BR112014022252B1 - Oxidação gradual com transferência de calor - Google Patents
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Abstract
OXIDAÇÃO GRADUAL COM TRANSFERÊNCIA DE CALOR. São descritas aqui modalidades de sistemas e métodos para oxidação de gases. Em algumas modalidades, uma câmara de reação é configurada para receber um gás combustível e manter o gás em uma temperatura, dentro da câmara de reação, que está acima da temperatura de autoignição do gás. A câmara de reação pode também ser configurada para manter a temperatura de reação, dentro da câmara de reação, abaixo da temperatura de extinção de chama. Em algumas modalidades, o calor e gases resultantes do processo de oxidação podem ser usados, por exemplo, para acionar uma turbina, motor alternativo e novamente injetados na câmara de reação.
Description
[001] Em alguns processos industriais, tais como geração de energia, geração de vapor e processamento químico termicamente conduzido, calor pode ser alimentado direta ou indiretamente por combustíveis de alto teor de energia (High-Energy-Content - HEC), tais como propano ou gás natural.
[002] As emissões de aterros sanitários e outras fontes de gases contendo compostos orgânicos voláteis (Volatile Organic Compounds - VOCs) são consideradas poluentes. Estas correntes residuais muitas vezes contém muito pouco combustível para sustentar a combustão por conta própria. Alguns métodos de eliminação de correntes residuais contendo VOC usam dispositivos de oxidação térmica dos seguintes tipos: (1) dispositivos de oxidação térmica por queima ou queima suplementar, (2) dispositivos de oxidação térmica catalíticos, (3) dispositivos de oxidação com recuperação de calor e (4) dispositivos de oxidação térmica regenerativos (Regenerative Thermal Oxidizers - RTOs).
[003] Dispositivos de oxidação térmica por queima ou queima suplementar podem incluir um queimador, uma câmara de residência, uma câmara de mistura e um tubo de exaustão. A Figura 1-1A ilustra uma configuração em que uma mistura de ar-combustível 6 é alimentada ao queimador 2 para criar uma chama contínua e a corrente residual 7 é introduzida na chama e continua a oxidar à medida que os gases quentes passam através da câmara de mistura 3 e da câmara de residência 4. Se a corrente residual 7 está dentro dos limites de inflamabilidade, ela pode ser diretamente queimada no queimador 2 em lugar da mistura de ar-combustível 6. A câmara de mistura 3 é necessária se a corrente residual e o queimador são fornecidos separada- mente. A câmara de residência 4 fornece tempo suficiente para completar a reação química oxidativa. O tubo de exaustão 5 transporta os produtos de oxidação para a atmosfera.
[004] Dispositivos de oxidação catalíticos, conforme mostrado na Figura 1-1B, evitam a criação de NOx ao manter a temperatura de reação de oxidação baixa. Uma corrente residual 7 contendo VOCs é alimentada a uma câmara de reação catalítica 8 tendo uma grande área de superfície interna revestida com um catalisador. Materiais catalíticos incluem metais nobres, tais como platina, paládio e irídio, bem como determinados VOCs, óxido de cobre, vanádio e cobalto. A con-centração de VOCs na corrente residual 7 deve ser suficientemente reduzida para que as temperaturas de reação não excedam a temperatura máxima de uso do catalisador. A corrente residual 7 tem, tipicamente, de ser aquecida até uma faixa de temperatura específica adequada para a reatividade catalítica.
[005] O uso de um recuperador 9, conforme mostrado na Figura 1-1C, pode reduzir os custos operacionais de dispositivos de oxidação térmicos por queima e dispositivos de oxidação catalíticos. A exaustão da câmara de reação 1 a qual pode ser, a título de exemplo, através de qualquer um dos sistemas das Figuras 1-1A ou 1-1B, é alimentada a um recuperador de alta temperatura para aquecer a corrente residual 7 carregada de VOC, conforme mostrado na Figura 1-1C, ou a mistura de ar-combustível de combustão separada se alimentada separadamente, conforme mostrado na Figura 1-1A. Uso de um recuperador 9 pode reduzir ou eliminar a necessidade de combustível suplementar para aquecer os reagentes para sua temperatura de oxidação.
