do gás é contemplado. Em uma incorporação da invenção, a produção do metanol do gás envolve uma reação catalítica de hidrogenação onde o monóxido de carbono e o hidrogênio reagem para formar metanol. Esta reação ocorre a 50-100 atm e a 250-3OO0C para uma seletividade elevada de metanol e é conhecida na arte. A reação é como segue:

CO + 2 H2 CH30H

O metanol gerado pode, então, ser ainda reagido com o CO para produzir ácido acético e outros derivados usados na manufatura de uma variedade de produtos de consumo. Desta maneira, o metanol produziu do gás de síntese atua por sua vez como um estoque de alimentação valioso para uma variedade de outros produtos químicos (por exemplo, na manufatura de anidrido acético, acetato metílico e dimetil tereftalato). Os gases processados pela invenção podem igualmente ser usados nas indústrias de plásticos e fertilizantes.

O metanol é um líquido de queima limpa que pode ser usado para alimentar turbinas de geração de eletricidade assim como um combustível para automóveis e outros veículos.

iii) Hidrogênio

De acordo com a invenção, um processo para a síntese de hidrogênio do gás é contemplado. Em uma incorporação da invenção, o hidrogênio pode ser derivado comercialmente do gás em duas etapas. O gás de síntese é convertido primeiramente cataliticamente de acordo com a seguinte equação: CO + H20 = C02 + H2. A segunda etapa purifica o hidrogênio produzido da primeira etapa pela separação a baixa temperatura, adsorção por balanço de pressão ou difusão.

iv) Monóxido de Carbono

De acordo com a invenção, um processo para a síntese de monóxido de carbono do gás é contemplado. Em uma incorporação da invenção, o monóxido de carbono pode ser derivado comercialmente do gás usando um processo de separação. O processo de separação pode ser baseado na condensação e na destilação do monóxido de carbono na fase líquida a baixa temperatura ou na absorção seletiva do monóxido de carbono.

v) Metano (Substitui Gás Natural ou SNG)

De acordo com a invenção, um processo para a síntese de metano do gás é contemplado. Em uma incorporação da invenção, o gás pode ser hidrogenado até metano (CO + 3H2 = CH4 + H20) na presença de catalisadores específicos. A conversão pode ser realizada em um leito fluidizado ou em um processo de fase líquida. Os catalisadores usados na conversão são normalmente altamente seletivos para metano e somente pequenas quantidades de hidrocarbonetos mais elevados são formadas. vi) Hidrocarbonetos - síntese de Fischer-Tropsch De acordo com a invenção, um processo para a síntese de hidrocarbonetos do gás é contemplado. Em uma incorporação da invenção, a hidrogenação catalítica de monóxido de carbono com os catalisadores que contêm ferro, cobalto, ou rutênio produz hidrocarbonetos. A síntese de Fischer-Tropsch (F-T) pode fornecer uma grande variedade de hidrocarbonetos que variam do metano à gasolina ao Diesel às ceras.

A tecnologia F-T é uma arte conhecida nas indústrias de produtos químicos e de refinação, especialmente para produzir gasolina e combustível Diesel do gás produzido pela gaseificação de carvão. As diferenças de projeto de processo dentre os produtos de F-T são primeiramente um resultado de mudanças à pressão, temperatura do processo e do uso de catalisadores feitos sob encomenda para ajustar reações químicas e produzir o produto desejado.

Tipicamente, não é possível para o catalisador F-T produzir um único produto (por exemplo etanol) com um passe. Conseqüentemente, a fim aumentar o rendimento do etanol e de acordo com uma incorporação da invenção, é necessário separar os produtos (metanol) por destilação e reintroduzir o metanol com o H2 e o CO no estágio da compressão. Diversas passagens são exigidas.

Para ganhar uma compreensão melhor da invenção descrita neste, os seguintes exemplos são determinados. Compreender-se-á que estes exemplos se destinam a descrever incorporações ilustrativas da invenção e não se destinam a limitar o escopo da invenção de nenhuma maneira.

EXEMPLOS

EXEMPLO 1:

O seguinte define características de uma câmara de homogeneização de acordo com uma incorporação da invenção.

Em uma incorporação, uma câmara de homogeneização fornece suficiente armazenamento para permitir misturar o gás de produto, de modo que variabilidade a curto prazo na qualidade do gás seja minimizada substancialmente, onde a câmara de homogeneização está localizada fora de onde seja exposta à carga de neve, chuva e vento.

Exigências funcionais

O gás de entrada pode ser altamente tóxico e inflamável e assim as seguintes características de segurança exigidas podem ser consideradas durante o projeto da câmara de homogeneização.

Por exemplo, a câmara de homogeneização é projetada para cumprir exigências funcionais a seguir.

<table>table see original document page 70</column></row><table>

Para o projeto da câmara de homogeneização as seguintes duas circunstâncias devem ser consideradas:

(1) fluxo máximo na saída de gás sem o fluxo de entrada

(2) fluxo máximo na entrada de gás sem o fluxo de saída Uma incorporação da composição do gás a ser armazenada é

definida como segue: <table>table see original document page 71</column></row><table>

Em uma incorporação da invenção, a câmara de

homogeneização é configurada tal que as seguintes aberturas sejam fornecidas.

- uma Porta de visita de 91,44 cm (Casco) - uma Porta de visita de 91,44 cm (Teto)

- um Flange de 45,72 cm (para a entrada de gás)

- um Flange de 45,72 cm (para a saída de gás)

- quatro bocais flangeados de 2,54 cm na parte superior da câmara de homogeneização

- dois bocais flangeados de 7,62 cm na parte superior da

câmara de homogeneização

- dois bocais flangeados de 10,16 cm na parte superior da câmara de homogeneização

- dois bocais flangeados de 15,24 cm na parte superior da câmara de homogeneização

- um dreno de 5,08 cm na parte inferior da câmara de homogeneização.

Em uma incorporação da invenção, a câmara de homogeneização é configurada tal que as seguintes exigências sejam cumpridas. .1) Provisão de todas as aberturas e tampas de porta de visita exigidas, flanges cegos

.2) Provisão de todas as sustentações exigidas para a plataforma de inspeção e de manutenção, escadas de acesso para inspeção.

.3) Provisão dos ganchos de levantamento e de olhais de aterramento exigidos para a câmara de homogeneização.

Em uma incorporação da invenção, a câmara de homogeneização é projetada na consideração das seguintes circunstâncias ambientais.

Elevação acima do nível do mar médio - 80 m Latitude - 45° 24' N Longitude - 75° 40' W

Pressão atmosférica média absoluta - 100 kPa

Temperatura de bulbo seco máxima no verão - 38°C

Temperatura de bulbo seco de projeto no verão - 35ºC

Temperatura de bulbo úmido de projeto no verão - 29.4°C

Temperatura de bulbo seco mínima no inverno - -36,11°C

Velocidade média do vento-3,9 m/s

Velocidade máxima do vento-37,5 m/s

Velocidade do vento de projeto - 160 km/h

Sentido de vento de prevalência - principalmente do sul e oeste

Informação sísmica - zona 3

Material de construção

O material de construção é baseado em condições de projeto e na composição do gás.

Confiabilidade e Capacidade de Manutenção

O acesso apropriado para a inspeção e a manutenção é fornecido. A câmara de homogeneização é altamente confiável e todas as gaxetas e flanges usados são de padrões apropriados para evitar qualquer falha durante a operação.

Garantia de Qualidade

Um sistema de qualidade que assegure que os produtos cumprem todas as exigências é seguido.

Cada sistema é geralmente capaz de funcionar em um

ambiente industrial por muitos anos, com confiabilidade e disponibilidade muito elevadas. Em uma incorporação, o sistema é projetado para confiabilidade (que inclui redução de especificação apropriada de todos os componentes) e em que um sistema detalhado de inspeções e testes seja conduzido para assegurar e demonstrar a conformidade com todos os elementos da especificação, incluindo exigências de interface.

Uma câmara de homogeneização será geralmente rastreável pelo número de série. Os dados de teste ou um Certificado de Conformidade, serão empregados tipicamente para assegurar que o equipamento satisfaz todos os aspectos da Especificação de Requisitos.

Todos os dados de teste e de inspeção são mantidos pelo número de série da unidade.

EXEMPLO 2:

Em uma incorporação da invenção, uma câmara de homogeneização fornece o suficiente armazenamento para permitir misturar o gás de modo que a variabilidade a curto prazo na qualidade e na pressão do gás seja minimizada, onde a câmara de homogeneização está localizada fora de onde ela é exposta à carga da neve, chuva e vento.

A estrutura de sustentação da câmara de homogeneização faz interface com uma fundação de concreto. A câmara de homogeneização é autônoma e as dimensões da câmara de homogeneização são projetadas para cumprir exigências da engenharia mecânica. A câmara de homogeneização de gás compreende tipicamente um único tanque, que é erigido no local.

