BR112012015517A2

BR112012015517A2 - alimentador de alta pressâo e método de operação para alimentar materiais granulares ou miúdos

Info

Publication number: BR112012015517A2
Application number: BR112012015517-2A
Authority: BR
Inventors: Pannalal Vimalchand; Wan Wang Peng; Guohai Liu
Original assignee: Southern Company Services, Inc.
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2020-09-15
Also published as: CA2785336C; AU2010339757B2; KR101729360B1; US9409136B2; HUE028659T2; EP2516599A4; TW201138931A; US8852303B2; EP2516599A2; TWI495499B; AU2010339757A1; CN102154029B; WO2011084737A2; US20150044014A1; ZA201204498B; RS54590B1; CN102154029A; PL2516599T3; BR112012015517B1; US20110146153A1

Abstract

ALIMENTADOR DE ALTA PRESSÃO E MÉTODO DE OPERAÇÃO Á MATERIAIS GRANULARES MIÚDOS. É descrito um sistema de alimentação de carvão para alimentar carvões de baixa categoria pulverizados contendo até em peso de umidade aos gaseificadores operando até uma pressão de 1.000 psig (6.894,8 kpag). O sistema inclui tubos permeáveis ao gás de distribuidor e coletor de gás, integrados no recipiente de comporta. Diferentes métodos de operação do sistema de alimentação são revelados para minimizar os problemas de alímentação associados à amontoamento e compactação do carvão pulverizado. O método de manter as pressões de saída do dispositivo de alimentação e sistema de alimentação utilizando adição ou extração de gás com o dispositivo de controle de pressão também é descrito.

Description

É E ra 1/33 : ALIMENTADOR DE ALTA PRESSÃO E MÉTODO DE OPERAÇÃO PARA | ALIMENTAR MATERIAIS GRANULARES OU MIÚDOS * REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDO RELACIONADO Esse pedido reivindica o benefício do Pedido Provisional dos Estados Unidos 61/288.534, depositado em 21 de dezembro de 2009, que é pelo presente incorporado mediante referência.

DECLARAÇÃO RELACIONADA À PESQUISA OU DESENVOLVIMENTO

PATROCINADO PELO GOVERNO FEDERAL Esse pedido foi feito com o apoio do Governo em conformidade com o Cooperative Agreement Número DE-FC21- | 90MC25140 autorizado pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos. O Governo dos Estados Unidos tem certos direitos na invenção.

CAMPO DA INVENÇÃO Essa revelação se refere a um dispositivo e ao método de operação para alimentar materiais granulares ou miúdos de tamanho misto a um recipiente de alta pressão.

ANTECEDENTES Uma dificuldade na alimentação de carvão granular ou miúdo com quantidades moderadas de umidade em um gaseificador de alta pressão inclui conceber uma forma segura de aumentar a pressão do fluxo de carvão a partir da pressão atmosférica até a pressão de operação enquanto dosando com exatidão a taxa de alimentação de carvão. Essencialmente, três métodos têm sido praticados: sistemas de alimentação de carvão em pasta, sistemas de alimentação de pó seco com um recipiente de comporta e dispositivos de dosagem, rotativos, e bombas de carvão. Para O alimentador de carvão em pasta fluida, a

Mmtadmnntttnmaáitiatatatetdas finas mai atNistNMt3MAdAANiAaA4ANMMAMMMNANAAA AA Arthas AAA 2/33 pasta fluida, inclui de 32-40% em peso de água adicionados «

ao carvão em pó para tornar suficientemente baixa a viscosidade da pasta fluida de carvão para bombeamento para dentro de um gaseificador de alta pressão.

Um problema fundamental com essa abordagem é que o custo de secar os carvões de baixa categoria até uma condição quase sem umidade é muito elevado devido ao fato de que o processo de secagem pode ser muito prolongado.

Por exemplo, a Patente dos Estados Unidos 6.162.265 discute a secagem e preparação de uma pasta fluida com carvões de baixa categoria.

O processo é muito complicado e aumenta os custos de capital, de operação e de manutenção até um nível onde a instalação de gaseificação se torna economicamente não atraente.

É relativamente fácil remover a umidade de superfície do carvão; contudo, a instalação de secagem exigida para remover quase toda a umidade incluindo a umidade inerente a partir do carvão é muito grande.

Após a remoção de quase toda a umidade a partir do carvão, água é outra vez adicionada para fazer a pasta fluida.

Além do elevado custo de secagem do carvão, à eficiência térmica do processo de | gaseificação será baixa porque a água adicionada à pasta fluida ao carvão quase seco precisa ser evaporada no gaseificador.

Assim, no processo combinado de secagem de carvão e alimentação de pasta fluida, a umidade no carvão e como carvão é submetida duas vezes à evaporação.

A energia exigida para evaporar a água no gaseificador aumenta oO consumo de oxigênio assim como os custos de capital e de operação, associados.

Se o carvão não for seco antes do processo de formação de pasta fluida, então a quantidade de água que precisa ser evaporada no gaseificador quase dobra

El O NC See ss ss ses SD 3/33 uma vez que os carvões de baixa categoria contêm níveis significativamente elevados de umidade, que podem estar na * faixa de 30 a 45 por cento em peso do carvão. A evaporação de umidade de função duplo no gaseificador diminui significativamente a eficiência do processo e a produção de gás de síntese útil e aumenta os custos operacionais com elevado consumo de oxigênio e tarefas de resfriamento superiores para condensar a umidade a partir do gás de síntese. Portanto, utilizando-se o método de pasta fluida para alimentar os carvões de baixa categoria a um gaseificador de alta pressão é economicamente impraticável.

Essa pode ser a razão fundamental pela qual não existe uma prática comercial conhecida.

A utilização de um recipiente de comporta, conforme tem sido operado na técnica anterior, para alimentar o carvão granular e dosar um carvão com um dispositivo rotativo tal como um alimentador de parafuso ou uma verruma também encontra problemas. O recipiente de comporta é um meio para aumentar a pressão à medida que O carvão muda de pressão atmosférica no reservatório de armazenamento para à pressão de operação nos recipientes de alimentação. O método de recipiente de comporta para aumentar a pressão se baseia na oscilação da pressão entre a pressão atmosférica e a pressão de operação de forma cíclica. O recipiente de comporta tem duas válvulas: uma válvula conectando o reservatório de armazenamento de pressão atmosférica a partir do qual o carvão é alimentado ao recipiente de comporta e a outra válvula conectando um recipiente de alimentação de carvão que recebe o carvão a partir do recipiente de comporta e é mantido na pressão de operação do gaseificador. Na operação cíclica, quando o . recipiente de comporta está pronto para receber carvão a " partir do recipiente atmosférico, a válvula de entrada se | abre. Quando o carvão atinge um nível predeterminado, a válvula de entrada é fechada. Então o recipiente de comporta é pressurizado utilizando nitrogênio ou qualquer outro gás relativamente inerte tal como CO,. Quando a pressão do recipiente de comporta iguala a pressão do recipiente de alimentação, a válvula de saída se abre. O carvão no recipiente de comporta supostamente flui para dentro do recipiente de alimentação sob ação da gravidade. E na maioria das vezes isso ocorre. Contudo, quando a umidade do carvão aumenta até acima de 5%, partículas de carvão finamente trituradas tendem à adensar no recipiente de comporta quando o recipiente de comporta é pressurizado. O carvão compactado no recipiente de comporta não se desalojará do recipiente de comporta par dentro do recipiente de alimentação pressurizado. O recipiente de alimentação será gradualmente esvaziado, eventualmente interrompendo alimentação de carvão para o gaseificador. A perda de alimentação de carvão afeta a operação do gaseificador porque ele tem que ser paralisado e reiniciado, desse modo aumentando os custos de operação e causando uma perda em produção.

Os dispositivos de dosagem são geralmente dispositivos rotativos que requerem uma vedação apropriada para impedir que as partículas miúdas de carvão vazem para a atmosfera. É difícil desenvolver uma vedação segura de longa duração de forma mecânica para as diferenças de alta pressão que existem entre o alimentador e a atmosfera

A AA ADA AAA AAA AAA 5/33 devido à presença do pó de carvão e constante rotação do Í dispositivo. Além disso, a exatidão da dosagem se torna . difícil devido às mudanças na densidade em volume de carvão. A erosão do dispositivo rotativo e alojamento pelas partículas de carvão é um problema significativo para certos tipos de alimentadores de carvão.