[006] Por fim, RTOs podem ser usados para oxidar VOCs. Em um RTO, o calor é armazenado em um material dissipador de calor intermediário, usualmente um sólido de cerâmica, para recuperação durante um ciclo alternativo. Um ciclo usa calor de um fluxo previa- mente aquecido para pré-aquecer a corrente residual carregada de VOC para uma maior temperatura. Se a temperatura é suficientemente alta, oxidação ocorrerá em virtude de autoignição, conforme discutido em maiores detalhes mais adiante na presente descrição. Se a temperatura não é suficientemente alta, queima suplementar a partir de uma outra fonte de combustível e ar pode ser necessária. A exaustão em maior temperatura é, então, transportada através de um dissipador de calor mais resfriado para capturar a energia.
[007] Há diferentes abordagens para obter variação do material de troca de calor. As Figuras 1-1D ilustram um sistema com dois dispositivos de oxidação regenerativa. Na configuração representada, a corrente residual 7 é introduzida em dispositivo de oxidação regenerativo quente #1. A corrente residual é aquecida à medida que passa através do dispositivo de oxidação regenerativo #1, deste modo, resfriando cada vez mais o material dissipador de calor com o dispositivo de oxidação #1 começando na entrada. Após a corrente residual 7 entrar em autoignição, o gás de exaustão quente do dispositivo de oxidação #1 é alimentado para a entrada de dispositivo de oxidação #2, deste modo, "regenerando" a energia térmica armazenada no material dissipador de calor no dispositivo de oxidação #2. A corrente residual oxidada esfria ao passar através do dispositivo de oxidação #2. Quando o dispositivo de oxidação #2 está suficientemente aquecido, o sistema é reconfigurado de modo tal que o fluxo da corrente residual 7 é alimen-tado para a entrada do dispositivo de oxidação #2 e a exaustão de dispositivo de oxidação #2 é alimentada para a entrada do dispositivo de oxidação #1 para regenerar o dispositivo de oxidação #1. O processo varia entre as duas configurações, de modo que o dispositivo de oxidação que foi previamente resfriado durante aquecimento da corrente residual 7 é aquecido e vice-versa. Alguns designs de RTO fazem uso de um hardware de rotação para alterar variavelmente as cor- rentes de fluxo entre os ciclos ou mover os dispositivos de oxidação regenerativa entre os ciclos. Outra abordagem é o uso de um único dispositivo de oxidação regenerativo, mas para reverter a direção de fluxo para cada ciclo. Uma extremidade do dispositivo de oxidação será de pré-aquecimento, enquanto que outra extremidade será de captura de calor após a reação oxidativa. O inversão da direção de fluxo é necessária porque a extremidade do dispositivo de oxidação próxima à entrada esfria ao ponto onde já não pode aquecer a corrente residual 7 que chega para uma temperatura que iniciará a reação.
[008] Em algumas circunstâncias, é vantajoso dispor de um combustível de baixo teor de energia (Low-Energy-Content - LEC), como o metano, que evolui de alguns aterros, ao mesmo tempo em que se minimiza componentes indesejáveis, tais como monóxido de carbono (CO) e NOx, na exaustão. Em outras circunstâncias, é desejável fornecer calor a partir de um combustível HEC, tal como propano, para conduzir um processo industrial ou gerar energia sem criar esses mesmos componentes indesejáveis. Para realizar estas operações, uma mistura de ar-combustível formada a partir de um ou ambos os combustíveis LEC e HEC deve atingir uma temperatura que é suficientemente alta para converter os VOCs e hidrocarbonetos no combustível em dióxido de carbono (CO2) e água (H2O), ao mesmo tempo em que se mantém a temperatura máxima da mistura de ar-combustível abaixo da temperatura na qual NOx térmico se formará. Qualquer processo de combustão de chama aberta convencional é um candidato a ser substituído por um processo que reduz a formação de compostos de NOx através de um processo de oxidação em temperatura reduzida.
[009] Há também um desejo de utilizar a energia que é, de outro modo, desperdiçada quando um combustível LEC é simplesmente descartado ao ser oxidado para converter os VOCs em CO2 e H2O. Uma das desvantagem de sistemas de geração de energia existentes movidos por turbinas a gás é que um combustível HEC é queimado para fornecer o calor que impulsiona a turbina. Seria vantajoso fornecer este calor usando o essencialmente combustível LEC "livre" e evitar ou diminuir os custos com a compra de combustível.