Em uma incorporação, alguma água condensa-se para fora do gás, assim um bocal inferior de dreno é incluído no projeto da câmara de homogeneização com esta finalidade. Para ajudar a drenar a câmara de homogeneização, exige-se que a parte inferior da câmara de homogeneização não seja lisa, por exemplo, a câmara de homogeneização é configurada tendo uma parte inferior cônica com uma saia. Em uma incorporação, tubulação de dreno rastreada/isolada é usada para formar o flange de dreno. A água dentro da câmara de homogeneização drena por gravidade para um dreno no piso, conseqüentemente a câmara de homogeneização é ligeiramente elevada.

Em uma incorporação a câmara de homogeneização é configurada para satisfazer as seguintes exigências funcionais.

<table>table see original document page 74</column></row><table> Em uma incorporação, o material de construção da câmara de homogeneização considera a composição do gás dada abaixo, onde a corrosão deve ser esperada da água devido ao teor provável de HCl e H2S. <table>table see original document page 75</column></row><table>

Em uma incorporação da invenção, a câmara de

- uma porta de visita de 91,44 cm perto da parte inferior da câmara de homogeneização

- um flange de 6" na parte superior para alívio

- um flange de 40,64 cm no casco para entrada de gás

- um flange de 40,64 cm no casco para saída de gás

- seis flanges de 2,54 cm no casco (2 pressões, 1 temperatura, 3 sobressalentes)

- um flange de 5,08 cm na parte inferior da câmara de homogeneização (dreno)

- um flange de 2,54 cm no cone inferior para interruptores de

nível.

Em uma incorporação da invenção, a câmara de

homogeneização é configurada tal que as seguintes exigências sejam cumpridas.

.1) A provisão de todas as aberturas e tampas de porta de visita exigidas, e flanges cegos para todos os bocais sobressalentes. .2) Provisão de uma escada para a parte superior da câmara de homogeneização permitindo o acesso seguro, por exemplo, com a integração de um corrimão que pode ser levado ao teto e válvula de escape.

.3) Provisão de ganchos de levantamento e parafusos de escora exigidos.

.4) Provisão de uma parede anelar de concreto.

.5) Provisão de revestimentos interiores e exteriores da câmara de homogeneização, se requeridos.

.6) Provisão do traçado de isolação e de rastreamento de calor da parte inferior da câmara de homogeneização.

.7) Provisão de uma laje de concreto.

Em uma incorporação da invenção, a câmara de homogeneização é configurada de acordo com as especificações definidas na Figura 24.

Materiais e construção

A câmara de homogeneização é projetada e construída para operar em um ambiente industrial severo (processamento de lixo). Como mencionado acima, o material de construção é baseado nas condições de projeto e na composição do gás. A corrosão da água, HCl, H2S é considerada durante a seleção dos materiais de construção.

EXEMPLO 3

O seguinte fornece exigências funcionais para um ventilador de gás de acordo com uma incorporação da invenção.

Em uma incorporação, o ventilador de gás inclui um resfriador de gás e será usado para retirar o gás de um sistema de gaseificação de plasma. O ventilador de gás é configurado para fornecer sucção adequada através de todo o equipamento e encanamento conforme as especificações descritas abaixo.

Exigências funcionais

O gás de entrada é inflamável e criará uma mistura explosiva com o ar, assim, em uma incorporação da invenção todo fluido de serviço, isto é, purga de vedação, é feito com nitrogênio. Em uma incorporação da invenção, o ventilador é operado através de um acionamento de velocidade variável (VSD) dentro da faixa do fluxo de 10% a 100%.

A engenharia do sistema será feita com boa prática da engenharia e seguindo todos os códigos aplicáveis, padrões e diretrizes OSHA provinciais e nacionais. O ventilador é operado através de um acionamento de velocidade variável (VSD) dentro da faixa de fluxo de 10% a 100%.

O ventilador de gás é projetado, por exemplo, para cumprir as exigências funcionais a seguir.

Temperatura de entrada de gás normal 35°C Pressão manométrica de sucção de gás normal -6,9 kPa Taxa de fluxo de gás normal 7200 NmVh Taxa de fluxo de gás máxima 9300 Nm3/h Temperatura de sucção de gás máxima 40 C Pressão manométrica de descarga normal 20,7 kPa Temperatura de descarga normal (após resfriador de gás) <35°C Pressão manométrica de projeto mecânico 34,5 kPa Umidade relativa do gás na entrada do ventilador 100% Peso molecular do gás 23,3 Temperatura da alimentação de água de resfriamento (resfriador de gás de produto) 29,5°C Temperatura de descarga de gás aceitável máxima (após resfriador de gás de produto) 40 C Razão de desligamento 10%

Em uma incorporação da invenção, a composição do gás extraído através do sistema pelo ventilador de gás é definida como a seguir: <table>table see original document page 78</column></row><table> Para evitar uma mistura explosiva, de acordo com uma incorporação da invenção, o ventilador é configurado tal que haja o mínimo ou nenhuma entrada de ar da atmosfera. Como o gás pode ser tóxico e inflamável, de acordo com uma incorporação da invenção, o ventilador é configurado tal que haja o mínimo ou nenhum vazamento de gás para a atmosfera. Em uma incorporação da invenção, o ventilador tem uma vedação do eixo isenta de vazamento. Em uma incorporação, um sistema de detecção de vazamento avançado para vazamento em ambos os sentidos é fornecido.

Em uma incorporação da invenção, o ventilador de gás é configurado tal que as seguintes exigências sejam cumpridas.

.1. Provisão de um motor à prova de explosão com vedação de eixo do ventilador isento de vazamento.

.2. Provisão de resfriador do gás de produto.

.3. Provisão de silenciador com caixa acústica para satisfazer . 80 dbA a Im de exigência de regulamento de ruído.

.4. Provisão de uma placa base comum para o ventilador e o

motor.

.5. Provisão de uma bomba de óleo auxiliar com motor, e todas as instrumentações exigidas para o sistema auxiliar do ventilador.

.6. Provisão de todos os instrumentos e controles (isto é, baixo e interruptor de pressão de óleo baixa e alta, interruptor de alta pressão de descarga e temperatura, interruptor de temperatura diferencial e pressão). Em uma incorporação, todos os interruptores serão aprovados C SA, manômetro de pressão de descarga, termômetro de temperatura de descarga, manômetro de pressão do óleo e termômetro. Em uma incorporação, todos os instrumentos serão ligados em caixa de junção à prova de explosões comum e VFD será controlado por um transmissor de pressão instalado a montante do ventilador.

7. Provisão de válvula de retenção de descarga de zero vazamento.

8. Provisão de sistema de segurança de equipamento para proteger o ventilador de pressão excessiva /vácuo/interrupção de descarga (por exemplo, os sistemas como PRV e linha de reciclo).

Exigências técnicas

Em uma incorporação o ventilador satisfaz as exigências funcionais da Seção 2 e opera em aproximadamente 600 Volts, 3 fases, 60 Hz.

Ambiente

O ventilador de gás de produto e o resfriador de gás de produto podem ser localizados fora do edifício onde eles serão expostos à chuva, neve e vento. Assim, em uma incorporação, o ventilador de gás é configurado para suportar as seguintes circunstâncias ambientais.

Elevação acima do nível do mar médio - 80 m Latitude - 45° 24' N Longitude - 75° 40' W Pressão atmosférica média absoluta 100 kPa Temperatura de bulbo seco máxima no verão - 38°C Temperatura de bulbo seco de projeto no verão - 35ºC Temperatura de bulbo úmido de projeto no verão - 29.4°C Temperatura de bulbo seco mínima no inverno - -36,11°C Velocidade média do vento-3,9 m/s Velocidade máxima do vento - 37,5 m/s Velocidade do vento de projeto - 160 kph Sentido de vento de prevalência - principalmente do sul e oeste Informação sísmica - zona 3

Classe de ventilador

Em uma incorporação, o ventilador é configurado para trabalhar em um ambiente onde os gases explosivos possam estar presentes em condições ruins. Por exemplo, todos os instrumentos e dispositivos elétricos instalados nas tubulações de gás ou dentro de uma distância de aproximadamente 2 metros serão classificados para Classe 1, zona 2.

Confiabilidade, Capacidade Manutenção e Sobressalentes O ventilador será altamente confiável. O acesso apropriado para inspeção e manutenção é fornecido, como é o acesso para isolar e corrigir falhas.

O ventilador pode ser operado continuamente (24/7). As operações de partida/parada freqüentes do ventilador durante a estabilização do processo são contempladas. O ventilador de gás é capaz de trabalhar com confiabilidade elevada mesmo durante partidas/paradas freqüentes. Garantia de qualidade

Um sistema de qualidade que assegure que os produtos satisfaçam todas as exigências será seguido.