A utilização de uma bomba de carvão para alimentar diretamente o carvão a um gaseificador de alta pressão tem estado em desenvolvimento há muitos anos; mas, o dispositivo não foi suficientemente desenvolvido para aplicações comerciais. O problema fundamental é a ampla - variação nas propriedades do pó de carvão ou do material granular. Como as vedações de pressão são projetadas para determinada faixa estreita de partículas de carvão, é difícil vedar em altas pressões durante todo o tempo para características de alimentação naturalmente variáveis do carvão moído. As propriedades do carvão moído variam devido às variações no carvão bruto, variações nas operações de trituração e moagem e segregação das partículas de carvão durante armazenamento e transporte. Qualquer interrupção de alimentação, ou escapamento dos gases de processo que podem ser inflamados, quentes, e materiais de leito de gaseificador, pode ser altamente perigosa para o sistema de bomba de carvão.

SUMÁRIO A presente revelação descreve um equipamento e métodos de operação para alimentar carvões miúdos de baixa categoria ou granulares com elevado teor de umidade, que pode ser tão elevada quanto 25%, a um gaseificador com a pressão de operação na faixa de aproximadamente 5 a 1000

NE | 6/33 psig (34,47 a 6.894,8 kPag). “ A presente revelação se refere à um sistema de ? alimentação de sólidos que proporciona um equipamento e método de operação para alimentar carvão preparado ou materiais carbonáceos a um recipiente de alta pressão.

A umidade preferida do carvão está na faixa de aproximadamente 1-25%. O tamanho de partícula de carvão pode estar na faixa de aproximadamente 0-6 mm.

Deve ser considerado que há várias formas de definir partículas irregularmente formadas.

Geralmente, algumas partículas de carvão podem ter uma esfericidade de aproximadamente 0,7 - esfericidade se refere ao diâmetro de um volume esférico equivalente.

No contexto dessa revelação, uma partícula de 6 mm, por exemplo, se refere às partículas que podem passar através de uma tela de peneira de 6 mm.

Normalmente, entende-se que este é o caso (passagem através de uma tela de peneira) a menos que de outro modo declarado.

Embora o sistema de alimentação possa manejar muitos sólidos diferentes, o sistema é descrito utilizando carvão uma vez que as partículas sólidas a serem alimentadas como carvão é um dos materiais mais difíceis de se manejar devido à sua heterogeneidade e características diferentes. o carvão processado ê armazenado em um reservatório de armazenamento de carvão e é alimentado ao recipiente de comporta sempre que um sinal de demanda de ciclo for recebido a partir do sistema de controle.

A presente revelação proporciona dois métodos para garantir que as partículas sólidas sejam desalojadas e caiam do recipiente de comporta para dentro do recipiente de alimentação conforme desejado pela sequência operacional.

UU nMbNAMAMNANMAARANINNANMNRAAASttttAucRRAA0MMA trata aati senta rAAAAANSAANMRA AAA tra saint dai taiasineãa 7/33 | O primeiro método, de acordo com a presente revelação, é denominado um método de micro fluidização.

7 Durante operação do recipiente de comporta, O recipiente de comporta pode ser pressurizado diretamente até a pressão do recipiente de alimentação em um perfil e taxa de pressurização, predeterminados antes de a válvula de saída do recipiente de comporta se abrir para o recipiente de alimentação. Se as partículas sólidas adensarem no recipiente de comporta, a operação falha uma vez que O recipiente de alimentação não recebe sólidos adicionais e O processo de alimentação é interrompido. Em uma modalidade da presente revelação, se a pressão de operação do sistema for maior do que 50 psia (344,74 kPa), O recipiente de comporta é pressurizado até uma pressão de 3-10% superior à pressão de operação do sistema. A pressão é então reduzida até a pressão de operação do recipiente de alimentação mediante escapamento do gás para fora do recipiente de comporta para o depósito de agitação de carvão. A taxa de ventilação de gás ou orifício na linha de ventilação é projetada para garantir que a velocidade superficial do gás no recipiente de comporta seja aproximadamente o dobro da velocidade mínima de fluidização das partículas médias no recipiente de comporta.

Para garantir que substancialmente todos oOs materiais no recipiente de comporta sejam fluidificados durante o processo de micro fluidização, os elementos de ventilação de gás são instalados em recipientes de comporta, grandes. A estrutura desses elementos de ventilação inclui tubos de aço com muitos furos perfurados através da parede do tubo e todos os furos são cobertos com

EA RREO AAA AAA 8/33 | material permeável ao gás que é impermeável aos sólidos. Um desses materiais é o metal sinterizado. Outros materiais e ' arranjos são igualmente praticáveis. Adicionalmente, para auxiliar O processo de fluidização, gás adicional pode ser acrescentado ao recipiente de comporta através de uma membrana de distribuição de gás ou através de tubos de adição de gás inseridos no recipiente de comporta. O gás adicionado percorrerá os tubos de ventilação e no processo fluidifica OS materiais de leito.

Para partículas sólidas que não têm a forte tendência à compactação por todo o recipiente de comporta, as partículas ainda podem tender a adensar principalmente no fundo do recipiente de comporta próximo à saída de sólidos. O compactação de partículas pode ser decomposto mediante super pressurização ou sub-pressurização do recipiente de comporta para aproximadamente 2-15 libras por polegada quadrada (psi) (13,79 a 103,42 kPa) superior ou inferior à pressão de operação do recipiente de alimentação. Quando a válvula entre o recipiente de comporta e o recipiente de alimentação está aberta, a diferença de pressão causará rápidas mudanças de gás entre o recipiente de comporta e o recipiente de alimentação. Como resultado, a ponte ou compactação de partículas próximo ao fundo do recipiente de comporta será decomposta.

Outro objetivo da presente revelação é o de ter um dispositivo de controle de pressão no tubo de descida abaixo do recipiente de alimentação para manter uma diferença de pressão constante entre o gaseificador ou recipiente de reator e a saída de sólidos no alimentador. O dispositivo permite que oO sistema injete ou extraia : rapidamente o gás do sistema de alimentação, mantendo uma ij pressão constante desejada no sistema de alimentação.

O sistema de alimentação tem um dispositivo de alimentação a jusante do dispositivo de controle de pressão. O dispositivo de alimentação consiste em um tubo de descida, um tubo de subida curto e bicos de aeração. As partículas sólidas na parte inferior do tubo de subida fluem como um leito expandido móvel. O gás de controle a partir do recipiente de alimentação e do dispositivo de alimentação fluindo para dentro do tubo de descida e através do tubo de subida mantém o leito expandido. Um dos objetivos dessa revelação é a de controlar a taxa de alimentação de partículas sólidas mediante controle da velocidade de movimento de leito no tubo de subida com o gás de controle total que flui através do dispositivo de alimentação. Outro objetivo da revelação é o de reduzir ou prevenir o contato do gás de transporte com as partículas sólidas no recipiente de alimentação e no tubo de descida. O gás de transporte é adicionado ao topo do tubo de subida e linha de condução para garantir que velocidade de condução suficiente seja mantida. Isso facilita o uso de pequena quantidade de gás de controle inerte no recipiente de alimentação com grande quantidade de gás de transporte reativo na linha de condução, impedido quaisquer reações entre o gás de transporte e partículas sólidas no recipiente de alimentação.

Outro objetivo da presente revelação é o controle de taxa de alimentação de sólidos, através de uma

. combinação de ambos, gás de controle para o sistema de alimentação e pressão do sistema de alimentação. Para uma ' determinada característica dos sólidos, o controle da taxa de alimentação se baseia na taxa de fluxo de gás para a seção de descarga do alimentador e a taxa de fluxo de gás para o recipiente de alimentação. Para a operação de taxa de alimentação constante, a alimentação de gás para o recipiente de alimentação é ligeiramente maior do que a taxa de fluxo volumétrico de sólidos para fora do recipiente de alimentação. Se as características dos sólidos mudarem durante a operação, a taxa de fluxo em | massa de carvão ou sólidos para o gaseificador ou reator pode ser mantida mediante manutenção de uma pressão constante do sistema de alimentação.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS Aspectos da presente revelação podem ser mais bem-entendidos mediante ilustrações e serão descritos mediante referência aos desenhos a seguir.