[0010] O processo descrito acima nas Figuras 1-1A a 1-1D tem várias desvantagens. Em relação ao dispositivo de oxidação térmica da Figura 1-1A, por exemplo, se combustível suplementar é necessário para fornecer a mistura de ar-combustível 6, o custo do combustível se soma ao custo do processo. Além disso, as temperaturas de reação no queimador 2 são suficientemente altas para formar NOx térmico, discutido em maiores detalhes mais adiante na presente descrição.
[0011] Catalisadores podem têm desafios associados a seu uso. Catalisadores de metais nobres são raros e caros. O processo requer que a corrente residual seja aquecida para uma faixa específica usando qualquer um de uma variedade de meios, incluindo recuperação de calor conforme descrito abaixo, porém, muitas vezes se soma aos custos do processo. Catalisadores podem ser tornados quimicamente inativos em virtude de processos tais como sinterização, incrustação ou volatilização. Combustível residuais, tais como gás de aterros, fre-quentemente contém poluentes que podem reduzir significativamente a vida do catalisador. Para controlar as temperaturas de reação de modo a evitar volatilização, a composição do combustível e variáveis de processo são mantidas dentro de limites pré-definidos, acrescentando custo para monitorar e ajustar estas variáveis.
[0012] Recuperadores têm várias desvantagens. O recuperador é um custo de investimento adicional para um sistema de oxidação térmica. Recuperadores também adicionam queda de pressão ao sistema, aumentando o requisito de energia para o aparelho de transporte de fluxo, isto é, ventiladores, que movem a corrente residual 7 e mistura de ar-combustível através do sistema 6. Se o recuperador contém pequenas passagens, elas podem ser objeto de incrustações e corrosão pelos vários constituintes do gás de exaustão. Se a temperatura do gás de exaustão da câmara de reação está acima da temperatura máxima de serviço para os materiais de um recuperador, equipamentos de processo adicionais são necessários para esfriar a exaustão antes de introdução da exaustão no recuperador.
[0013] Dispositivos de oxidação regenerativa têm a desvantagem de que a reconfiguração do trajeto de fluxo entre os ciclos requer complexidade significativa quanto ao sistema de válvulas e tubulação em alta temperatura ou ao mover fisicamente os dispositivos de oxidação regenerativa quentes. A reconfiguração também interrompe o processo, requerendo algum sistema para acúmulo da corrente residual 7 durante a operação de reconfiguração.
[0014] O processo gradual de oxidação (Gradual Oxidation - GO) descrito aqui evita o inconveniente associado aos sistemas convencionais para processamento de correntes residuais que contêm VOCs. O processo GO, uma vez que é o processo de inicialização, opera com combustível LEC e não requer combustível HEC adicional para sustentar o processo de oxidação. O processo GO não requer o uso de um catalisador caro, deste modo, reduzindo o investimento necessário e evitando o perigo operacional de contaminação do catalisador. O processo GO descrito transfere o calor produzido pela oxidação da corrente residual para o fluxo de entrada, deste modo, evitando o problema de resfriamento incremental dos meios, conforme observado em dispositivos de oxidação regenerativa e eliminando a necessidade de válvulas caras e potencialmente não confiáveis, bem como a necessidade de um acumulador para lidar com a corrente residual recebida enquanto o sistema regenerativo é reconfigurado entre os ciclos.
[0015] Há também circunstâncias em que é desejável usar um combustível HEC, ao mesmo tempo em que se minimiza a formação de compostos de NOx e CO indesejáveis, bem como reduz os hidro- carbonetos não queimados na exaustão. Uma das desvantagens de sistemas de geração de energia existentes movidos por turbinas a gás que usam um combustível HEC é que o processo de combustão ocorre em uma temperatura na qual NOx pode se formar e pode haver algum nível de hidrocarbonetos restantes à medida que a mistura cai abaixo do limite mínimo de inflamabilidade durante o processo de combustão.