Cada sistema é capaz de funcionar em um ambiente industrial por muitos anos, com confiabilidade e disponibilidade muito elevadas. Em uma incorporação, o sistema é projetado para confiabilidade (incluindo a redução de especificação apropriada de todos os componentes) e um sistema detalhado de inspeções e testes é conduzido para assegurar e demonstrar a conformidade com todos os elementos da especificação, incluindo exigências de interface. Materiais e construção

O material de construção é baseado em condições de projeto e na composição do gás. Por exemplo, as placas de circuito elétrico, os conectores e os componentes externos são revestidos ou protegidos de outra maneira para minimizar potenciais problemas de sujeira, umidade e produtos químicos. Os painéis de controle e os interruptores são de construção robusta e são projetados para ser operados por pessoal usando luvas de trabalho.

Interfaces de controle

Geralmente, o acionamento de velocidade variável para o controle do motor é empregado. Sobrevoltagem do motor, proteção contra sobrecarga e etc. estão incluídos.

Status do motor, operação ligar/desligar, mudança de velocidade é operada e monitorada remotamente através de DCS. EXEMPLO 4:

Especificação de trabalho de um sistema de homogeneização de gás.

Armazenamento de Gás e Aquecimento de Gás

Em uma incorporação da invenção, o gás limpo e resfriado é armazenado no tanque de armazenamento de gás. A finalidade do tanque de armazenamento de gás é homogeneizar sua composição (baixo valor calorífico - LHV) e sua pressão. O gás é aquecido na saída do armazenamento de gás antes dos motores para satisfazer as exigências de temperatura do motor.

Composição - LHV

Em uma incorporação, o armazenamento de gás fornece

bastante tempo de residência para que o gás tenha melhor mistura para evitar todas as flutuações a curto prazo do valor calorífico. Isto é exigido por causa da composição variada do lixo. Com flutuações de LHV, o motor funcionará e produzirá a eletricidade, mas pode afastar-se de seus limites de emissão de limiar por causa da combustão pobre ou pobre razão combustível para ar.

Em uma incorporação, o volume do tanque é baseado em um tempo de retenção de aproximadamente 2 minutos. O tempo de retenção de 2 minutos é destinado a satisfazer as normas garantidas do motor a gás sobre especificações da flutuação de LHV de aproximadamente 1% LHV de flutuação/30 s. O tempo de residência até o analisador de gás (a montante do tanque de armazenamento de gás) é tipicamente de aproximadamente 30 s (incluindo a análise e a retroalimentação). A flutuação máxima de LHV é tipicamente de aproximadamente 10%. Assim, em uma incorporação, para calcular a média disto e obter flutuação de LHV de 3%, um armazenamento de 1,5 minutos é fornecido para satisfazer o limite tolerável superior do motor a gás. Em conseqüência, o armazenamento de 2 minutos permite alguma margem.

Pressão

Em uma incorporação, o tanque de armazenamento é operado em 17,25 a 20,7 kPa manométricos para satisfazer a especificação do combustível do motor a gás. A pressão do gás de saída é mantida constante usando uma válvula de controle de pressão. Em uma incorporação, o tanque de gás tem uma pressão manométrica de projeto de 34,5 kPa, uma válvula de escape é instalada para tratar de cenários de sobrepressão incomuns.

O tempo de retenção de 2 minutos descrito acima igualmente fornece bastante armazenamento para reduzir flutuações da pressão. Em uma incorporação, a flutuação permissível da pressão para o motor é de 1 kPa/s. No caso de uma falha a jusante de um motor a gás, um amortecedor pode ser exigido (dependendo do tempo de resposta do sistema de controle e 30-35 s de tempo de residência do gás) para fornecer tempo para retardar o processo ou queimar o excesso de gás.

Cálculo do volume

Em uma incorporação, o fluxo de gás fresco que entra no tanque de armazenamento (26°C), está em ~ 8400 Nm³ /h. Isso eqüivale a 140 Nm³ /min, por 2 minutos, isto é, 280 m³ de volume exigido de armazenamento.

Volume fixo contra o volume variável

Em uma incorporação, um tanque de volume fixo é escolhido sobre um tanque de volume variável porque as flutuações de pressão não serão rápidas no processo, mas a possibilidade de flutuação de LHV é aí devido à natureza do lixo. Por exemplo, um tanque de volume variável é tipicamente mais útil para absorver a flutuação de fluxo e de pressão. Entretanto se o tanque estiver vazio, ele não será útil em compensar a flutuação de LHV. O volume fixo por outro lado, é útil para calcular a média da flutuação de LHV. Igualmente um volume fixo é tipicamente mais confiável do que o volume variável em termos de sua construção e manutenção.

EXEMPLO 5:

Especificações para uma Câmara de Homogeneização

O gás produzido do Processo de Gaseificação de Plasma (do Conversor de Gaseificação de Plasma) será processado na planta para remover as impurezas não desejadas como gases ácidos, metais pesados e matéria particulada. Em uma incorporação, o gás limpo e seco produzido será utilizado em motor a gás para a geração de energia. O gás do conversor será neutralizado e desidratado parcialmente antes do uso em motores a gás. Este gás limpo e seco será armazenado em uma Câmara de Homogeneização de Gás para misturar o gás de modo que a variabilidade a curto prazo na qualidade do gás seja minimizada e o fluxo constante de gás esteja disponível para aplicações a jusante tais como um motor a gás.

Motor

Em uma incorporação, a taxa de fluxo da entrada de gás ao tanque é de 8200 Nm³/h a 35°C (7950Am³/h a 6,9 kPa man.). Em uma incorporação da invenção, a capacidade de armazenamento de uma câmara de homogeneização é equivalente a aproximadamente 15 minutos de taxa de produção.

Exigências do processo

Espera-se que as flutuações no fluxo de gás e nas composições sejam principalmente devidas à mudança na taxa e na composição de materiais de alimentação, flutuações de fluxo de ar e flutuação de temperatura dentro do conversor. Baseado em dados experimentais sabe-se que cada ciclo da tocha será de aproximadamente 3 minutos. O custo de aperfeiçoamento do armazenamento de gás e do impacto de flutuações da qualidade e do fluxo de gás exige uma capacidade de armazenamento do gás de 3-5 ciclos da tocha (isto é, 10-15 minutos de produção).

Considerando 9000 m /h de taxa de fluxo máxima, a capacidade máxima do tanque de armazenamento é de 2300 m3 enquanto a capacidade de funcionamento será de 0-2050 m3, de acordo com uma incorporação da invenção.

A pressão manométrica de gás exigida para o motor a gás é de .15,18 kPa, assim é necessário manter pressão manométrica constante de 10,35 kPa (aproximadamente 105 mbar) dentro do armazenamento de gás, de acordo com uma incorporação da invenção.

Tipicamente, o sistema do dreno da água é fornecido dentro do tanque de armazenamento de gás para a condensação do vapor de água do inverno.

Base de Projeto do Processo

Em uma incorporação, o gás será armazenado a baixa pressão que excluirá o sistema de armazenamento do padrão de vaso de pressão.

Composições do gás

De acordo com uma incorporação da invenção, a composição do gás que sai do Sistema de Condicionamento de Gás (GCS) é como segue: Composições de gás (Base Úmida)

<formula>formula see original document page 85</formula>

Especificações do gás

Limite de Inflamabilidade Inferior: 17,93%.

Limite de Inflamabilidade Superior: 73,26%

<formula>formula see original document page 85</formula>

Em uma incorporação da invenção, as seguintes circunstâncias ambientais são consideradas.

Dados ambientais

Elevação média acima do nível do mar: 250 m Pressão atmosférica média absoluta: 100 kPa Temperatura de bulbo seco máxima no verão- 38°C Temperatura de bulbo seco de projeto no verão - 350CF Temperatura de bulbo úmido de projeto no verão - 29°C Temperatura de bulbo seco mínima no inverno - -36°C Dados do vento - Velocidade média-3,9 m/s Velocidade máxima - 37,5 m/s Velocidade de projeto-44,23 m/s Sentido de vento de prevalência - principalmente do sul e oeste Projeto sísmico - TBD Posição e condição do tanque de armazenamento Em uma incorporação, o armazenamento de gás será localizado ao ar livre, onde será exposto a chuva, neve e sol com ambiente de condensação.

Temperatura ambiental de projeto: -40°C

Carregamento da neve (profundidade extrema de neve): 150 cm

Alternativas:

De acordo com incorporações diferentes da invenção, cinco seleções da tecnologia de armazenamento alternativas são fornecidas como segue.

.1) A compressão do gás seguida pelo armazenamento em um vaso de pressão;

.2) Armazenamento do gás em tanque tradicional de metal a baixa pressão;

.3) O armazenamento do gás em um retentor de gás projetado pela tecnologia de membrana;

.4) Nenhum armazenamento de gás; e

.5) Armazenamento do gás em retentor de gás de selo seco.

As considerações para o uso das tecnologias de armazenamento acima são fornecidas abaixo, mas não pretendidas limitar o espaço da invenção em nenhuma maneira.

.1) Compressão e armazenamento do gás

Após rever atentamente esta opção, os custos de operação do compressor são muito elevados. Um motor a gás exige o gás a baixa pressão assim, se o gás for comprimido ele precisa ser descomprimido antes de o utilizar para motores a gás. Assim, ele exige muitos custos de operação para comprimir o gás baseado na taxa de compressão.