A Figura 1 é um desenho esquemático de um conjunto de alimentador incluindo um reservatório de armazenamento de alimentação, um recipiente de comporta, um recipiente de alimentação, um dispositivo de controle de pressão e um dispositivo de alimentação de acordo com várias modalidades da presente revelação.

A Figura 2 é um desenho esquemático do dispositivo de controle de pressão da Figura 1 de acordo com várias modalidades da presente revelação.

A Figura 3 é um desenho esquemático do recipiente de comporta da Figura 1 com distribuição interna de gás e arranjos de ventilação de acordo com várias modalidades da

BEEN A AAA raAiA AAAAAAAAAA AAA ADA AAA AAA DA 11/33 presente revelação. A Figura 4 é um desenho esquemático de uma ' injeção de gás de recipiente de comporta e dispositivo de liberação de acordo com várias modalidades da presente revelação.

A Figura 5 é um desenho esquemático do dispositivo de alimentação da Figura 1 de acordo com as várias modalidades da presente revelação.

A Figura 6 é uma tendência experimental de pressões de combustível de trava e combustível de alimentação ilustrando a micro fluidização.

A Figura 7 é uma tendência experimental de taxa de alimentação de carvão versus taxa de fluxo de nitrogênio de Controle Total através do dispositivo de alimentação PDAC.

DESCRIÇÃO DETALHADA Conforme mostrado na Figura 1, um alimentador de carvão avançado de pressão desacoplada (PDAC) 100 de acordo com uma modalidade da revelação compreende um conjunto de recipientes e dispositivos de controle de alimentação e pressão. O mesmo inclui um depósito de agitação de carvão 102, configurado para temporariamente armazenar carvão processado em trânsito a partir de um sistema de preparação de carvão para um gaseificador ou reator 150. O depósito de agitação de carvão 102 também aceita gás de ventilação a partir de um recipiente de comporta 108. Vários sacos de filtro 101 são instalados no depósito de agitação 102 para filtrar a poeira de carvão. Além disso, uma tela 104 com uma abertura é instalada para impedir que os sacos que falharam que caem, interrompam o processo de alimentação de

O MAANAN00RMRNAMtMA0NA AAA Rena NAL ArMrMr ata AAA AAA atas ta AA AAA SA RCA ALANA LACAN inda aca) 12/33 carvão. Em algumas modalidades, as aberturas da tela 104 podem ser dimensionadas na faixa de aproximadamente duas ' polegadas (5,08 cm) por aproximadamente duas polegadas (5,08 cm). Tambén são incluídos um recipiente de alimentação 114, um dispositivo de controle de pressão 117, um dispositivo de controle de taxa de alimentação de carvão 120 e um instrumento de medição de densidade de carvão 130 na linha de condução de carvão 132 que conduz O carvão para o gaseificador ou reator 150.

Ao menos uma válvula 106 é instalada entre o recipiente de comporta 108 e o depósito de agitação 102. Em muitas modalidades, duas válvulas podem ser empregadas entre o recipiente de comporta 108 e o depósito de agitação

102. A primeira válvula abaixo do depósito de agitação 102 isola o depósito de agitação a partir do recipiente de comporta 108 quando o sistema alimentador sofre uma falta de energia. A segunda válvula pode estar localizada entre o recipiente de comporta 108 e a primeira válvula abaixo do depósito de agitação 102 e atua como um limite de pressão entre o recipiente de comporta e o depósito de agitação. A segunda válvula fecha em um ambiente relativamente limpo uma vez que ela é sincronizada para fechar ao menos em uns poucos segundos após o fechamento da primeira válvula.

A válvula 106 pode abrir mediante demanda e o carvão a partir do depósito de agitação 102 enche o recipiente de comporta 108 até um nível desejado. Um sinal de iniciação para adicionar carvão ao recipiente de comporta 108 pode ser um sinal de ação sequencial. O sinal de iniciação pode se basear ao menos em uma medição de nível de carvão no recipiente de alimentação de carvão 114,

ameamantM Anta tInA ta Nata REn2s A AMA AAAMNMAA AAA AAnaA Atdadenta tatiana tatha A LAMA Anata stat Ana id 13/33

Para fins de ilustração, se pode usar uma sonda de nível

115 como um ponto de partida para o ciclo da transferência

7 de carvão.

Quando a sonda de nível 115 detectar que o nível de carvão atingiu um nível pré-estabelecido, uma sequência começa com à abertura da válvula de entrada de recipiente de comporta 106 para encher o recipiente de comporta 108 até um nível predeterminado 107, A medição de nível para o recipiente de comporta 108 pode ser qualquer uma das várias técnicas de medição de nível, tal como medição de raio gama, sonda de nível de condutância, uma sonda de nível de capacitância, uma sonda vibratória, medição de nível ultra- sônico, e outras técnicas de medição de nível.

Quando a medição de nível tiver detectado o nível de sólidos, a válvula de entrada de sólidos de recipiente de comporta 106 é fechada e o recipiente de comporta 108 começa O processo de pressurização.

Nos processos da técnica anterior, O recipiente de comporta 108, é pressurizado até uma pressão igual à pressão de recipiente de alimentação e a válvula

110 na linha de compensação 111 se abrirá.

Substancialmente ao mesmo tempo, a válvula 112 na saída do recipiente de comporta 108 pode abrir.

Os sólidos podem fluir para fora do recipiente de comporta 108 pela ação da gravidade para dentro do recipiente de alimentação 114. Contudo, quando os sólidos, tais como carvão no recipiente de comporta 108,

contêm uma quantidade substancial de partículas menor do que, por exemplo, 45 micrômetros de tamanho, assim como partículas tendo um teor de umidade relativamente elevado,

as partículas pode tender a adensar e não podem fluir livremente pela ação da gravidade.

Partículas sólidas tal como carvão, quando secas e pulverizadas, podem não ser de

MAIARRSNNSANIRSSANMAAINA NANA inAAA AAA AAA AAANDAAs Asa tada RMS 14/33 tamanho uniforme e as características de umidade podem mudar durante um período de tempo tão curto quanto um dia. | 7 Quando as características de tamanho e umidade estiverem fora dos limites mesmo por uma curta duração durante o dia, isso pode levar à perda de alimentação de carvão para as unidades pressurizadas tal como um gaseificador ou reator

150. Por intermédio de um dos seguintes três métodos, modalidades da revelação podem manter a alimentação mesmo se variaren as características das partículas de alimentação.

Em uma modalidade, O recipiente de comporta 108 pode ser super pressurizado em aproximadamente 3-15 psi (20,68 a 103,42 kPa) superior à pressão no recipiente de alimentação. Em diferentes métodos operacionais de recipiente de comporta aqui descritos, a sequência de pressurização inclui uma taxa de pressurização lenta (por exemplo, de até aproximadamente 60 segundos), seguida por uma taxa de pressurização rápida até que a pressão esteja dentro de 5% da pressão final desejada, e finalmente uma taxa de pressurização lenta até que a pressão final desejada seja alcançada. A temporização de cada etapa de pressurização pode mudar dependendo das características da fonte de carvão. A compactação das partículas pode ocorrer no início da pressurização e a etapa de pressurização lenta inicial é útil para minimizar os efeitos da compactação. A etapa de pressurização lenta final pode garantir que a pressão desejada seja alcançada com o mínimo de sobrecarga.

Quando a pressão pré-estabelecida superior do recipiente de comporta 108 tiver sido alcançada, a válvula 110 na linha de compensação 111 pode abrir em primeiro lugar porque a pressão é superior no recipiente de comporta 108 do que no recipiente de alimentação 114, e o gás fluirá ' a partir do recipiente de comporta 108 para o recipiente de alimentação 114. A liberação de gás a partir do recipiente de comporta 108 pode ter uma tendência de fluidificar os sólidos no recipiente de comporta ou romper qualquer amontoamento insignificante no recipiente de comporta 108. Após um curto retardo de tempo (por exemplo, entre aproximadamente 500 milissegundos a aproximadamente 1 segundo), a válvula de saída do recipiente de comporta 112 pode ser aberta.