[0016] Os sistemas descritos usam um processo GO que ocorre dentro de um dispositivo de oxidação (também dito aqui como um dispositivo de oxidação gradual, uma câmara GO e uma câmara de reação GO) em lugar de uma câmara de combustão convencional para gerar o calor que aciona o sistema. Em determinadas configurações, o dispositivo de oxidação contém um material, tal como uma cerâmica, que é estruturado para ser poroso ao fluxo de gás e reter sua estrutura em temperaturas acima de 1200 °F.
[0017] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para receber um gás compreendendo um combustível oxidável através da entrada, o dispositivo de oxidação configurado para manter oxidação gradual do combustível dentro da câmara de reação; e meios para extrair calor da câmara de reação de tal modo que, quando uma temperatura de reação adiabática dentro da câmara de reação se aproxima de uma temperatura de extinção de chama, o calor é extraído da câmara de reação para reduzir a temperatura real dentro da câmara de reação para uma temperatura que não excede a temperatura de extinção de chama.
[0018] Em determinadas modalidades, o meio para extração de calor da câmara de reação compreende um permutador de calor. Em determinadas modalidades, o meio para extração de calor da câmara de reação compreende um fluido. Em determinadas modalidades, o meio para extração de calor da câmara de reação compreende um meio para geração de vapor. Em determinadas modalidades, o meio para extração de calor é configurado para extrair calor da câmara de reação quando a temperatura real dentro da câmara de reação aumenta para a temperatura de extinção de chama. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui um meio para elevação de temperatura do gás, na entrada da câmara de reação, para acima da temperatura de autoignição do combustível. Em determinadas modalidades, o meio compreende um permutador de calor dentro do dispositivo de oxidação. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação gradual do combustível oxidável sem um catalisador. Em determinadas modalidades, o meio é configurado para extrair calor da câmara de reação quando a temperatura dentro da câmara de reação excede 1260°C (2300°F). Em determinadas modalidades, o sistema também inclui uma turbina que recebe gás da saída da câmara de reação e expande o gás. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui um compressor que recebe e comprime o gás compreendendo uma mistura de combustível antes de introdução da mistura de combustível na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, isopentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0019] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para receber um gás compreendendo um combustível oxidável através da entrada, o dispositivo de oxidação configurado para manter um processo de oxidação gradual dentro da câmara de reação; e um permutador de calor configurado para extrair calor da câmara de reação quando uma temperatura de reação adiabática dentro da câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama, de modo que a temperatura real dentro da câmara de reação seja reduzida para um nível que não excede a temperatura de extinção de chama.
[0020] Em determinadas modalidades, o permutador de calor é configurado para extrair calor da câmara de reação quando a temperatura real da câmara de reação aumenta para a temperatura de extinção de chama. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui uma turbina que recebe gás da câmara de reação e expande o gás. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui um compressor que recebe e comprime o gás compreendendo uma mistura de combustível antes de introdução da mistura de combustível na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o permutador de calor é configurado para elevar a temperatura do gás, na entrada da câmara de reação, para acima da temperatura de autoignição do combustível. Em determinadas modalidades, o permutador de calor compreende um fluido introduzido na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o permutador de calor é configurado para evacuar o fluido da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o permuta- dor de calor compreende um meio para geração de vapor. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação gradual do combustível oxidável sem um catalisador. Em determinadas modalidades, o permutador de calor é configurado para extrair calor da câmara de reação quando a temperatura dentro da câmara de reação excede 1260°C (2300°F). Em determinadas modali- dades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propa- dieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n- pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0021] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de recebimento de um gás compreendendo um combustível oxidável em um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação reconfigurada para manter um processo gradual de oxidação do combustível dentro da câmara de reação; e extração de calor da câmara de reação quando uma temperatura de reação adiabática dentro da câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama, de modo que a temperatura real dentro da câmara de reação não exceda a temperatura de extinção de chama.
