BR102013004834A2

BR102013004834A2 - Gaseificador de biomassa e método para operar um gaseificador para produzir um gás de síntese

Info

Publication number: BR102013004834A2
Application number: BRBR102013004834-8A
Authority: BR
Inventors: Richard Anthony De Puy; Avish De Souza; Jinmesh Pranav Majmudar; Omprakash Mall; V Vignesh
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2015-07-21
Also published as: CA2807985C; US20130232873A1; BR102013004834B1; US9096807B2; CN108865275A; CA2807985A1; CN103305276A; EP2636721A1

Abstract

Gaseificador de biomassa e método para operar um gaseificador para produzir um gás de síntese. O presente pedido, portanto, fornece um gaseificador para usar na conversão de uma matéria-prima em um gás de síntese. O gaseificador pode incluir uma câmara exterior, uma zona de reação posicionada dentro da câmara exterior, e um dispositivóde interrupção manobrável dentro de uma câmara exterior para assegurar um fluxo estável da matéria-prima para a zona de reação sem ligação em ponte.

Description

“GASEIFICADOR DE BIOMASSA E MÉTODO PARA OPERAR UM GASEIFICADOR PARA PRODUZIR UM GÁS DE SÍNTESE” Campo da Técnica O presente pedido e a patente resultante referem-se geralmente a sistemas geradores de energia e, mais particularmente, trata-se de um gaseificador com um dispositivo de interrupção interno de modo a impedir a ligação em ponte de biomassa e de outros tipos de matérias-primas no mesmo.

Antecedentes da Invenção Em processos de gaseificação de hidrocarbonetos, combustíveis sólidos tais como madeira, resíduos agrícolas, e similares, são gaseificados para gerar um combustível gasoso. Especificamente, tais processos de gaseificação podem converter uma matéria-prima de biomassa ou outro hidrocarboneto em uma mistura gasosa de monóxido de carbono e hidrogênio, isto é, um gás sintético ou um gás de síntese chamado de gás produtor, através de reação com oxigênio e vapor em um gaseificador. Esses gases, em seguida, podem ser limpos, processados e utilizados como um combustível em um motor para produzir eletricidade. Em outros sistemas, o gás produtor pode ser utilizado para gerar energia, para produzir combustível para aquecimento, ou para gerar produtos químicos tais como líquidos de Fischer Tropsch e similares.

Exemplos de tais produtos de resíduos agrícolas incluem cana-de-açúcar e similares. Tais matérias-primas de biomassa tendem a ser fibrosas. Como tal, as matérias-primas de biomassa podem exibir tendência a se ligarem em ponte através do interior de um gaseificador quando alimentadas no mesmo. Tal ligação em ponte de biomassa, quando formada, pode reduzir o fluxo das matérias-primas para a zona de reação e, assim, pode ter um impacto na saída do gás produtor em termos de composição e taxa de fluxo.

Um método conhecido para reduzir a ligação em ponte de matérias-primas em um gaseificador envolve um operador empurrando fisicamente a ligação em ponte de matérias-primas com uma vara. A necessidade de intervenção de um operador, entretanto, pode expor o operador a níveis de gases de produto de reação superiores aos normais assim como exposição às superfícies quentes do gaseificador. Além do mais, a necessidade de intervenção de um operador, em geral, não é detectada até que haja alguma degradação no desempenho geral do gaseificador.

Existe, assim, um desejo de um gaseificador de biomassa aprimorado. Preferivelmente, tal gaseificador aprimorado pode impedir ou limitar a ligação em ponte de matérias-primas tais como materiais de biomassa de modo a assegurar uma saída constante de gases de síntese, sem exigir intervenção manual do operador.

Descricão Resumida da Invenção O presente pedido e a patente resultante, portanto, podem fornecer um gaseificador para uso na conversão de uma matéria-prima em um gás de síntese. O gaseificador pode incluir uma câmara exterior, uma zona de reação posicionada dentro de uma câmara exterior, e um dispositivo de interrupção manobrãvel dentro de uma câmara exterior para assegurar um fluxo estável da matéria-prima na zona de reação sem ligação em ponte. O presente pedido e a patente resultante, adicionalmente, podem fornecer um método para operar um gaseificador para produzir um gás de síntese. O método pode incluir as etapas de realizar o fluxo de uma matéria-prima para uma câmara exterior do gaseificador, manobrando um dispositivo de interrupção dentro de uma câmara exterior para impedir a ligação em ponte da matéria-prima na mesma, e realizar o fluxo da matéria-prima para uma zona de reação. O presente pedido e a patente resultante, adicionalmente, podem fornecer um gaseificador de biomassa para uso na conversão de uma matéria- prima em um gás de síntese. O gaseificador de biomassa pode incluir uma câmara exterior, uma zona de reação posicionada dentro de uma câmara exterior, e um dispositivo de interrupção manobrável dentro de uma câmara exterior para assegurar um fluxo estável da matéria-prima em uma zona de reação. O dispositivo de interrupção pode incluir um eixo manobrado por um dispositivo de acionamento.