Como o recipiente de comporta 108 ainda está ligeiramente sob pressão positiva, a amontoamento insignificante dos sólidos na saída do recipiente de comporta pode se romper e cair pela ação da gravidade assim como com um empurrão a partir da pressão positiva no recipiente de comporta 108. Mediante amontoamento insignificante, entende-se que os sólidos normalmente fluirão e ocasionalmente (por exemplo, aproximadamente a cada quatro a oito horas ou aproximadamente 30-60 ciclos), ocorre um amontoamento fraco de recipiente de comporta na saída durante a qual os sólidos falham em cair dentro do recipiente de alimentação 114. Sempre que ocorrer tal amontoamento, o procedimento acima romperá a ponte e o processo de alimentação continuará.

Esse método de operação é denominado como um modo de super pressurização.

Para manter a diferença de pressão entre a saída do dispositivo de alimentação PDAC 123 e oO reator 150 substancialmente constante, o gás adicional a partir da Super pressurização que causa a pressão superior no recipiente de alimentação 114 e saída do alimentador de carvão deve ser adequadamente liberada. Em uma modalidade, na presente revelação, a liberação de gás é realizada por ' um dispositivo de controle de pressão. A Publicação de Patente dos Estados Unidos 2010/0263342, que é aqui incorporada mediante referência, descreve um dispositivo de controle de pressão (conhecido nesse sentido como um dispositivo de diminuição de pressão) e a operação de tal dispositivo em uma aplicação diferente onde o dispositivo facilita a redução da pressão de fluxos de sólidos a partir de uma pressão do sistema de operação para a pressão substancialmente atmosférica.

Na modalidade, um dispositivo de controle de pressão 117 é apresentado na Figura 2 para aplicação de alimentador de carvão, onde o dispositivo de controle de pressão é reconfigurado para uso como um meio para adicionar gás através da válvula 119 para o fluxo de sólidos 214. A câmara de gás 206 é isolada do fluxo de sólidos de processo 214 com um leito de sólidos granulares inertes 210, mantido no lugar com uma membrana permeável a gás interna 212 e uma membrana permeável a gás externa 208. O gás também pode ser extraído através da válvula 118 para reduzir a préssão do fluxo de sólidos 214. Ao contrário do dispositivo usado na US2010/0263342, onde a pressão de saída do fluxo de sólidos é gerada menor do que a metade da pressão de entrada, nessa modalidade a diferença de pressão através do dispositivo de controle de pressão 117 é baixa, uma vez que o propósito é o de controlar a pressão mediante adição de um gás de ventilação em pequenas quantidades. Com a adição/extração de gás a partir do fluxo de sólidos 214, a pressão do fluxo de sólidos na saída 220 do dispositivo

NINALIRRIAAALNAAMDIILAIANARNAAAAAS AE LNINAMaLAAAEASADAAALLELAO AAA ANAL en AAA Ab AAA MALA MMA AA LAR Co dn NO 20 ALLA LADA ALA a A a 17/33 de controle de pressão 117 pode ser mantida substancialmente constante. 7 Quando o recipiente de comporta 108 é operado no modo de super pressurização, quando a válvula 110 na linha de compensação de pressão 111 e a válvula 112 estão | abertas, o gás junto com os sólidos pode se deslocar para fora do recipiente de alimentação 114 mais rapidamente devido a uma diferença de pressão superior criada devido à super pressurização. Se o gás e os sólidos puderem fluir a partir do recipiente de alimentação 114 para o reator 150, a diferença de pressão entre a saída do dispositivo de alimentação PDAC 123 e o reator 150 pode aumentar e como resultado, a taxa de alimentação de sólidos também aumentará. Conforme mostrado abaixo, o controle da diferença de pressão é crucial para controlar a taxa de fluxo dos sólidos a partir da saída do dispositivo de alimentação PDAC 123 para o reator 150, Para evitar tal aumento de pressão, o gás em excesso devido à super pressurização do recipiente de comporta 108 pode ser liberado pelo dispositivo de controle de pressão 117 mediante abertura da válvula de liberação de gás 118.

O dispositivo de controle de pressão 117 conforme mostrado na Figura 2 pode estar localizado no tubo de descida, a jusante do recipiente de alimentação 114, e recebe a corrente de fluxo de sólidos 214 e gás a partir do recipiente de comporta 108. O tubo de conexão 203 e o dispositivo de controle de pressão 117 estão em comunicação com o recipiente de alimentador 114 em uma primeira extremidade e o dispositivo de alimentação PDAC 120 em uma extremidade oposta. Quando um dispositivo de medição de

É SRS LARA A AAA nA st at iatadaaLs AAA curto A AAA A mtataal MIA ALLA AA AA RAMAL 18/33 pressão 127 detecta uma pressão que é superior ao valor pré-estabelecido, a válvula de controle 118 abrirá para 7 reduzir rapidamente, se necessário, a pressão do recipiente de alimentação 114 para o valor pré-estabelecido. O fluxo de gás e sólidos na saída 220 do dispositivo de controle de pressão 117 está quase em pressão constante. Observar que um pico de taxa de alimentação de carvão brevemente elevado é quase inofensivo para o desempenho e operação do gaseificador de carvão. Portanto, para o modo de pressurização excessiva, a liberação de gás para reduzir a pressão do recipiente de alimentação não precisa ser drástica e podem ser facilmente controladas. Operar oO recipiente de comporta 108 e o sistema sob o modo de pressurização excessiva pode ser vantajoso porque a lógica do sistema reduz qualquer possibilidade de o gás inverter O fluxo a partir do reator 150 para o alimentador o que, se ocorrer, é uma preocupação de segurança. Sob o modo de pressurização excessiva, o pior cenário é um pico na taxa de alimentação devido a qualquer inexatidão potencial no controle da pressão. Normalmente, o controle da pressão pode funcionar de forma segura e exata e a taxa de alimentação de carvão não mostrará quaisquer picos.

Um segundo modo de operação para o recipiente de comporta é denominado modo de sub-pressurização. Esse modo pode funcionar quando a compactação que ocorre no recipiente de comporta se deve à fração de partículas miúdas no carvão que é superior ao normal. Sob esse modo de operação, o recipiente de comporta 108 é pressurizado para uma pressão ligeiramente inferior do que no recipiente de alimentação 114. Dependendo das características do carvão,

o diferencial de pressão pode estar na faixa de 3 a 15 psi (20,68 a 103,42 kPa). Quando a pressão no recipiente de 7 comporta 108 atinge a pressão pré-estabelecida, a qual pode ser de aproximadamente 3 a 15 psi (20,68 a 103,42 KkPa) abaixo da pressão do recipiente de alimentação, a válvula 112 pode ser configurada para abrir. A pressão superior no recipiente de alimentação 114 forçará o gás a partir do recipiente de alimentação a fluir no sentido para cima, para dentro do recipiente de comporta 108. Após a válvula 112 se abrir, a válvula 110 na linha de compensação também pode ser configurada para abrir após um curto retardo. Quando o carvão começa a cair a partir da comporta para O recipiente de alimentação, o espaço ocupado pelo carvão deve ser preenchido por um gás. Quando O carvão cai para dentro do recipiente de alimentação, uma quantidade equivalente de gás é deslocada. O gás deslocado a partir do recipiente de alimentação pode seguir através da linha de compensação para o recipiente de comporta para ocupar O volume do carvão que se deslocou para o recipiente de alimentação.