[0022] Em determinadas modalidades, o método inclui a etapa de expansão de gás proveniente da câmara de reação em uma turbina. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de compressão do combustível com um compressor antes de introdução da mistura de combustível na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método inclui a etapa de extração de calor da câmara de reação compreendendo introdução de um fluido na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método inclui a etapa de evacuação do fluido da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o fluido é evacuado da câmara de reação na forma de vapor. Em determinadas modalidades, a câmara de reação mantém oxidação gradual do combustível oxidável sem um catalisador. Em determinadas modalidades, o calor é extraído da câmara de reação quando a temperatura dentro da câmara de reação excede 1260°C (2300°F). Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, isopentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0023] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de recebimento de um gás compreendendo um combustível oxidável em um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para manter uma temperatura dentro da câmara de reação para oxidar gradualmente o combustível dentro da câmara de reação; e redução da temperatura dentro da câ-mara de reação, de modo que a temperatura real dentro da câmara de reação permaneça abaixo da temperatura de extinção de chama.
[0024] Em determinadas modalidades, redução da temperatura compreende extração de calor da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método inclui a etapa de expansão do gás proveniente da câmara de reação em uma turbina. Em determinadas modalidades, o método inclui a etapa de compressão do combustível com um compressor antes de introdução da mistura de combustível na câmara de reação. Em determinadas modalidades, redução da temperatura compreende introdução de um fluido na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método inclui a etapa de evacuação do fluido da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o fluido é evacuado da câmara de reação na forma de vapor. Em determinadas modalidades, a câmara de reação mantém oxidação gradual do combustível oxidável sem um catalisador. Em determinadas modalidades, a temperatura é reduzida de modo que a temperatura dentro da câmara de reação não exceda 1260°C (2300°F). Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propa- dieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n- pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0025] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de um combustível descrito aqui inclui as etapas de determinação da temperatura dentro de uma câmara de reação de um dispositivo de oxidação, a câmara de reação tendo uma entrada e uma saída e sendo configurada para manter oxidação gradual de um combustível oxi- dável; e produção de um sinal para reduzir a temperatura dentro da câmara de reação quando a temperatura dentro da câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama, de modo que a temperatura permaneça abaixo da temperatura de extinção de chama.
[0026] Em determinadas modalidades, o sinal compreende instruções para extrair calor da câmara de reação por meio de introdução de um líquido na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o sinal compreende instruções para evacuar o fluido da câmara de reação. Em determinadas modalidades, as instruções para evacuar o fluido da câmara de reação compreendem instruções para evacuar o fluido na forma de vapor. Em determinadas modalidades, o sinal para extrair calor da câmara de reação é produzido quando a temperatura dentro da câmara de reação excede 1260°C (2300°F). Em determinadas modalidades, o sinal para extrair calor da câmara de reação é produzido quando a temperatura excede a temperatura de extinção de chama de pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butile- no-1, butadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0027] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de um combustível descrito aqui inclui as etapas de determinação da temperatura dentro de uma câmara de reação de um dispositivo de oxidação, a câmara de reação tendo uma entrada e uma saída e sendo configurada para manter oxidação gradual de um combustível oxi- dável; e produção de um sinal para um permutador de calor para ex- trair calor da câmara de reação quando a temperatura dentro da câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama.
[0028] Em determinadas modalidades, o sinal compreende instruções para remover calor da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o sinal compreende instruções para reduzir a temperatura de introdução de um fluido na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o sinal compreende instruções para evacuar o fluido da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a instrução para evacuar o fluido da câmara de reação compreende evacuação do fluido na forma de vapor. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de calcular repetidamente, com base em dados do combustível oxidável, uma temperatura de reação adiabática dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o sinal para reduzir a temperatura dentro da câmara de reação é produzido quando a temperatura dentro da câmara de reação excede 1260°C (2300°F). Em determinadas modalidades, o sinal para extrair calor da câmara de reação é produzido quando a temperatura se aproxima da temperatura de extinção de chama de pelo menos um de hidrogênio, metano, eta- no, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso- butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono. Em determinadas modalidades, o sinal para extrair calor da câmara de reação é produzido quando a temperatura aumenta para a temperatura de extinção de chama.
[0029] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de um combustível descrito aqui inclui as etapas de determinação da temperatura dentro de uma câmara de reação de um dispositivo de oxidação, a câmara de reação tendo uma entrada e uma saída e sendo configurada para manter oxidação gradual de um combustível oxi- dável; e determinação, com um sensor, quando a temperatura dentro da câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama do combustível dentro da câmara de reação.