.2) Armazenamento em tanques de metal O armazenamento convencional em metal é uma maneira cara de armazenar gás a baixa pressão, a menos que seja realmente requerido (principalmente quando ele é comprimido). Os tanques de armazenamento de metal são fabricados adiantados ou fabricados no local (erigidos no campo) baseado no tamanho do tanque. Algumas aplicações exigem tanque de armazenamento erigido no campo por causa da grande capacidade exigida. É muito importante armazenar corretamente o gás para evitar qualquer risco de incêndio. Os tanques de armazenamento de metal são feitos de vários tipos de metais e ligas de metais. O metal mais comum usado é aço de carbono porque é muito barato, facilmente disponível e tem boa resistência. Mas, para fluidos corrosivos vários tipos de ligas de metais são usados com base na condição e no tipo do fluido a ser armazenado.

Aplicação de tanques de armazenamento de metal:

(1) armazenamento de líquido;

(2) armazenamento de líquido ou gás a alta pressão; e

(3) armazenamento de pequena ou média capacidade mesmo alta capacidade para algumas aplicações, principalmente armazenamento de líquido.

Benefícios típicos de armazenar gás em um tanque de armazenamento de metal:

a) Melhor controle de pressão, isto é, pressão excessiva pode ser manipulada precisamente e com segurança;

b) Menos instrumentação exigida;

c) Aplicável para condições de pleno vácuo se projetado para o

serviço;

d) Melhor opção para ampla faixa de temperatura; e e) Mais confiável do ponto de vista da segurança.

Desvantagens do armazenamento de metal a baixa pressão:

a) Caro devido ao grande volume; e

b) Flutuação da pressão durante o enchimento e o esvaziamento do tanque com grande quantidade de gás.

Há alguns regulamentos para armazenar o hidrocarboneto que exigem que os gases de hidrocarboneto sejam armazenados em vaso de pressão e tanques metálicos.

.3) Armazenamento em Retentores de Gás (Tecnologia de Dupla Membrana)

Os retentores de gás são usados normalmente para armazenar gás natural e biogás. Os retentores de gás podem tipicamente armazenar grande volume de gás sob pressão muito baixa tipicamente menos do que 35,56 cm de água (3,45 kPa man.). Este sistema inclui duas membranas duráveis. A membrana exterior é contida por cabo e permanece inflada em uma posição fixa. Uma membrana interna se move livremente quando armazena ou libera gás gerado a montante do armazenamento ou liberado a jusante do armazenamento. Um sistema de manipulação de ar mantém uma pressão de funcionamento pré-ajustada entre duas membranas. Isto mantém a membrana exterior na posição fixa independentemente da posição da membrana interna. A pressão de funcionamento pode ser mudada facilmente dentro da faixa de projeto.

Ao descarregar o gás do retentor de gás um ventilador fornece ar à câmara de ar (espaço entre duas membranas). Enquanto o gás é adicionado ao retentor, uma válvula de escape de pressão ajustável alivia a pressão entre as duas membranas permitindo que a câmara de gás expanda.

Aplicações do retentor de gás de dupla membrana

(1) armazenamento intermediário do biogás; e

(2) remoção da lama do metano no processo anaeróbico. Vantagens do retentor de gás de dupla membrana:

1) Custos reduzidos de instalação;

2) Facilmente manipula grande quantidade repentina de entrada de gás ou de retirada do mesmo; e

3) Nenhuma manutenção regular exigida tal como a pintura.

Desvantagem do armazenamento de gás em um retentor de gás:

1) Não apropriado para aplicação de alta pressão (máximo .35,56 cm de água-3,45 kPa man);

2) Não apropriado para aplicações de alta temperatura; e

3) Exige mais instrumentação e controle para o controle de pressão do tanque (exige mais válvulas de escape).

4) Nenhum armazenamento de gás

É importante saber o motivo do armazenamento de gás. Por exemplo, armazenar o gás que conduzirá a variação na composição de alimentação do motor a gás e a variação de fluxo não é uma consideração. E importante avaliar quanto de variação da composição ocorrerá para uma aplicação, a rapidez com que um sistema de controle reagirá a essas variações, quanto de variação na composição e no fluxo o motor a gás pode tolerar.

Da experimentação precedente concluiu-se que pode haver uma variação significativa na composição do gás em um processo. A variação da composição do gás é maior do que a faixa de aceitação do motor a gás, conseqüentemente, uma câmara de homogeneização pode ser usada.

Vantagens de não armazenar o gás:

1) Nenhum custo de capital exigido; e

2) Nenhum custo de instrumentação.

Desvantagens de não armazenar o gás:

1) Fluxo instável do gás no motor a gás;

2) A composição variável do gás que entra no motor a gás afeta o desempenho do motor a gás; e

3) Não pode isolar o processo de gaseificação do motor a gás e vice versa.

Para algumas aplicações, recomenda-se ter o armazenamento de gás para evitar a variação a curto prazo na composição do gás.

Está claro que o sistema de armazenamento de gás do tipo de selo seco pode fornecer taxa de fluxo e pressão constantes, além disso é capaz de satisfazer a pressão de funcionamento exigida, o volume e a temperatura.

5) Armazenamento em Retentor de Gás (selo seco)

Retentores de gás do tipo selo seco são tipicamente um cilindro metálico por fora com um respiradouro central na parte superior. Dentro do casco um diafragma é conectado a um pistão de metal para mover o diafragma para cima ao encher o retentor de gás e mover para baixo enquanto retira gás do retentor de gás. O diafragma é composto de vários materiais dependendo do tipo de gás a ser armazenado.

Aplicações do retentor de selo seco:

1) Indústrias de aço para o armazenamento de gás intermediário; e

2) Mineração e indústrias metalúrgicas para proteger o gás para a produção de eletricidade.

Vantagens do retentor de selo seco:

1) Os retentores de gás de selo seco podem manipular volume muito grande de gás (até 30000 m3);

2) Aplicável para volume muito grande de entrada e/ou saída;

3) Aplicável para aplicações de pressão comparativamente alta (até 2000 mm de água);

4) Baixa manutenção;

5) 15 a 20 anos de vida de serviço;

6) Nenhuma remoção da água contaminada antes da entrada;

7 Aplicável a ampla faixa de temperaturas; e

8 Exige uma fundação mais leve.

Desvantagens do retentor de selo seco:

1 Não apropriado para aplicação de muito alta pressão (acima de 2000 mm de água); e

2 Mais instrumentação exigida para a operação.

Descrição funcional de uma câmara de homogeneização de selo seco de acordo com uma incorporação da invenção

Um retentor de gás de selo seco é projetado para ter um volume bruto (geométrico) variando de duzentos metros cúbicos até cento e sessenta e cinco mil metros cúbicos, enquanto tem uma faixa de pressão de funcionamento entre o quinze e cento e cinqüenta milibars.

O retentor de gás de selo seco é acabado com um tratamento anti-corrosivo para neutralizar as condições climáticas locais e igualmente qualquer ataque químico do meio armazenado. Este tratamento anti-corrosivo é inteiramente compatível com a membrana de selagem e igualmente com o ambiente.

O Retentor de Gás de Selo Seco tem quatro elementos

principais:

1. A fundação;

2. O tanque principal;

3. O pistão; e

4. A membrana da selagem.

Cada um destes elementos pode ser dividido em vários sub- elementos e em acessórios associados.

A fundação

Uma base de concreta e incondicional projetada para suportar o peso da estrutura de aço do retentor de gás construída em cima dela e suportar as circunstâncias climáticas dinâmicas que atuam em cima do retentor de gás etc.

O tanque principal

O tanque principal é projetado para acomodar as exigências de projeto colocadas pelo cliente e pelas circunstâncias climáticas.

Há três sub-elementos principais ao tanque:

Parte inferior do tanque

A parte inferior do tanque forma um selo estanque a gás contra a fundação e é "cônico para cima" para facilitar a drenagem à periferia. A parte inferior é coberta com placas de aço. As placas anulares exteriores são soldadas de topo contra tiras de suporte, enquanto as placas internas são soldadas sobrepostas no lado superior somente. Soldado às placas inferiores

Estrutura de sustentação do pistão

Quando o pistão é despressurizado ele repousa em uma estrutura de aço, que é soldada às placas inferiores. Casco do tanque

O casco do tanque é projetado para acomodar as cargas impostas e os dados gerais fornecidos pelo usuário. O casco é de projeto soldado de topo e é estanque a gás por aproximadamente 40% de sua altura vertical inferior (conhecida como o espaço do gás) em cujo ponto o ângulo do selo está localizado. A parte superior restante 60% (conhecida como o espaço de ar) do casco tem nela várias aberturas para acesso e ventilação.

São unidos ao casco os vários acessórios:

Torre da escadaria

Para acesso externo ao teto do retentor de gás e igualmente incorpora acesso ao interior do retentor de gás através das portas de acesso do casco. Uma porta de segurança trancada é encontrada geralmente na base da escadaria para impedir todo o acesso desautorizado ao retentor de gás.