No modo de sub-pressurização, mesmo uma pequena diferença de pressão pode fazer com que O gás a partir do recipiente de alimentação 114 se desloque para o recipiente de comporta 108 em elevadas velocidades. Isso exerce força suficiente a partir do fundo e rompe qualquer ponte que tipicamente se forma na saída do recipiente de comporta. A elevada velocidade pode ser tão alta quanto 120 pés/segundo (36,58 m/s) mesmo em uma baixa diferença de pressão de 2 psi (13,79 kPa) na pressão de operação de 250 psig (1.723,7 KkPag). Além disso, uma parte do gás adicional injetado também é deslocada rapidamente para oO recipiente de comporta 108, fluidificando os materiais no recipiente de f comporta 108 e minimizando o efeito de compactação.

A sub-pressurização pode causar uma redução de pressão substancialmente instantânea — no sistema —* de alimentador a qual, por sua vez, pode causar uma redução da taxa de alimentação se nenhuma ação adicional for realizada. Porém, uma situação de fluxo inverso é improvável porque a pressão do alimentador de operação normal é projetada para ser de ao menos 15 psi (103,42 kPa) superior à pressão do reator. Na prática, o diferencial de pressão durante operação normal pode ser de 50 psi (344,74 kPa). Contudo, a redução da taxa de alimentação a partir do sistema de alimentação no fornecimento de carvão ao gaseificador é indesejável. Para evitar a redução de taxa de alimentação, o gás é injetado no sistema de alimentador através da linha de alimentação 122 para as porções, superior (fluxo 126) e inferior (fluxo 129) do recipiente de alimentação 114, do dispositivo de controle de pressão 117 utilizando a válvula 119 e do dispositivo de alimentação PDAC 120 com o fluxo 124. A distribuição do gás entre esses fluxos depende das características do material de alimentação e do modelo de sistema. Entende-se que O número de bicos no recipiente de alimentação 114 e no dispositivo de alimentação PDAC 120 pode ser múltiplo. A quantidade de gás adicional necessário para um determinado tamanho de recipiente de comporta, e a extensão de sub- pressurização, podem ser calculadas de forma muito precisa.

Por exemplo, se o volume do recipiente de comporta for de 500 pés' (14,16 mº) com 50% do volume ocupado pela fase de gás e do recipiente de comporta 108 for de 15 psi (103,42 kPa) sob pressurização, então a quantidade total de gás 1 adicional necessário é de 17,5 libras (7,94 kg). Com uma quantidade conhecida de gás adicional necessária e oO intervalo de tempo desejado para restaurar a pressão no recipiente de alimentação, aqueles versados na técnica pode dimensionar um tanque de compensação ou selecionar tamanhos de linha, e válvulas de controle, apropriados para injetar o gás. Para minimizar o retardo de tempo e considerando o tempo de acionamento para as válvulas, um sistema de controle direto de alimentação pode ser usado e um sinal emitido para as válvulas de injeção de gás para garantir que o tempo de restauração de pressão seja inferior a aproximadamente 500 milissegundos.

Outra modalidade da revelação é denominada micro fluidização. O recipiente de comporta 108 pode ser pressurizado em aproximadamente 3-15% superior à pressão no recipiente de alimentação 114. O gás de alta pressão é então liberado a partir do recipiente de comporta 108 através da válvula 134 na linha de ventilação 128 até que a pressão no recipiente de comporta 108 seja essencialmente idêntica à do recipiente de alimentação 114. Se o gás for liberado uniformemente por todo o leito de sólidos no recipiente de comporta 108 e a velocidade superficial do gás no recipiente de comporta 108 for substancialmente superior à velocidade de fluidização mínima das partículas, então o leito de sólidos no recipiente de comporta 108 será fluidificado. Isso minimiza os efeitos de compactação de partículas no recipiente de comporta 108 e os sólidos serão de queda livre para dentro do recipiente de alimentação 114

A O 22/33 quando a válvula 112 mostrada na Figura 1 se abrir. Para a maioria dos sólidos, os efeitos de ' compactação de partículas no recipiente de comporta 108 são reduzidos durante os estágios posteriores da etapa de pressurização rápida. Uma variação de micro fluidização pode ser efetuada mediante gás de ventilação na faixa de tempo de aproximadamente 1 a 3 segundos durante a etapa de pressurização rápida e então continuando a pressurizar até a pressão do recipiente de alimentação antes da abertura da válvula de linha de compensação 110 e da válvula 112 entre o recipiente de comporta 108 e o recipiente de alimentação

114. Essa variação é útil uma vez que grande parte da compactação de partículas ocorrendo durante o estágio de pressurização inicial pode ser deslocada e os sólidos aerados. Os sólidos têm menor tendência à compactação com pressurização continuada após a etapa de micro fluidização. Um aspecto de micro fluidização inclui liberar o gás de alta pressão a partir do recipiente de comporta 108 o mais uniformemente possível. O método pode ser mais bem ilustrado con o recipiente de comporta 108 ilustrado na Figura 3. Para liberar o gás substancialmente de forma uniforme por todo o recipiente de comporta 108, OS elementos de liberação de gás podem ser instalados dentro do recipiente de comporta 108. Os elementos de liberação de gás 310 e 320 são similares em estrutura e são ilustrados adicionalmente na Figura 4. Os elementos de liberação de gás 310 e 320 compreendem um coletor anelar 410 para coleta assim como para distribuição do gás de pressurização conforme necessário. Vários tubos permeáveis a gás 412 são montados no coletor anelar 410; a extensão dos tubos 412

OO O AO A AO 23/33 pode variar dependendo do formato do recipiente de comporta

108.

' A Figura 4 ilustra a estrutura do tubo permeável a gás 412. A parte interna 452 é um tubo com vários furos perfurados através de sua parede. O tamanho de cada furo pode variar, mas em uma modalidade, eles podem ser dimensionados a partir de aproximadamente 4 polegadas (6,35 mm) até aproximadamente é polegada (12,70 mm). O número de furos depende ao menos do tamanho do tubo e da quantidade de gás a ser liberada. Uma diretriz é que a área em seção transversal total dos furos possa ser de ao menos 10 vezes a área em seção transversal do tubo 412 com base no diâmetro do tubo de modo que os furos não proporcionarão qualquer resistência substancial ao fluxo de gás. O membro externo 454 do tubo permeável ao gás 412 pode ser feito de qualquer material permeável ao gás. Contudo, conforme discutido abaixo, o tubo 412 pode ser usado para que o gás flua em ambos os sentidos. Portanto, em uma modalidade, o tubo 412 pode ser rígido. O material mais comum que está de acordo com esse pedido é o metal sinterizado que está disponível em diversos tamanhos de poro. O metal sinterizado pode impedir que as partículas entrem no tubo interno e causem a erosão das válvulas de ventilação.

Quando o recipiente de comporta 108 opera em um modo de micro fluidização, o tubo de liberação de gás 412 também pode ser usado durante a pressurização para distribuir o gás de pressurização 302 para os materiais que têm baixa permeabilidade. Quando esses materiais são usados para a distribuição de gás, eles podem distribuir o gás mais rapidamente e mais uniformemente por todo o leito de

| -nsnntnemiNas00t4As AMAR dtmtA nam Astornp0 tram data As sttaA assis Aa NMdRinRSA RA AAAAAAAAAAAA AAA Aria Ann nata nata 24/33 : sólido superando as restrições de fluxo devido às baixas permeabilidades. A distribuição uniforme do gás por todo o " leito de sólidos no recipiente de comporta 108 é um desafio para aquelas partículas sólidas com permeabilidade insuficiente. Alguns praticantes promovem uma técnica de baixa pressurização de modo que O gás possa penetrar por todo o leito durante o estágio de pressurização. Contudo, frequentemente para operação comercial, essa técnica se torna impraticável uma vez que ela requer longos tempos de pressurização. As modalidades de arranjo interno do recipiente de comporta 108 apresentadas nas Figuras 3-5 proporcionam um percurso de fluxo de gás mais curto no leito em comparação com o uso de uma membrana cônica e/ou bicos em um lado do recipiente de comporta 108 como o meio de pressurização. Durante o estágio de pressurização, uma membrana hiperbólica 330 localizada na seção de cone do recipiente de comporta 108 (conforme ilustrado na Figura 3) também pode ser usada para a adição de gás 302.