[0030] Em determinadas modalidades, o método inclui a etapa de produção de um sinal para reduzir a temperatura dentro da câmara de reação quando uma temperatura de reação adiabática calculada dentro da câmara de reação excede a temperatura de extinção de chama. Em determinadas modalidades, a temperatura de reação adiabática calculada é com base no combustível oxidável e oxidante dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o sinal compreende instruções para remover calor da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o sinal compreende instruções para reduzir a temperatura de introdução de um líquido na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o sinal para reduzir a temperatura dentro da câmara de reação é produzido quando a temperatura dentro da câmara de reação excede 1260°C (2300°F). Em determinadas modalidades, o sinal para extrair calor da câmara de reação é produzido quando a temperatura excede a temperatura de extinção de chama de pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, bu- tadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0031] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para receber um gás que compreende um combustível oxidável através da entrada, o dispositivo de oxidação configurado para manter um processo de oxidação sem um catalisador; um módulo de detecção que detecta quando pelo menos um da temperatura de reação dentro da câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama do combustível dentro da câmara de reação e a temperatura de entrada na câmara de reação se aproxima de um limiar de autoignição; e um módulo de correção que emite instruções, com base no módulo de detecção, para alterar pelo menos um de remoção de calor da câmara de reação e a temperatura de entrada na câmara de reação; em que o módulo de correção é configurado para pelo menos um de manter a temperatura real dentro da temperatura de reação abaixo da temperatura de extinção de chama e manter a temperatura de entrada acima do limiar de autoignição do combustível.
[0032] Em determinadas modalidades, o módulo de correção emite instruções para remover calor da câmara de reação através de um permutador de calor. Em determinadas modalidades, o módulo de correção emite instruções para remover calor da câmara de reação através de um fluido. Em determinadas modalidades, o módulo de correção emite instruções para elevar a temperatura de entrada. Em determinadas modalidades, um permutador de calor está posicionado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação do combustível oxidável abaixo da temperatura de extinção. Em determinadas modalidades, o módulo de correção emite instruções para remover calor da câmara de reação quando a temperatura dentro da câmara de reação excede 1260°C (2300°F). Em determinadas modalidades, uma turbina recebe o gás da câmara de reação e expande o gás. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui um compressor que recebe e comprime o gás compreendendo uma mistura de combustível antes de introdução da mistura de combustível na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, isopentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0033] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para receber um gás que compreende um combustível oxidável através da entrada, o dispositivo de oxidação configurado para manter um processo de oxidação sem um catalisador; um módulo de detecção que detecta quando pelo menos um da temperatura de reação dentro da câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama do combustível dentro da câmara de reação e a temperatura de entrada na câmara de reação se aproxima de um limiar de autoignição; e um módulo de correção que emite instruções, com base no módulo de detecção, para pelo menos um de manter a temperatura real dentro da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama ou manter a temperatura de entrada acima do limiar de autoignição do combustível.
[0034] Em determinadas modalidades, o módulo de correção emite instruções para um permutador de calor para remover calor da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o módulo de correção emite instruções para remover calor da câmara de reação através de um fluido. Em determinadas modalidades, o módulo de correção emite instruções para elevar a temperatura de entrada. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui um permutador de calor posi-cionado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação do combustível oxidável abaixo da temperatura de extinção. Em determinadas modalidades, o módulo de correção emite instruções para remover calor da câmara de reação quando a temperatura dentro da câmara de reação excede 1260°C (2300°F).
[0035] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para receber um gás que compreende um com bustível oxidável através da entrada, o dispositivo de oxidação configurado para manter um processo de oxidação sem um catalisador; e um processador que detecta quando pelo menos um da temperatura de reação dentro da câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama do combustível dentro da câmara de reação e a temperatura de entrada na câmara de reação se aproxima de um limiar de autoignição.
[0036] Em determinadas modalidades, é proporcionado um módulo de correção que, com base no processador, reduz a temperatura real dentro da câmara de reação para permanecer abaixo da temperatura de extinção de chama do combustível através de remoção de calor da câmara de reação. Em determinadas modalidades, é proporcionado um módulo de correção que, com base no processador, aumenta a temperatura de entrada acima do limiar de autoignição do combustível ao aumentar o tempo de residência do combustível oxidável dentro da câmara de reação.