Esses e outros recursos e vantagens do presente pedido e a patente resultante estarão aparentes para alguém com habilidade comum na técnica, mediante a revisão da descrição detalhada que se segue quando considerada em conjunto com os vários desenhos e reivindicações anexas.

Breve Descricão das Figuras A Figura 1 é um diagrama esquemático de um exemplo de uma usina de força com um gaseificador. A Figura 2 é um diagrama esquemático de um gaseificador conhecido com uma ligação em ponte de matérias-primas no mesmo. A Figura 3 é um diagrama esquemático de um gaseificador com um dispositivo de interrupção como pode ser descrito no presente documento. A Figura 4 é um diagrama esquemático de uma modalidade alternativa de um dispositivo de interrupção como pode ser descrito no presente documento. A Figura 5 é um diagrama esquemático de uma modalidade alternativa de um dispositivo de interrupção como pode ser descrito no presente documento. A Figura 6 é um diagrama esquemático de uma modalidade alternativa de um gaseificador com um dispositivo de interrupção como pode ser descrito no presente documento.

Descrição Detalhada Referindo-se agora aos desenhos, em que números semelhantes se referem a elementos semelhantes ao longo das várias vistas, a Figura 1 mostra um diagrama esquemático de um sistema de gaseificação de biomassa 10. Apenas uma descrição de alto nível dos componentes do sistema de gaseificação de biomassa 10 relacionada ao assunto descrito no presente documento é mostrada com a finalidade de simplificação. Alguém com habilidade comum na técnica entenderá que o sistema de gaseificação de biomassa geral 10 pode ter outras configurações e podem utilizar muitos outros tipos de componentes. O sistema de gaseificação de biomassa 10 pode ser integrado com um sistema de geração de energia 15.