Portas de acesso do casco

Portas situadas em pontos pertinentes permitindo o acesso ao retentor de gás da torre externa da escadaria.

Respiradouros do Casco

Permitem que o ar seja deslocado do interior do retentor de gás quando o pistão se levanta.

Bocal de entrada

O bocal da conexão permitindo que o gás armazenado entre no retentor de gás do cano principal de gás de fonte.

Bocal de saída

Para a exportação do gás armazenado, este bocal vem completo com uma grade anti-vácuo para proteger a membrana de selagem durante a despressurização. Dependendo do processo operacional os bocais de entrada e saída talvez podem ser uma conexão compartilhada.

Drenos do Casco

Permitem que os condensados dentro do espaço de gás do retentor de gás drenem para fora em potes selados.

Os potes selados são projetados para manter a pressão com o

retentor de gás

Portas de visita no casco

Usadas para o acesso de manutenção ao espaço de gás - usadas somente enquanto o retentor de gás está fora de serviço.

Saliências de aterramento

Para assegurar que o retentor de gás está seguro durante tempestades elétricas etc.

Tubulações de alívio de volume

Sistema à prova de falhas essencial para proteger o retentor de gás contra super- pressurização uma vez atuado pelo pistão, as válvulas de alívio de volume permitem que o gás armazenado escape à atmosfera em uma altura segura acima do teto do retentor de gás. Quando as válvulas de escape de volume abrem elas atuam um interruptor de limite. Interruptores de limite de alívio de volume

Usados para emitir sinais à sala de comando para confirmar o status das válvulas de alívio de volume.

Sistema de peso de nível Um sistema mecânico de contrapeso para assegurar que os momentos dos pistões estejam mantidos em equilíbrio. Os pesos do nível correm para cima e para baixo em trilhos localizados no casco do retentor de gás igualmente atuam interruptores de nível para sinalizar quando o volume do retentor de gás alcançou ajustes predefinidos. Interruptores de limite de peso de nível

Usados para emitir sinais à sala de comando para operar as válvulas de importação e exportação, etc.

Escala de conteúdo

No casco do retentor de gás é pintada uma escala que indica o volume de gás armazenado dentro do retentor de gás. Uma seta pintada em um peso de nível adjacente indica o status atual. Igualmente é pintada na faixa a posição do pistão com relação às portas de acesso do casco.

Angulo do selo

Soldada ao interior do casco esta seção angular é onde a membrana de selagem se fixa ao casco.

Teto do tanque

O teto é projetado para suportar as condições climáticas locais e as possibilidades de cargas adicionais tal como a neve e a poeira. O teto do retentor de gás é de construção radial robusta e tem uma coberta de placas de aço soldadas por sobreposição de um lado. O teto tem vários acessórios fixados incluindo:

Respiradouro central

Permite que o ar entre e saia do retentor de gás quando o volume de armazenamento muda. Respiradouros do teto

Bocal pequeno em torno da periferia usado para a instalação Portas de visita do teto

Permite acesso por baixo do pistão quando o retentor de gás Corrimãos circunferenciais

Corrimãos de segurança em torno da parte externa do teto. Passarela radial

Para o acesso da escadaria ao respiradouro central, etc. Atuadores da válvula de alívio de volume Braços mecânicos que operam as válvulas de alívio de volume uma vez que o pistão alcança um determinado nível.

Estruturas de polia de peso de nível

Construções de aço que suportam as polias de cabo de peso de nível e separadores de cabo.

Bocais de célula de carga

Para acesso de manutenção à instrumentação da célula de carga usada para fins de gravação de volume.

Bocais de radar

Para acesso de manutenção à instrumentação de radar usada para finalidades de gravação de volume e leituras de nível de pistão.

Bocais de iluminação interior do teto

Para acesso de manutenção às luzes interiores do retentor de

gás.

Pistão

O pistão do retentor de gás se move para cima e para baixo no interior do casco enquanto o gás entra e sai do retentor de gás. O peso do pistão (menos o peso dos pesos de nível) produz a pressão em que o retentor de gás se operará. O pistão é projetado aplicar um peso igualmente distribuído para assegurar que o pistão permanece em nível sempre. O pistão é composto dos seguintes sub-elementos:

Plataforma do Pistão

A área anular exterior é formada de placas de aço soldadas de topo que repousam em blocos de apoio de seção de aço. Placas de enchimento de aço soldadas sobrepostas formam um perfil de domo para suportar a pressão de gás no espaço do gás abaixo delas. Para retentores de gás de pressão mais alta as placas de enchimento são soldadas sobrepostas em ambos os lados, ao passo que os retentores de gás de baixa pressão são soldados somente no lado superior. A plataforma de pistão inteiramente soldada forma uma superfície estanque a gás, que repousa na estrutura de suporte do pistão quando o retentor de gás é despressurizado.

Os seguintes artigos subordinados podem ser encontrados na plataforma do pistão:

Porta de visita do pistão

Usada para acesso de manutenção abaixo do pistão no espaço de gás - usado somente enquanto o retentor de gás está fora de serviço.

Receptáculo de corrente de célula de carga

Um receptáculo para recolher as correntes da célula de carga quando o pistão levanta-se.

Cantoneira de selo do pistão

Soldado ao lado superior exterior das placas anulares, esta seção angular é onde a membrana de selagem fixa ao pistão.

Escoras do cabo de peso de nível

Equidistantemente espaçadas em torno da periferia da plataforma do pistão estão as conexões às quais os cabos de peso de nível são fixados.

Protetor do pistão O protetor é uma estrutura de aço que é fixada às placas anulares da plataforma do pistão e atua como uma estrutura de sustentação para as placas de encontro. O acesso pode ser obtido à parte superior do protetor do pistão ou pelas portas de acesso do casco ou pelas portas de visita do teto dependendo do volume do retentor de gás.

Unidos ao protetor do pistão estão os seguintes artigos:

Passarela do pistão

Uma plataforma em torno da parte superior do protetor do pistão equipada com corrimão de segurança - usada para finalidades de inspeção.

Escadas do pistão

Escadas de cavilha com laços de segurança para acesso à plataforma do pistão a partir da passarela do pistão.

Placas do refletor de radar

Usadas para saltar o sinal de radar de volta ao instrumento de radar para a gravação da indicação do volume e leituras de nível do pistão.

Placas de encontro

Fixadas à parte externa do protetor de pistão para formar uma superfície circunferencial para que a membrana de selagem role de encontro a mesma enquanto o pistão se move durante a operação.

Anel de torção do pistão

Em torno da base do pistão o protetor é um anel de torção que ajuda a manter a forma do pistão durante a pressurização. Lastro de concreto pode ser adicionado ao anel de torção para aumentar o peso do pistão e subseqüentemente para ser um modo econômico de aumentar a pressão do retentor de gás até o nível exigido.

Membrana da selagem

O selo rola do casco à superfície de encontro do pistão e vice- versa fornecendo o pistão com uma facilidade de autocentragem isenta de atrito. Durante a despressurização o selo igualmente fornece uma facilidade estanque a gás que protege o retentor de dano por vácuo obstruindo o bocal de saída de gás. Durante o comissionamento do retentor de gás a membrana de selagem é ajustada em uma condição de funcionamento. Este ajuste deve ser realizado cada vez que o retentor de gás é despressurizado. Especificação técnica Características

Pressão de funcionamento: 103 mbar (±2 mbar) Capacidade bruta: 2300 m3

Capacidade de trabalho: 2050 m3 (entre limites de 5% e 95%)

Atura do casco: 17185 milímetros

Diâmetro interno do casco: 17000 milímetros

Curso do pistão: 10200 milímetros

Peso de aço líquido: 150 toneladas

Chapas do casco: 6 e 8 milímetros de espessura soldadas de

topo

Altura da cantoneira de selo: 5435 milímetros - fabricada de seção R.S. Fundo

Chapas da fileira anular: 8 milímetros de espessura soldadas de topo às tiras de suporte.

Chapas de enchimento: 6 milímetros de espessura-soldadas sobrepostas nos lados somente

Encosto da estrutura do teto: tipo empena-fabricado de seções

R.S.

Chapas da fileira anular: 5 milímetros de espessura soldadas de topo em um lado somente

Chapas de enchimento: 4 milímetros de espessura-soldadas sobrepostas um lado somente

Altura do pistão: 5285 mm Estrutura: fabricada de seções R.S.; chapas da fileira anular 8 milímetros de espessura-soldadas de topo aos suportes de apoio

Chapas enchimento da plataforma: 6 milímetros de espesura- soldadas sobrepostas em uma seção

Estrutura de suporte: fabricada de seções R.S. Chapas de encosto: 4 milímetros de espessura Escadaria externa: fabricada de seções R.S. Portas de acesso ao casco: número de 3 em várias posições acima da cantoneira da correia.