Em uma modalidade, uma diretriz para micro fluidização é que a pressão no recipiente de comporta 108 deve ser aproximadamente 3-15% superior à pressão de recipiente de alimentação da pressão de operação, do tamanho do recipiente de comporta 108 e das características do material de alimentação. A percentagem de pressurização excessiva no recipiente de comporta 108 é menor com a pressão de operação aumentada e com o tamanho aumentado do recipiente de comporta 108. Após o recipiente de comporta 108 ter alcançado a pressão excessiva predeterminada para micro fluidização, a taxa de liberação de pressão através dos elementos internos de liberação de gás 310 e 320 assim

DE E aaa ta SNS DDD 25/33 como da linha de ventilação normal 128 pode ser tal que a velocidade do gás no recipiente de comporta 108 é maior do " que duas vezes a velocidade mínima de fluidização para facilitar a fluidização de substancialmente todos os materiais no recipiente de comporta 108, reduzindo o efeito da compactação de partículas. Em um exemplo não limitador, se o recipiente de alimentação for pressurizado em aproximadamente 500 psi (3.447,4 kPa) e uma pressão excessiva em 10% for escolhida antes de serem abertas as válvulas de ventilação, então a pressão excessiva "predefinida" é de 550 (500+10% de 500) psi (3.792,1 kPa). Para garantir que oO carvão no recipiente de comporta 108 seja fluidificado durante o estágio de liberação de gás para os materiais que têm tendência à compactação, o fluxo de gás 302 (conforme indicado pela Figura 3) pode ser injetado por uns poucos segundos através da membrana 330 na seção de cone do recipiente de comporta

108. Como as seções de saída e cone do recipiente de comporta 108 devem ser mais provavelmente adensadas, a injeção de gás durante a liberação de gás pode auxiliar na fluidização dos sólidos nessas seções e assim reduzir os efeitos de compactação e amontoamento de partículas que podem ocorrer durante a pressurização. Após oO gás pressurizado em excesso ser liberado e a pressão do revestimento de comporta se igualar à pressão do recipiente de alimentação, os sólidos podem cair livremente dentro do recipiente de alimentação 114. A operação de liberação de gás durante a micro fluidização pode, em uma modalidade, durar entre aproximadamente 1 a 5 segundos dependendo da pressão de operação.

U ANANRAAINNSARSMAUINAÍAA finda vSAlA AA MMAMRMRANSAdi AAA Ata RSNAAAAANAAAAAAAASAANSRRNASNANAAAA RASA AASASAAaA 26/33 : Conforme mencionado acima, o dispositivo de controle de pressão 117 pode ser usado para controlar a : diferença de pressão entre o alimentador e o reator 150 quer seja mediante retirada do gás ou mediante adição do gás o fluxo de sólidos 214 fluindo através do dispositivo

117. O segundo método usado para manter a diferença de pressão entre o alimentador de carvão e o gaseificador ou reator 150 é o dispositivo de alimentação PDAC 120 conforme mostrado na Figura 5. O gás de controle adicionado através do recipiente de alimentação 114 e do dispositivo de controle de pressão 117 flui através do dispositivo de alimentação PDAC 120. Gás de controle adicional 124 é adicionado conforme necessário para controlar a taxa de alimentação de carvão através do dispositivo 120.

A taxa de alimentação de carvão é controlada através de uma combinação de ambos, gás de controle para o sistema de alimentação que passa através do dispositivo de alimentação PDAC 120 e a pressão do sistema de alimentação. Para uma determinada característica dos sólidos, o controle da taxa de alimentação se baseia ao menos na taxa de fluxo de gás para a seção de descarga de alimentação e na taxa de fluxo de gás para o recipiente de alimentação e para O dispositivo de controle de pressão 117. Para a operação de taxa de alimentação constante, a alimentação de gás para o recipiente de alimentação 114 é ligeiramente superior do que a taxa de fluxo volumétrico de sólidos para fora do recipiente de alimentação 114. Uma parte do gás que entra no recipiente de alimentação 114 ocupa o volume deslocado quando os sólidos são continuamente alimentados para fora do recipiente 114. Se as características dos sólidos

| emamsano bla cnuainnlree ala ma mia asa nba in desamdaaanmicmlallamdai dA eae LLASALAAAAAAALALAAALAALALAMALLALAAL AANA RALA—— 27/33 . mudarem durante operação devido às mudanças em moagem ou segregação no depósito de agitação 102, a taxa de fluxo em : massa de carvão ou sólidos para o gaseificador ou reator 150 pode ser mantida mediante manutenção de uma pressão de sistema de alimentação substancialmente constante.

Conforme mostrado na Figura 5, O carvão a partir do dispositivo de controle de pressão 117 se desloca para baixo em uma seção de tubo de descida inclinado curto do tubo 140. O carvão então se desloca através de um tubo de subida vertical curto 141 antes de ser descarregado para a linha de condução através da saída de alimentador 123. Uma parte do gás de condução 125 entra no topo do tubo de subida através do tubo 142 e sai para dentro do tubo de subida 141 através de um cone invertido 144 acoplado àã extremidade do tubo 142. O gás de condução ao sair do cone invertido 144 pega as partículas de carvão a partir do topo do leito expandido móvel para conduzir o carvão para a unidade a jusante. O gás de controle e o gás de condução podem fluir para cima através da seção 143. Dependendo das características do material de alimentação e do processo a jusante, a velocidade superficial do gás na seção 143 do tubo de subida 141 pode ser mantida entre aproximadamente 3 e 10 pés/segundo (0,914 e 3,048 m/s)) mediante ajuste da taxa de fluxo de gás de condução. Gás de condução adicional é adicionado à jusante da saída do dispositivo de alimentação 123 para manter uma velocidade superficial do gás na linha para conduzir o carvão para o gaseificador ou reator 150. Embora uma configuração do dispositivo de controle de taxa de alimentação 117 seja mostrada na Figura 5, aqueles versados na técnica de manejo de sólidos devem considerar outras configurações envolvendo mudanças na forma em que o gás de condução é introduzido no tubo de ' subida e a forma em que o carvão é conduzido para fora do tubo de subida que são consistentes com essa revelação.

O tamanho do trecho inclinado na seção de tubo de descida 140 e tubo de subida 141 é escolhido para se obter controle sobre a taxa de alimentação de carvão. O trecho inclinado é aerado por uma pequena porção do gás de controle e o carvão fluí através do trecho inclinado essencialmente pela ação da gravidade. O diâmetro do trecho inclinado é escolhido para prover mais do que a taxa máxima de alimentação de carvão para a qual o dispositivo é projetado para suportar com o propósito de garantir que a alimentação para o fundo do tubo de subida não seja limitada na taxa de alimentação máxima de carvão através do tubo de subida. Grande parte do gás de controle adicionado aos vários locais no sistema de alimentação pode entrar no tubo de alimentação 141. As características do gás e dos sólidos no tubo de subida 141 podem ser descritas como um leito expandido denso, móvel. A taxa de alimentação de carvão é proporcional à velocidade superficial do gás ou a taxa de fluxo de gás volumétrico devido ao gás de controle que eventualmente flui através do tubo de subida 141. A velocidade superficial do gás nessa porção do tubo de subida pode estar entre aproximadamente 0 e aproximadamente 1 pé/segundo (0,3048 m/s). O gás de controle pode variar entre aproximadamente 10 a 15% do gás de condução total.

O gás de condução 125 pode ser diferente do gás de controle 124 adicionado aos vários locais no sistema de alimentação PDAC. Devido às preocupações com reatividade,

é aid Alana ALAS A ama Latas ar) catia LL ASAAAAAdAAAAAAAA ara AAA ArAAA AAA AAA AAA AAA 29/33 pode haver situações onde não é desejável ter o gás de condução entrando no recipiente de alimentação 114, o qual " pode conter quantidades a granel do material de alimentação. Na gaseificação de sopro de ar, O gás de condução é o ar e o gás de controle é tipicamente um gás inerte tal como nitrogênio ou dióxido de carbono. A modalidade do dispositivo de alimentação PDAC mostrada na Figura 5 efetivamente impede que o ar entre no recipiente de alimentação 114 e reaja com o carvão.