Descrito de forma geral, o sistema de gaseificação de biomassa 10 gaseifica uma matéria-prima de biomassa 20 para produzir um gás produtor tratado 25. O gás produtor 25 é um tipo de gás de síntese diluído que pode ser produzido por gaseificação de temperatura relativamente baixa de biomassa, na presença de ar. O gás produtor 25 pode ser direcionado ao sistema de geração de energia 15 como uma fonte de combustível para gerar energia e similares. Como um exemplo, o gás produtor tratado 25 pode ser queimado dentro de um ou mais motores a gás e similares contidos no sistema de geração de energia 15 para produzir eletricidade. Outros tipos de geradores de energia também podem ser usados no presente documento. O gás produtor tratado 25 também pode ter uma série de outros usos, tais como combustível para aquecimento, ou a produção de líquidos de Fischer Tropsch, e assim por diante. O sistema de gaseificação de biomassa 10 pode incluir uma unidade de preparação de matéria-prima 30 para preparar e condicionar a matéria-prima de biomassa 20. O condicionamento pode incluir seleção, calibragem, e/ou secagem da matéria-prima de biomassa 20 assim como proporcionar vários tipos de aditivos. Após a preparação, a matéria-prima de biomassa 20 pode ser direcionada junto com uma fonte de ar 35 a um gaseificador de biomassa 40. Como é mostrado, o gaseificador de biomassa 40 pode ser um gaseificador de ar livre e similares. O gaseificador de biomassa 40 pode ter uma entrada 45 que possibilita que o gaseificador 40 receba uma corrente substancialmente constante da matéria-prima de biomassa 20 e o ar 35. Uma série de reações ocorre dentro do gaseificador 40 que inclui a queima da matéria-prima de biomassa 20 e o ar 35. A matéria-prima de biomassa 20 e o ar 35 podem ser queimados em combustível subestequiométrico a razões de ar para produzir monóxido de carbono (CO), hidrogênio (H2), dióxido de carbono (C02), água (H20), e um carvão quente ou leito de cinzas quentes. O gaseificador 40 pode incluir uma série de entradas de ar 50 para promover essa combustão. O gaseificador 40 também pode incluir um sistema de extração de cinzas 55 configurado para extrair cinzas do processo. O gaseificador 40, portanto, pode produzir um fluxo do gás produtor 25. O gás produtor 25 pode ser encaminhado para um ou mais dispositivos de processamento 60 para limpeza e similares. Esses dispositivos de processamento 60 podem incluir um ciclone, um ou mais esfregadores, um sistema de filtração, e similares. O gás produtor 25 então pode ser fornecido ao sistema de geração de energia 15 ou direcionados de outra maneira. Outros componentes e outras configurações podem ser usados no presente documento. A Figura 2 mostra um diagrama esquemático de um exemplo do gaseificador 40. Como descrito acima, as matérias-primas 20 tendem a formar uma ponte de material 65 no mesmo. Essa ponte de material 65 pode impedir a entrada de matérias-primas adicionais 20 de tal forma que o fluxo resultante do gás produtor 25 produzido no mesmo possa ser reduzido ou comprometido de outra forma. A Figura 3 mostra um exemplo de um gaseificador 100 como pode ser descrito no presente documento. O gaseificador 100 pode ser usado com o sistema de geração de energia 15 ou em outro lugar. O gaseificador 100 converte uma matéria-prima 110 em um gás produtor 120 ou outro tipo de gás de síntese e similares de qualquer maneira. Nesse exemplo, as matérias-primas 110 podem assumir a forma de quaisquer tipos de materiais de biomassa 130. Quaisquer outros tipos de matérias-primas 110, entretanto, podem ser usados no presente documento. Outro componente e outras configurações podem ser usados no presente documento O gaseificador 100 pode incluir uma zona de reação 125 posicionada dentro de uma câmara exterior 135. O gaseificador 100 também pode incluir um dispositivo de interrupção 140 posicionada dentro de uma câmara exterior 135. O dispositivo de interrupção 140 pode ser qualquer tipo de dispositivo ou sistema que interrompe adequadamente o fluxo das matérias-primas 110 quando entram no gaseificador 100 de modo a impedir a criação das pontes de matérias-primas 65 semelhante ao descrito acima. No exemplo da Figura 3, o dispositivo de interrupção 140 pode incluir um eixo 150 com uma série de extensões 160 no mesmo. O eixo 150 pode ter qualquer tamanho desejado, formato ou configuração. As extensões 160 podem ter a forma de uma série de pás 170 ou qualquer tipo de estrutura que se estenda de modo substancialmente horizontal. As pás 170 ou outros tipos das extensões 160 também podem ter qualquer tamanho, formato ou configuração. Qualquer número das pás 170 ou outros tipos das extensões 160 podem ser usadas no presente documento em qualquer orientação. O eixo 150 pode ser manobrado dentro da câmara exterior 135 por um dispositivo de acionamento 180. O dispositivo de acionamento 180 pode incluir um motor elétrico convencional e similares. O dispositivo de acionamento 180 pode girar o eixo 150, agitar o eixo 150, vibrar o eixo 150, ou conferir qualquer tipo de movimento ao eixo 150 e, consequentemente, as extensões 160 no mesmo. O gaseificador 100 também pode ter um dispositivo de inserção 190. O dispositivo de inserção 190 também pode incluir um motor elétrico e similares. O dispositivo de inserção 190 pode inserir e remover o dispositivo de interrupção 140 do gaseificador 100 em qualquer orientação. Especificamente, o dispositivo de interrupção 140 pode ser inserido manualmente ou por meio do dispositivo de inserção 190 e/ou outros tipos de meios de inserção. Alternativamente, o dispositivo de interrupção 140 pode ser fixado dentro do gaseificador 100. Outros componentes e outras configurações podem ser usados no presente documento. O dispositivo de interrupção 140 pode usar diversos componentes diferentes e configurações. Por exemplo, a Figura 4 mostra o dispositivo de interrupção 140 na forma de uma espiral estendida 200. A espiral 200 também pode girar, agitar, vibrar ou, de outro modo, ser manobrada no mesmo para interromper a criação da ponte 80. Da mesma maneira, a Figura 5 mostra o dispositivo de interrupção 140 na forma de um parafuso estendido 210. Como acima, o parafuso estendido 210 também pode girar, agitar, vibrar ou, de outro modo, ser manobrado no mesmo para interromper a criação da ponte 80. Outros componentes e outras configurações podem ser usados no presente documento. A orientação do dispositivo de interrupção 140 também pode variar. Por exemplo, a Figura 3 mostra a inserção do dispositivo de interrupção 140 através de uma entrada superior 220 do gaseificador 100 em uma orientação substancialmente vertical 230. A Figura 6, entretanto, mostra a inserção do dispositivo de interrupção 140 por meio de uma parede lateral 240 do gaseificador 100 em uma orientação substancialmente horizontal 250. A inserção do dispositivo de interrupção 140 a partir de qualquer orientação ou sentido, portanto, pode ser usada no presente documento. Outros componentes e outras configurações também podem ser usados no presente documento. A operação do dispositivo de interrupção 140 pode ser manualmente iniciada ou automaticamente iniciada como parte de um ciclo de retroalimentação. Por exemplo, a queda de pressão através do gaseificador 100 pode ser determinada por um sensor de pressão de entrada 260 e um sensor de pressão de saída 270 e tipos de dispositivos similares. Um aumento na queda de pressão através o gaseificador 100 como determinado pelos sensores 260, 270 pode indicar um fluxo inadequado das matérias-primas 110. Da mesma maneira, um sensor de fluxo 280 e similares pode ser posicionado em torno de uma saída do gaseificador 100 ou em outro lugar. Uma diminuição no fluxo de gases de síntese 120 também pode indicar um fluxo inadequado das matérias-primas 110. Outros tipos de sensores podem ser usados no presente documento com diferentes tipos de lógicas de controle. Outros componentes e outras configurações podem ser usados no presente documento. O dispositivo de interrupção 140, portanto, impede que a ponte das 65 matérias-primas 110 se forme dentro do gaseificador 100. O dispositivo de interrupção 140 pode girar, agitar, vibrar ou, de outro modo, manobrar para assegurar um fluxo adequado das matérias-primas 110. Como descrito acima, o dispositivo de interrupção 140 pode tomar muitas formas diferentes, muitas orientações diferentes e muitas formas de operação diferentes. Ao impedir a ligação em ponte das matérias-primas 110, o gaseificador 100 pode fornecer uma produção estável do gás produtor 120 de modo a assegurar a operação estável da usina de força total 15 e produção eficiente total de energia. Além disso, pode-se evitar intervenção manual do operador no presente documento.