Periferia do teto: corrimão fabricado de seções R.S. Portas de visita do casco: número de 2 diametralmente opostas,. 600 mm de diâmetro

Portas de visita do pistão: número de 1 600 mm de diâmetro Portas de visita do teto: número de 2 diametralmente opostas, 600 mm de diâmetro

Acessórios

Bocal de entrada: número de 1 450 milímetros de diâmetro Bocal de saída: número de 1 450 milímetros de diâmetro com grade anti- vácuo

Alívios do casco: número de 32.

Drenos de condensado do casco: número de 6-diâmetro de 50

milímetros

Alívio de volume: número de 2 - diâmetro de 200 mm Alívios do teto: número de 8 - 150 milímetros de diâmetro3 conjuntos de peso de nível cada um compreendendo: número de 1 nível de 5000 kg de peso de nível; número de 1 guia de peso de nível; número de 1 proteção; número de 2 estruturas de peso de nível; número de 2 cabos impregnados de plástico de 22 mm de diâmetro; número de 2 polias de cabo; número de 4 polias tensoras Interruptores limite: número de 4 pesos de nível operados e ajustados a 5%, 10%, 90% e 95% do curso do pistão; número de 1 tubo de alívio de volume operado

Células de carga: número de 2 com correntes de plástico

Ressaltos de aterramento: número de 4

Escala de conteúdo: escala vertical pintada no lado do casco

Exemplo 6:

Uma Planta de Gaseificação de Lixo Sólido Municipal

Este exemplo fornece uma planta de Lixo Sólido Municipal (MSW), de acordo com uma incorporação da invenção, incluindo entre outros um sistema de gaseificação, um condicionador do gás e um sistema de homogeneização de gás.

Vista geral do processo

O gás cru do sistema de gaseificação sai do conversor e passa através de um recuperador (trocador de calor). O recuperador resfria o gás e o calor sensível é usado para pré-aquecer o ar do processo que será introduzido no conversor. O gás resfriado flui então para um sistema de condicionamento do gás (GCS), onde o gás ainda é resfriado e limpo de particulados, metais e gases ácidos seqüencialmente. O GCS nesta incorporação compreende um condicionador de gás do conversor e um condicionador de gás de resíduo sólido. O gás limpo e condicionado (com umidade desejada) é armazenado na câmara de homogeneização de gás antes de ser alimentado aos motores a gás, dos quais a eletricidade é gerada. As funções dos componentes principais (equipamento) no sistema são ilustradas nas seguintes seções (veja a Tabela .1), seguindo a seqüência que o gás é processado. A figura do equipamento e o diagrama do processo da planta da gaseificação de MSW são apresentados nas Figuras 25 e 26. Tabela 1: Função principal do subsistema

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Recuperador

A fim recuperar o calor sensível do gás, o gás cru que sai do reformador é resfriado pelo ar usando um trocador de calor tipo casco e tubo, chamado um recuperador. O gás escoa através do lado do tubo e o ar passa através do lado do casco. A temperatura do gás é reduzida de 1OOOºC a 738°C enquanto aumenta a temperatura do ar ambiental para 600°C.

Resfriador evaporativo (PROCESSAMENTO DO ESTÁGIO

UM)

Este sistema deixa cair a temperatura do gás a 25O0C através da injeção direta da água de uma maneira controlada (saturação adiabática). Este processo é chamado igualmente de resfriamento rápido seco em que não há nenhum líquido presente no resfriamento. A água é atomizada e pulverizada concomitantemente na corrente de gás. Quando a água é evaporada, ela absorve o calor sensível do gás e diminui a temperatura do gás a aproximadamente 25O0C antes que ele seja alimentado ao filtro de saco.

Sistema de injeção seco (PROCESSAMENTO DO ESTÁGIO

UM)

O carbono ativado tem uma porosidade muito elevada, uma característica que é conducente à adsorção na superfície de grandes espécies moleculares tal como o mercúrio e a dioxina. O carbono ativado, armazenado em uma tremonha, é injetado pneumaticamente na corrente de gás de entrada e capturado no filtro de saco. Desta maneira, os metais e outros contaminadores são separados da corrente de gás. Alternativamente outros materiais tais como feldspato, cal, e outros sorventes podem ser injetados na corrente de gás para controlar e capturar metais pesados e alcatrões encontrados na corrente de gás de entrada sem obstruí-la.

Filtro de saco (PROCESSAMENTO DO ESTÁGIO UM)

A matéria particulada e o carbono ativado com metal pesado em sua superfície são removidos do gás no filtro de saco. No filtro de saco um bolo de filtro é formado com matéria particulada. Este bolo de filtro realça a eficiência da remoção de partícula do filtro de saco. Os metais pesados como cádmio e chumbo estão na forma particulada nesta temperatura e são coletados igualmente no filtro de saco com eficiência muito elevada de coleta. Quando a queda de pressão através do filtro de saco aumenta a um determinado limite estabelecido, jatos pulsantes de nitrogênio serão usados para limpar os sacos. Os sólidos que caem da superfície exterior dos sacos são coletados na tremonha inferior e enviados ao condicionador de resíduo sólido para conversão adicional ou eliminação (veja a etapa do condicionador de gás de resíduo sólido abaixo).

Purificador do HCL (PROCESSAMENTO DO ESTÁGIO

DOIS)

O gás que sai do filtro de saco (isento de particulado) é purificado em uma torre empacotada para remover o HCl na corrente de gás por uma solução alcalina. Dentro do purificador, ele igualmente fornece bastante área de contato para resfriar o gás a 35°C. A concentração do HCl de saída alcançará o nível de 5 ppm. Uma corrente de sangria de água residual é enviada a um tanque de armazenamento de água residual para eliminação.

Ventilador de gás (PROCESSAMENTO DO ESTÁGIO

DOIS)

Um ventilador de gás é exigido neste momento para fornecer a força motriz para o gás durante todo o processo desde a saída do conversor até os motores. Ele está situado a montante do polidor de mercúrio porque o polidor tem uma eficiência melhor de remoção de mercúrio sob pressão. O ventilador é projetado usando todas as quedas de pressão de projeto a montante do vaso. E projetado igualmente para fornecer a pressão exigida para quedas de pressão no equipamento a jusante para ter uma pressão manométrica final de 14,5 a 20,7 kPa na câmara de homogeneização.

Leito de filtro de carbono (PROCESSAMENTO DO ESTÁGIO DOIS)

A pressão de gás é impulsionada por um ventilador e resfriada ainda mais por um trocador de calor refrigerado a água antes do filtro de leito de carbono que é usado como um dispositivo de polimento final para metal pesado na corrente de gás. E igualmente capaz de absorver outros contaminadores orgânicos, tais como dioxina da corrente de gás, se presente. O filtro de leito de carbono é projetado para a eficiência de remoção de mercúrio de mais de 99,0%.

Sistema de remoção de H2S (PROCESSAMENTO DO ESTÁGIO DOIS)

A tecnologia Shell Paques Biological é selecionada para a remoção de H2S. Primeiramente, o gás do filtro de leito de carbono passa através de um purificador onde H2S é removido do gás por recirculação de uma solução alcalina. Então, a solução contendo sulfeto do purificador é emitida ao biorreator para regeneração da alcalinidade. A recuperação do enxofre ocorre no biorreator pela oxidação do sulfeto no enxofre elementar, seguida pela filtragem do enxofre, esterilização do enxofre e descarga da corrente de sangria para cumprir exigências reguladoras. O sistema da remoção de H2S é projetado para 20 ppm de concentração na saída de H2S. Uma vez que o gás de entrada sai do sistema de remoção de H2S dirige-se então a um sistema de homogeneização de gás que compreende entre outros componentes um arrefecedor, um separador líquido/gás e câmara de homogeneização.

Condicionador de gás de resíduo sólido (PROCESSAMENTO DO ESTÁGIO UM)

A cinza (pode conter carbono ativado e metais) do filtro de saco do condicionador de gás do conversor é removida periodicamente por nitrogênio e transportada ao condicionador de resíduo sólido, onde a cinza é vitrificada. O gás que sai do condicionador de resíduo sólido é dirigido através do filtro de saco do condicionador de gás de resíduo sólido para remover particulados e resfriado por um trocador de calor antes de entrar em um leito de carbono ativado. O filtro de saco do condicionador de gás de resíduo sólido é removido igualmente periodicamente baseado na queda de pressão através do sistema. O resíduo sólido coletado no filtro de saco do condicionador de gás de resíduo sólido é descartado por meios apropriados. O gás combustível que sai do condicionador de gás de resíduo sólido (corrente de gás secundária) é devolvido ao condicionador de gás do conversor para utilizar inteiramente a energia recuperada.