O equipamento e métodos apresentados aumentam a confiabilidade do sistema de alimentação em manter a taxa de alimentação de carvão para o gaseificador mesmo com dificuldade em manejar oO carvão assim como com as características variáveis do carvão e métodos de preparação. A confiabilidade do sistema é aumentada | adicionalmente à medida que à modalidade de dispositivo de | alimentação na Figura 5 não tem partes móveis, que são normais em outros tipos de alimentadores de carvão. Alimentadores de mesa rotativa, alimentadores de verruma, alimentadores de pistão e alimentadores de bomba seca rotativa são exemplos de outros tipos de alimentadores de carvão que tem partes móveis que podem tender ao desgaste e ruptura e outros problemas de manutenção tais como motores; vazamento de vedadores de eixo; mantendo pequenas folgas (por “exemplo, 5 mil (0,127 mm) entre as partes estacionárias e rotativas, problemas de purgação e erosão.

EXEMPLO É descrito abaixo um exemplo não limitador de uma modalidade da revelação. Nenhuma das descrições, faixas, ou outra informação nesse exemplo, deve ser considerada como

: limitando o escopo da presente revelação.

Em uma instalação de teste piloto de gaseificação de leito fluidificado , pressurizado, foi testado um sistema de alimentador de mesa rotativa e verruma e disponibilidade insuficiente desses sistemas e outros problemas inerentes de escalabilidade levaram ao desenvolvimento do sistema de alimentador PDAC.

O sistema de alimentador PDAC pode ser diretamente alinhado com o gaseificador para operação de gaseificação em linha ou pode ser conectado a um Sistema de Teste de Alimentação de Carvão Fora de Linha, de circuito fechado.

O sistema Fora de Linha, o qual inclui um recipiente de pressão de receptor grande simulando o gaseificador e um sistema de redução de pressão, permitiu que se operasse substancialmente de forma contínua, em circuito fechado, e testar diversos conceitos de forma rigorosa.

Quando em linha com o gaseificador, o sistema de alimentador pode ser alimentado a partir de aproximadamente 300 a 6.000 libras por hora (136,08 a 2.721,55 kg/h) de carvão em aproximadamente 100 a 280 psig (689,48 a 1.930,5 kPag) de pressão; com um circuito de teste fora de linha, o sistema de alimentador pode alimentar taxas similares de até aproximadamente 480 psig (3.309,48 kPa) de pressão.

Para fins de teste, o diâmetro médio de massa do carvão foi variado de aproximadamente 200 a 800 micrômetros.

Carvões de baixa categoria foram testados predominantemente e o teor de umidade do carvão de alimentação variou de aproximadamente 18 a 25% em peso.

Durante a pressurização, a tendência para as partículas de carvão em adensar faz com que Oo carvão se ligue no recipiente de comporta, o que pode afetar

. negativamente o desempenho e a disponibilidade do sistema de alimentação. Na instalação de teste piloto, ' originalmente, o modo de pressurização tradicional (pressurização igual) foi usado para operação e que conduziu a um número de interrupções. O recipiente de comporta na instalação de teste piloto foi projetado e operado de diversos modos descritos anteriormente: pressurização lenta, sub-pressurização, pressurização excessiva e micro fluidização. Diversos modos de operação foram projetados ou para minimizar a amontoamento e potencial compactação ou para romper à amontoamento e o Í compactação quando detectados sem perder a alimentação para o gaseificador.

Quando o recipiente de comporta na instalação de teste piloto era pequeno, nenhum meio interno, conforme descrito anteriormente foi necessário e a micro fluidização foi praticada durante a pressurização antes de a pressão atingir a pressão de recipiente de alimentação (Figura 6).

Além disso, para a finalidade de teste, no modo de pressurização excessiva, a válvula entre os recipientes de comporta e de alimentação foi aberta em primeiro lugar e após um curto retardo de tempo (1 a 5 segundos), a válvula na linha de compensação foi aberta. Como a superfície interna do recipiente de comporta tinha um acabamento liso, reduzindo a fricção de parede, a diferença de pressão intencional por uma curta duração após abertura da válvula entre o recipiente de comporta e o recipiente de alimentação foi útil, às vezes, em auxiliar os sólidos a se deslocar para o recipiente de alimentação. Uma forma de tubos internos com tubulação de gás discutida na referência

O O 32/33 . à Figura 4 foi testada. Esses tubos estavam localizados próximos à parede do recipiente e furos de 1/2 polegada í (12,70 mm) em um lado do tubo com cobertura de metal sinterizado estavam voltados para a parede. Após abertura da válvula entre os recipientes de comporta e de alimentação, nitrogênio foi pulsado através do coletor e tubos para deslocar compactação moderado no lado do recipiente. Após experimentação com vários meios inventados, o recipiente de comporta operou sem problema com um número de diferentes carvões, características de carvão, tamanhos de moagem e teor de umidade.

Na instalação de teste, o dispositivo de controle ! de pressão é acoplado com o dispositivo de alimentação PDAC para controlar e regular a taxa de alimentação de carvão.

Durante transições de operação; tal como partida, aumento gradual, redução gradual, e desligamentos do gaseificador, a aeração ou ventilação do dispositivo de controle de pressão foi usada para rapidamente estabilizar o sistema PDAC e à taxa de alimentação para as novas condições. Na operação normal, o fluxo de nitrogênio de controle (gás) foi usado para controlar a taxa de alimentação de carvão. Conforme mostrado na Figura 7, O sistema de alimentação PDAC foi projetado para manter a proporcionalidade entre a taxa de alimentação de carvão e a taxa de fluxo de nitrogênio de controle na faixa desejada de operação. A instalação de teste também tinha um fluxo de nitrogênio de controle Trim para o dispositivo de alimentação variar ligeiramente a taxa de alimentação de carvão para resolver as flutuações inerentes no gaseificador. O dispositivo de controle de pressão e o dispositivo de alimentação PDAC eram livres de manutenção e 100% disponíveis em mais de

3.500 horas de teste.

Claims

Aa NASA AAA AAA AAA AAA ALLA La so as aaa EA ALmRDd a saca ia AAA AAA dt tn lados alada teta Arda ar a 1/8 REIVINDICAÇÕES

1. Sistema alimentação de carvão, caracterizado ' pelo fato de que compreende: um depósito de agitação de carvão configurado para armazenar carvão processado para alimentar a um gaseificador; um recipiente de comporta acoplado ao depósito de agitação de carvão, o recipiente de comporta sendo um dispositivo de oscilação de pressão; um coletor de gás e distribuidor disposto dentro do recipiente de comporta, oO coletor de gás e distribuidor configurado para distribuir gás dentro do recipiente de comporta; uma membrana permeável ao gás disposta dentro de | uma seção cônica do recipiente de comporta; um recipiente de alimentação acoplado ao recipiente de comportay o recipiente de alimentação configurado para operar em uma pressão substancialmente constante; um dispositivo de controle de pressão configurado para manter uma pressão substancialmente constante entre o recipiente de alimentação e um gaseificador; e um dispositivo de alimentação configurado para controlar uma taxa de alimentação de carvão para dentro do gaseificador,

2. Sistema alimentação de carvão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o depósito de agitação de carvão é configurado para armazenamento temporário do carvão processado, o carvão processado compreendendo até aproximadamente 25% de umidade em peso.

| MSI RARLLSAAARARAAANAAAAAAAAAAA RARA MADA Rabat MALA NAA tara MnicladtLta MAMMA ea na AAAAA AAA ANAL ALLA NE LA AAA A Aa 2/8

3. Sistema alimentação de carvão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ' recipiente de comporta compreende ainda meios internos configurados para liberar um gás aprisionado substancialmente de forma uniforme por todo O recipiente de comporta e fluidificar os materiais de leito no recipiente de comporta, À

4. Sistema alimentação de carvão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os meios internos compreendem ainda uma rede de tubos permeáveis ao gás compreendendo metais sinterizados e conectados a um coletor, e em que o gás coletado no coletor é ventilado para o depósito de agitação.

5, Sistema alimentação de carvão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle de pressão compreende ainda meios para adicionar ou extrair gás a partir de um fluxo de sólidos passando através do sistema de alimentação de carvão para manter uma pressão a jusante substancialmente constante.