Deve estar aparente que o mencionado anteriormente refere-se apenas a determinadas modalidades do presente pedido e da patente resultante. Várias mudanças e modificações podem ser feitas no presente documento por alguém com habilidade comum na técnica sem se afastar do espírito e escopo geral da invenção como definido pelas reivindicações a seguir e os equivalentes das mesmas.

Claims

1. GASEIFICADOR, para uso na conversão de uma matéria-prima em um gás de síntese, que compreende: uma câmara exterior; uma zona de reação posicionada dentro de uma câmara exterior; e um dispositivo de interrupção manobrável dentro de uma câmara exterior para assegurar um fluxo estável da matéria-prima na zona de reação sem ligação em ponte.

2. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 1, em que o dispositivo de interrupção compreende um eixo.

3. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 2, em que o dispositivo de interrupção compreende um dispositivo de acionamento para manobrar o eixo dentro da câmara exterior.

4. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 2, em que o dispositivo de interrupção compreende um dispositivo de inserção para inserir e remover o dispositivo de interrupção de dentro da câmara.

5. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 1, em que o dispositivo de interrupção compreende uma ou mais extensões.

6. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 5, em que as uma ou mais extensões compreendem uma ou mais pás.

7. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 1, em que o dispositivo de interrupção compreende uma espiral estendida.

8. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 1, em que o dispositivo de interrupção compreende um parafuso estendido.

9. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 1, em que a câmara exterior compreende uma entrada superior e em que o dispositivo de interrupção compreende uma orientação substancialmente vertical.

10. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 1, em que a câmara exterior compreende uma parede lateral e em que o dispositivo de interrupção compreende uma orientação substancialmente horizontal.

11. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 1, que compreende adicionalmente um sensor de pressão de entrada e um sensor de pressão de saída.

12. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 1, que compreende adicionalmente um medidor de fluxo.

13. MÉTODO PARA OPERAR UM GASEIFICADOR PARA PRODUZIR UM GÁS DE SÍNTESE, que compreende: realizar o fluxo de uma matéria-prima para uma câmara exterior do gaseificador; manobrar um dispositivo de interrupção dentro da câmara exterior para impedir uma ligação em ponte da matéria-prima no mesmo; e realizar o fluxo da matéria-prima em uma zona de reação.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, em que a etapa de manobrar o dispositivo de interrupção compreende girar, agitar e/ou vibrar o dispositivo de interrupção dentro de uma câmara exterior.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, que compreende adicionalmente as etapas de inserir e remover o dispositivo de interrupção de dentro da câmara exterior.

16. GASEIFICADOR DE BIOMASSA, para usar na conversão de uma matéria-prima em um gás de síntese, que compreende: uma câmara exterior; uma zona de reação posicionada dentro da câmara exterior; e um dispositivo de interrupção manobrável dentro da câmara exterior para assegurar um fluxo estável da matéria-prima para uma zona de reação; o dispositivo de interrupção que compreende um eixo manobrado por um dispositivo de acionamento.

17. GASEIFICADOR DE BIOMASSA, de acordo com a reivindicação 16, em que o dispositivo de interrupção compreende um dispositivo de inserção para inserir e remover o dispositivo de interrupção de dentro de uma câmara exterior.

18. GASEIFICADOR DE BIOMASSA, de acordo com a reivindicação 16, em que o dispositivo de interrupção compreende uma ou mais extensões ligadas ao eixo.

19. GASEIFICADOR DE BIOMASSA, de acordo com a reivindicação 16, em que o eixo compreende uma espiral estendida.

20. GASEIFICADOR DE BIOMASSA, de acordo com a reivindicação 16, em que o eixo compreende um parafuso estendido.