Sistema de homogeneização de gás O projeto do motor a gás exige que o gás seja de uma faixa específica de composição a uma umidade relativa específica. Conseqüentemente, uma vez que o gás limpo sai do purificador de H2S, ele sub-resfriado de 35°C a 26°C usando um arrefecedor. Isto condensará alguma água fora da corrente de gás. Esta água será removida por um separador gás/líquido. Isto assegura que o gás tenha uma umidade relativa de 80% uma vez reaquecido a 40°C (exigência do motor) após o armazenamento de gás antes de ser enviado aos motores em uma incorporação onde o gás de saída seja usado para alimentar um motor. O gás limpo e resfriado entra em uma câmara de homogeneização (por exemplo, um tanque de armazenamento) projetada para reter aproximadamente 2 minutos de produção das operações de processamento, assim misturando todas as variações em "riqueza" do gás, para conseguir uma qualidade de gás altamente consistente (um gás regulado) que flui aos motores. A câmara de homogeneização é operada em 15,18 a 20, kPa man. para cumprir as especificações do combustível do motor a gás. Uma vez que o gás regulado sai da câmara de homogeneização, ele é aquecido até a exigência do motor e dirigido aos motores a gás.

Motores a gás

Cinco conjuntos de motor a gás GE Jenbacher são usados para produzir eletricidade baseada na escala da planta. O motor a gás Jenbacher é um tipo de motor alternativo. É capaz de queimar gás de valor calorífico baixo ou médio com eficiência elevada e baixas emissões. Cada motor a gás tem uma capacidade de 1,0 MW. Assim, a capacidade total de geração de eletricidade é de 5 MW. Entretanto, devido ao valor calorífico relativamente baixo do gás (em comparação com combustíveis tais como o gás natural) os motores foram reduzidos na especificação para operar em torno de 700 kW em seu ponto de funcionamento mais eficiente.

Chaminé de queima

Uma chaminé de queima encerrada será usada para queimar o gás durante as fases de partida, parada programada e estabilização do processo. Uma vez que o processo foi estabilizado a chaminé de queima será usada para finalidades de emergência somente. A chaminé de queima deve conseguir a eficiência de destruição de 99,99%.

Exemplo 7:

Controle do processo de nível alto do sistema de lixo sólido municipal compreendendo um sistema de homogeneização de gás

Este exemplo fornece uma descrição de alto nível de uma estratégia de controle para uma planta de Lixo Municipal Sólido (MSW), de acordo com uma incorporação da invenção, que inclui entre outros um sistema de gaseificação, um condicionador de gás e um sistema de homogeneização de gás. O controle do processo de alto nível inclui o controle de componentes do sistema de homogeneização de gás. Um enfoque de duas fases é usado no que diz respeito ao desenvolvimento e à execução da estratégia de controle do processo para uma planta de gaseificação a plasma de MSW:

Fase 1: Operação durante a partida e comissionamento

Para partida e comissionamento, uma estratégia de controle simples frente para trás (ou alimentação-acionado) é usada onde o conversor é operado a uma taxa de alimentação fixa de MSW e as variações do processo são absorvidas pelo equipamento a jusante (motores/geradores e chama). A planta é operada com um amortecedor pequeno de produção de gás em excesso, exigindo uma chama contínua pequena. A produção do gás além desta quantidade normal aumenta a quantidade queimada e a produção deficiente de gás entra primeiramente neste amortecedor, mas pode eventualmente exigir que a potência do gerador seja reduzida (geradores podem ser operados de 50 - 100% da potência através de um ponto ajustado de energia ajustável).

Os benefícios deste esquema de controle são:

É menos complexo. Melhora a habilidade à partida e comissionamento da planta e, então, faz uso dos dados de funcionamento para executar um controle mais sofisticado. Ele desacopla a parte posterior da parte dianteira de modo que os problemas com uma seção da planta são menos prováveis de entrar em cascata com o resto da planta. Isto aumenta o tempo de operação e melhora a habilidade de pesquisar defeitos e aperfeiçoar cada parte do processo. A chama contínua pequena elimina o risco de grande chama visível na chaminé de chama que pode ocorrer se a chama for operada no modo parar/partir. Fase 2: Estratégia de funcionamento a longo prazo

A estratégia de controle a longo prazo para a planta de MSW é conseguir controle de trás para frente (ou controle demanda-acionado) onde os motores a gás/geradores na parte posterior do sistema conduzem o processo. Os motores a gás consomem um determinado volume/h de combustível dependendo do índice de energia do gás combustível e da potência elétrica sendo gerada. Conseqüentemente o objetivo de nível elevado do sistema de controle é assegurar que alimentação adequada de MSW/HCF entre no sistema e seja convertida ao gás de índice de energia adequado para funcionar os geradores na plena capacidade todas as vezes, enquanto precisamente combina a produção de gás com o consumo de gás tal que a queima de gás seja eliminada e a energia elétrica produzida por tonelada de MSW consumido seja aperfeiçoada.

Um diagrama esquemático de controle de processo de nível alto para a operação da fase 2 é mostrado na Figura 15. A operação da fase 1 é um subconjunto do diagrama esquemático de controle mostrado.

Fase 1

Objetivos principais do controle do processo

a) Estabilizar a pressão na câmara de homogeneização de gás (por exemplo, um tanque de armazenamento).

b) Estabilizar a composição do gás que está sendo gerado.

c) Controlar a altura da pilha de material na câmara inferior do

conversor.

d) Estabilizar temperaturas na câmara inferior do conversor.

e) Controlar temperaturas no reformador.

f) Controlar a pressão do processo do conversor.

Descrição dos objetivos

a) Estabilizar a pressão na câmara de homogeneização de gás.

Tipicamente, os motores a gás são um pouco intolerantes a mudanças na pressão da alimentação. As especificações para os motores Jenbacher são como segue:

.2) pressão mínima = aproximadamente 150 mbar (2,18 psig)

.3) pressão máxima = aproximadamente 200 mbar (2,90 psig)

.4) flutuação permitida da pressão de gás combustível = +/-10% (+/- 17,5 mbar, +/- 0,25 psi)

.5) taxa máxima de flutuação da pressão de gás — aproximadamente 10 mbar/segundo (0,145 psi/s)

Os motores têm um regulador da entrada que pode segurar distúrbios pequenos na pressão da alimentação, e a retenção na tubulação e câmara de homogeneização de gás age de certa forma para amenizar estas mudanças, mas permanece por necessidade o laço de controle de atuação mais rápida no conversor.

A estratégia de controle de pressão da fase 1 inicial será baseada na premissa de funcionamento de que o conversor estará funcionado com suficiente taxa de alimentação de MSW para gerar um amortecedor pequeno da produção de gás em excesso, que será queimado continuamente. Conseqüentemente o controle de pressão da câmara de homogeneização de gás transforma-se em um laço de controle simples de pressão onde as válvulas de controle da pressão na linha da câmara de homogeneização de gás para a chama são moduladas como necessário para manter a pressão da câmara de homogeneização no ponto ajustado desejado.

b) Estabilizar a composição do gás que está sendo gerado.

Os motores a gás podem operar sobre uma faixa larga de valores do combustível, contanto que a taxa de mudança não seja excessiva. Em uma incorporação, a taxa de mudança permissível para LHV é de <1% de flutuações no LHV do gás por 30 segundos. Para combustíveis à base de H2, o gás combustível é adequado com tão pouco quanto 15% de H2 por ele mesmo e o LHV pode ser tão baixo quanto cerca de 50 BTU/scf (1,86 MJ/Nm3). Em uma incorporação, o LHV para o gás estava na faixa de 4,0-4,5 MJ/Nm3. O volume do sistema e a câmara de homogeneização de gás grandemente simplificam a tarefa de estabilizar a taxa de mudança proporcionando a mistura de 2 minutos de produção de gás.

Em uma incorporação, a composição de gás é medida por um analisador de gás instalado na entrada da câmara de homogeneização de gás. Com base nesta medida o controlador ajustará a razão combustível para ar (isto é, aumentará/diminuirá ligeiramente a taxa de alimentação de MSW) a fim de estabilizar o valor do combustível de gás. Aumentando a alimentação ou de MSW ou de HCF em relação à adição de ar aumenta o valor do combustível do gás. Desde que esta ação de controle tem um tempo de resposta razoavelmente longo, será ajustada para impedir somente a tiragem de longo prazo, não para responder à variação de curto prazo.

Embora o próprio HCF seja uma fonte de combustível muito mais rica (~2 χ LHV) ele tipicamente é adicionando em uma razão de 1:20 com o MSW, e não é conseqüentemente o jogador dominante em termos do combustível que está sendo adicionado ao sistema. É anti-econômico adicionar demasiado HCF ao sistema. HCF conseqüentemente é usado como um acerto e não como um controle preliminar. HCF é proporcionado à alimentação total com a razão ajustada para estabilizar o C total que sai do sistema no gás, como medido pelo analisador de gás. Isto amortece flutuações no valor do combustível de MSW.

c) Manter um inventário estável do material no conversor Um sistema de controle de nível é exigido para manter a altura estável da pilha dentro do conversor. O controle de nível estável é necessário para impedir a fluidificação do material pela injeção de ar do processo que poderia ocorrer em baixo nível e impedir a distribuição pobre da temperatura através da pilha devido ao fluxo de ar restrito que ocorreria em nível elevado. Manter o nível estável igualmente mantém o tempo de residência consistente do conversor.