6. Sistema alimentação de carvão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material amontoado em ao menos uma da seção cônica e uma seção de saída do recipiente de comporta e um material compactado adjacente às paredes do recipiente de comporta são dispersos, permitindo que o material pulverizado flua a partir do recipiente de comporta para o recipiente de alimentação.

7. Sistema alimentação de carvão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o

E o na SS) 3/8 . dispositivo de alimentação controla a taxa de alimentação de carvão ao gaseificador mediante manutenção de uma ' pressão do alimentador com injeção de gás em diferentes locais e mediante fluxo dosado de gás de controle através do sistema de alimentação de carvão.

8. Sistema alimentação de carvão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que oO dispositivo de alimentação compreende ainda um tubo de descida vertical curto inclinado e um tubo de subida, uma capacidade de taxa de alimentação do tubo de descida sendo maior do que a taxa máxima desejada de alimentação de carvão.

9. Sistema alimentação de carvão, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que uma porção inferior do tubo de subida é um leito expandido móvel em proporção com uma quantidade de gás de controle passando através do mesmo, uma velocidade superficial de gás na porção inferior do tubo de subida está na faixa de aproximadamente O a 1 pé por segundo (0,3048 m/s)).

10. Sistema alimentação de carvão, de acordo com a reivindicação &8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um cone invertido configurado para conduzir o gás para dentro do tubo de subida sem substancialmente desarranjar o leito expandido móvel.

11. Método de utilizar um sistema de alimentação de carvão compreendendo um depósito de agitação de carvão configurado para armazenar O carvão processado para alimentar a um gaseificador; um recipiente de comporta acoplado ao depósito de agitação de carvão, o recipiente de comporta sendo um dispositivo de oscilação de pressão; um

Ps AAA a a 4/8 . coletor de gás e distribuidor disposto dentro do recipiente de comporta, o coletor de gás e distribuidor configurado : para distribuir gás dentro do recipiente de comporta; uma membrana permeável ao gás disposta dentro de uma seção cônica do recipiente de comporta; um recipiente de alimentação acoplado ao recipiente de comporta, o recipiente de alimentação configurado para operar em uma pressão substancialmente constante; um dispositivo de controle de pressão configurado para manter uma pressão substancialmente constante entre o recipiente de alimentação e um gaseificador; e um dispositivo de alimentação configurado para controlar uma taxa de alimentação de carvão para dentro do gaseificador, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: carregar o recipiente de comporta com carvão pulverizado; pressurizar o recipiente de comporta mediante uma etapa de pressurização lenta por até aproximadamente 60 segundos; pressurizar o recipiente de comporta por intermédio de uma etapa de pressurização rápida até que a pressão esteja dentro de aproximadamente 5% de uma pressão desejada final; e pressurizar o recipiente de comporta por intermédio de uma etapa de pressurização lenta até que uma pressão desejada final seja alcançada.

12. Método de utilizar um sistema de alimentação de carvão compreendendo um depósito de agitação de carvão configurado para armazenar carvão processado para alimentar a um gaseificador; um recipiente de comporta acoplado ao

«CT arrMrDAr A ——..]

Í 5/8 . depósito de agitação de carvão, o recipiente de comporta sendo um dispositivo de oscilação de pressão; um coletor de ' gás e distribuidor disposto dentro do recipiente de comporta, o coletor de gás e distribuidor configurado para distribuir gás dentro do recipiente de comporta; uma membrana permeável ao gás disposta dentro de uma seção cônica do recipiente de comporta; um recipiente de alimentação acoplado ao recipiente de comporta, o recipiente de alimentação configurado para operar em uma pressão substancialmente constante; um dispositivo de controle de pressão configurado para manter uma pressão substancialmente constante entre o recipiente de alimentação e um gaseificador; e um dispositivo de alimentação configurado para controlar uma taxa de alimentação de carvão para dentro do gaseificador, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: pressurizar “excessivamente o recipiente de comporta antes de abrir uma primeira válvula em uma linha de equilíbrio; e abrir uma segunda válvula entre o recipiente de comporta e o recipiente de alimentação após um retardo de tempo.

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que gás em excesso é liberado a partir do dispositivo de controle de pressão e a partir dos coletores de gás no recipiente de comporta de tal modo que uma pressão no recipiente de alimentação e no dispositivo de alimentação é mantida substancialmente constante.

14. Método de utilizar um sistema de alimentação de carvão compreendendo um depósito de agitação de carvão datiamtaineta dr ARMAIARAERIANAAAL AL Ami MaImMAk AMADA tda as ta AAA LARA AANARMAAA aka A Arad A2A 24 AMRANRAMADADDAAAAAAARA Att AAA AAA | 6/8 . configurado para armazenar oO carvão processado para alimentar a um gaseificador; um recipiente de comporta ' acoplado ao depósito de agitação de carvão, oO recipiente de comporta sendo um dispositivo de oscilação de pressão; um coletor de gás e distribuidor disposto dentro do recipiente de comporta, Oo coletor de gás e distribuidor configurado para distribuir gás dentro do recipiente de comporta; uma membrana permeável ao gás disposta dentro de uma seção cônica do recipiente de comporta; um recipiente de alimentação acoplado ao recipiente de comporta, o recipiente de alimentação configurado para operar em uma pressão "substancialmente constante; um dispositivo de controle de pressão configurado para manter uma pressão substancialmente constante entre o recipiente de alimentação e um gaseificador; e um dispositivo de alimentação configurado para controlar uma taxa de alimentação de carvão para dentro do gaseificador, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: sub-pressurizar o recipiente de comporta antes da abertura de uma primeira válvula entre o recipiente de comporta e o recipiente de alimentação; e abrir uma segunda válvula na linha de compensação após um retardo de tempo.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que gás adicional é acrescentado pelo menos a um do recipiente de alimentação e um fluxo de sólidos fluindo através do dispositivo de controle de pressão para manter uma pressão substancialmente constante no recipiente de alimentação e no dispositivo de alimentação.

: 16. Método de utilizar um sistema de alimentação de carvão compreendendo um depósito de agitação de carvão ' configurado para armazenar o carvão processado para alimentar a um gaseificador; um recipiente de comporta acoplado ao depósito de agitação de carvão, o recipiente de comporta sendo um dispositivo de oscilação de pressão; um coletor de gás e distribuidor disposto dentro do recipiente de comporta, o coletor de gás e distribuidor configurado para distribuir gás dentro do recipiente de comporta; uma membrana permeável ao gás disposta dentro de uma seção cônica do recipiente de comporta; um recipiente de alimentação acoplado ao recipiente de comporta, o recipiente de alimentação configurado para operar em uma pressão substancialmente constante; um dispositivo de controle de pressão configurado para manter uma pressão substancialmente constante entre o recipiente de alimentação e um gaseificador; e um dispositivo de alimentação configurado para controlar uma taxa de alimentação de carvão para dentro do gaseificador, o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: pressurizar "excessivamente o recipiente de comporta em aproximadamente 3 a 15% superior à pressão no recipiente de alimentação; e liberar um gás aprisionado a partir do recipiente de comporta através de uma pluralidade de suspiros no depósito de agitação até que a pressão do recipiente de comporta esteja substancialmente igual à pressão do recipiente de alimentação.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de

INNNINNAARAA RUN Ennis MSNASAASAAsntmAAAAAAAAAAAAAA Aba sArsntst AAA AMENAMAAMAAAMMAANAAAA Nr A A 8/8 : liberar um gás aprisionado substancialmente de forma uniforme por todo o recipiente de comporta para fluidificar ' os materiais no recipiente de comporta.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que compreende ainda as etapas de: i ventilar o recipiente de comporta a partir de aproximadamente 1 a 3 segundos durante a etapa de pressurização rápida; e liberar o gás aprisionado substancialmente de forma uniforme por todo oO recipiente de comporta para fluidificar os materiais no recipiente de comporta antes de se alcançar a pressão do recipiente de alimentação.

19. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de adicionar um gás a uma seção cônica do recipiente de comporta enquanto o gás está sendo liberado através de uma rede de tubos internos acoplados a um coletor anelar. ;