Uma série de interruptores de nível no gaseificador primário mede a profundidade da pilha. Os interruptores de nível são os dispositivos de microondas com um emissor em um lado do conversor e um receptor no outro lado, que detectam ou a presença ou a ausência de material sólido nesse ponto dentro do conversor.

O inventário no conversor é uma função da taxa de alimentação e do movimento do êmbolo (e em menor grau da eficiência de conversão). O êmbolo do estágio 3 ajusta a produção do conversor movendo- se em um comprimento de curso e freqüência fixos para descarregar a cinza do conversor. O êmbolo do estágio 2 segue e move-se até o necessário para empurrar o material ao estágio 3 e mudar o estado do interruptor de nível de início de estágio do estágio 3 para "cheio". O êmbolo do estágio 1 segue e move-se até o necessário para empurrar o material ao estágio 2 e mudar o estado do interruptor de nível de início de estágio do estágio 2 para "cheio". Todos os êmbolos são retirados, então, simultaneamente, e um atraso programado é executado antes que a seqüência inteira seja repetida. A configuração adicional pode ser usada para limitar a mudança de comprimentos consecutivos de curso a menos do que aquele exigido pelos interruptores de nível para evitar excesso de distúrbios induzidos por êmbolo.

Os êmbolos precisam ser movidos razoavelmente freqüentemente a fim de impedir circunstâncias de temperatura excessiva na parte inferior do conversor. Além disso, os cursos de êmbolo de extensão completa para a extremidade de cada estágio podem precisar ser programados para ocorrer ocasionalmente para impedir que material estagnado se acumule e se aglomere perto da extremidade do estágio.

d) Estabilizar temperaturas na câmara inferior do conversor A fim de obter a melhor eficiência de conversão possível, o material é mantido a uma temperatura tão alta quanto possível, o maior tempo possível. Entretanto, as temperaturas não podem ser demasiado altas ou o material começará a derreter e aglomerar (formar clínqueres), que: 1) reduzem a área de superfície disponível e daí a eficiência de conversão, 2) fazem com que o fluxo de ar na pilha desvie em torno dos pedaços da aglomeração, agravando as questões de temperatura e acelerando a formação de aglomeração, 3) interferem com a operação normal dos êmbolos, e 4) causam potencialmente uma parado do sistema devido ao bloqueio do parafuso de remoção da cinza.

A distribuição da temperatura através da pilha será controlada igualmente para impedir que um segundo tipo da aglomeração se forme - neste caso, o plástico derrete e atua como um ligante para o resto do material.

O controle de temperatura dentro da pilha é conseguido mudando o fluxo do ar de processo para um estágio dado (isto é, mais ou menos combustão). O fluxo de ar de processo fornecido a cada estágio na câmara inferior será ajustado para estabilizar temperaturas em cada estágio. O controle de temperatura que utiliza cursos extras do êmbolo pode igualmente ser necessário para quebrar pontos quentes.

e) Controlar temperaturas no reformador

A potência da tocha de plasma é ajustada para estabilizar as temperaturas de saída do reformador no ponto ajustado de projeto (aproximadamente IOOO0C). Isto assegura que os alcatrões e a fuligem formados no gaseificador preliminar estejam decompostos inteiramente. A adição de ar de processo no reformador igualmente carrega parte da carga térmica liberando a energia calorífica com combustão do gás. A taxa de fluxo de ar de processo é ajustada para manter a potência da tocha em uma boa faixa de funcionamento.

f) Controlar a pressão do processo do conversor

A pressão do conversor é estabilizada ajustando a velocidade do ventilador de gás. Em velocidades abaixo da freqüência de funcionamento mínima do ventilador, um controle secundário cancela e ajusta a válvula de recirculação preferivelmente. Uma vez que a válvula da recirculação retorna a inteiramente fechada, o controle preliminar reacopla.

Fase 2

Para a operação da fase 2, todos os objetivos de controle do processo listados acima são mantidos. Entretanto as exigências novas chaves são eliminar a queima de gás e aperfeiçoar a quantidade de energia elétrica produzida por tonelada de MSW consumido. Isto exige que o fluxo de gás que está sendo produzido exatamente combine com o combustível que está sendo consumido pelos motores. Conseqüentemente, o controle de trás para frente (ou o controle demanda-acionado) deve ser executado onde os motores a gás/geradores na parte posterior do sistema conduzem o processo.

A fim de estabilizar o fluxo de gás fora do conversor, o fluxo de ar de processo ao conversor é aumentado. Ao ajustar a taxa de adição de MSW ou HCF ao sistema muda eventualmente o fluxo de gás, mas com aproximadamente um tempo de residência de cerca de 45 minutos e nenhuma reação de gaseificação significativa ocorrendo no ponto de entrada de material, não há nenhuma possibilidade de uma resposta rápida devido a estes ajustes (se espera que a resposta significativa pode levar aproximadamente 15 minutos). Ao ajustar o fluxo de ar total fornece o laço ativo mais rápido possível para controlar a pressão. No curto prazo, por causa do grande inventário de material no conversor, adicionar mais ar à câmara inferior não dilui necessariamente o gás proporcionalmente. O ar adicional penetra mais na pilha, e reage com o material mais acima. Inversamente, adicionar menos ar enriquecerá imediatamente o gás, mas faz com que eventualmente as temperaturas caiam e as taxas de reação/fluxo de gás diminuam.

O fluxo de ar total é proporcionado para a taxa de alimentação de material (MSW + HCF), assim os meios de aumentar o fluxo de ar são impulsionar a taxa de alimentação de material. O ajustamento do controlador é ajustado tal que o efeito do ar aumentado é visto imediatamente. O ajuste do controlador para a taxa de alimentação é mais lento, mas a alimentação adicional retrocede eventualmente e fornece a solução a longo prazo para estabilizar o fluxo de gás. Em uma incorporação, reduzir temporariamente o rendimento de energia do gerador é exigido dependendo da dinâmica do sistema para construir uma ponte sobre o tempo inoperante entre o aumento da taxa de alimentação de MSW/HCF e a visão do fluxo aumentado de gás.

Claims

1. Sistema de homogeneização de gás para regular características de gás, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) uma câmara de homogeneização compreendendo uma entrada de gás e uma saída de gás; (b) um ou mais elementos de detecção associados com a câmara de homogeneização para monitorar uma ou mais características do gás; (c) um ou mais elementos de resposta associados com a câmara de homogeneização para afetar uma mudança em uma ou mais características do gás; e (d) um ou mais dispositivos de processo conectados operativamente a um ou mais elementos de resposta para ajustar a uma ou mais características do gás; em que a câmara de homogeneização é projetada para acomodar um tempo de residência suficiente para permitir monitoramento e regulagem de uma ou mais características do gás.

2. Sistema de homogeneização do gás para regular características de gás, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) uma câmara de homogeneização compreendendo uma entrada de gás e uma saída de gás; (b) um mecanismo de entrada de gás em comunicação de fluido com a entrada de gás, compreendendo: i) um ou mais condutos de entrada; e ii) um ou mais elementos de detecção para monitorar dados relacionados a parâmetros de composição química, temperatura, vazão, e pressão do gás; (c) um mecanismo de saída de gás regulado em comunicação fluida com a saída de gás para direcionar saída de gás estabilizado a uma aplicação a jusante, o mecanismo de saída compreendendo um ou mais condutos de saída; (d) um ou mais dispositivos de processo associados com o sistema para regular os parâmetros de composição química, temperatura, vazão, e pressão do gás; e (e) um ou mais elementos de resposta associados operativamente com um ou mais dispositivos de processo para afetar o sistema para otimizar os parâmetros de composição química, temperatura, vazão e pressão do gás; em que a câmara de homogeneização é projetada para acomodar um tempo de residência suficiente para permitir monitoramento e regulagem da composição, temperatura, vazão e pressão do gás

3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um dispositivo de indução de tiragem para prover um fluxo de gás de entrada uniforme para a câmara de homogeneização.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um resfriador para ajustar a temperatura do gás a montante da câmara de homogeneização.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um separador de gás/líquido para ajustar a umidade do gás a montante da câmara de homogeneização.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um patim de condicionamento de gás para ajustar a temperatura e umidade do gás a jusante da câmara de homogeneização.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um filtro para remover as impurezas do gás a jusante da câmara de homogeneização.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um ou mais orifícios de saída de emergência.

9. Processo para converter um gás de entrada a um gás regulado usando o sistema de homogeneização de gás de acordo com a reivindicação 2, o processo caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: (a) prover um gás de entrada; (b) monitorar o gás dentro do sistema quanto a composição química, temperatura, vazão e pressão por meio de um ou mais elementos de detecção; e (c) prover instruções a um ou mais elementos de resposta para ajustar um ou mais dispositivos de processo para otimizar os parâmetros de composição química, temperatura, vazão e/ou pressão do gás desse modo produzindo um gás regulado que satisfaz os requerimentos da aplicação a jusante.