[0037] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de recebimento de um gás compreendendo um combustível oxidável em um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para manter um processo de oxidação do gás; e alteração de pelo menos um de remoção de calor da câmara de reação e a temperatura de entrada na câmara de reação quando pelo menos um da temperatura real dentro da câmara de reação se aproxima ou aumenta para a temperatura de extinção de chama do combustível e a temperatura de entrada se aproxima ou cai abaixo de um limiar de autoignição do combustível.
[0038] Em determinadas modalidades, a temperatura real da câmara de reação é mantida abaixo da temperatura de extinção de chama. Em determinadas modalidades, a temperatura de entrada na câ- mara de reação é aumentada para um nível que sustentará oxidação do combustível sem um catalisador. Em determinadas modalidades, a temperatura de entrada é aumentada para acima do limiar de autoigni- ção. Em determinadas modalidades, a temperatura do gás é aumentada por um permutador de calor localizado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de expansão do gás proveniente da saída da câmara de reação em uma turbina ou um motor a pistão. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de compressão do combustível com um compressor antes de introdução da mistura de combustível na câmara de reação. Em determinadas modalidades, a remoção de calor da câmara de reação compreende introdução de um líquido na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de evacuação do líquido da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o líquido é evacuado da câmara de reação na forma de vapor. Em determinadas modalidades, a câmara de reação mantém oxidação gradual do combustível oxidável sem um catalisador. Em determinadas modalidades, o calor é removido da câmara de reação quando a temperatura dentro da câmara de reação excede 1260°C (2300°F). Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butile- no-1, butadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0039] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de recebimento de um gás compreendendo um combustível oxidável em um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para manter um processo de oxidação gradual; e aumento de pelo menos um da remoção de calor da câmara de reação quando a temperatura de reação adiabática dentro da câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama do combustível; e da temperatura de entrada na câmara de reação quando a temperatura de entrada na câmara de reação cai abaixo de um limiar de autoignição do combustível.
[0040] Em determinadas modalidades, a temperatura real da câmara de reação é mantida abaixo da temperatura de extinção de chama. Em determinadas modalidades, a temperatura de entrada na câmara de reação se eleva para um nível que sustentará oxidação do combustível sem um catalisador. Em determinadas modalidades, a temperatura de entrada se eleva acima da temperatura de autoignição. Em determinadas modalidades, a temperatura do gás é aumentada por um permutador de calor localizado fora da câmara de reação e o gás é passado através do permutador de calor antes de ser introduzido na câmara de reação.
[0041] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de recebimento de um gás compreendendo um combustível oxidável em um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para manter um processo de oxidação gradual sem um catalisador; e aumento de pelo menos um da remoção de calor da câmara de reação quando a temperatura de reação dentro da câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama do combustível, de modo que a temperatura real da câmara de reação seja mantida abaixo da temperatura de extinção de chama; e a temperatura de entrada na câmara de reação quando a temperatura de entrada na câmara de reação cai abaixo de um limiar de autoignição do combustível, de modo que a temperatura de entrada na câmara de reação seja mantida acima de um nível que sustentará oxidação do combustível sem um catalisador. Em determinadas moda- lidades, a temperatura de entrada é mantida acima da temperatura de autoignição.
[0042] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para receber um gás que compreende um combustível oxidável através da entrada e manter um processo de oxidação dentro da câmara de reação; um módulo de detecção que detecta quando a temperatura de entrada do gás na câmara de reação se a-proxima ou cai abaixo de um limiar de autoignição do gás que entra na primeira câmara de reação; e um módulo de correção que emite instruções, com base no módulo de detecção, para alterar a temperatura de entrada do gás para manter a temperatura de entrada acima do limiar de autoignição, de modo que o gás dentro da câmara de reação oxida sem um catalisador.
[0043] Em determinadas modalidades, o módulo de correção emite instruções para um permutador de calor para elevar a temperatura de entrada. Em determinadas modalidades, o permutador de calor está posicionado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter o gás de oxidação abaixo da temperatura de extinção de chama do combustível den-tro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui uma turbina ou um motor a pistão que recebe o gás da câmara de reação e expande o gás. Em determinadas modalidades, o sistema inclui também um compressor que recebe e comprime o gás compreendendo uma mistura de combustível antes de introdução da mistura de combustível na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propa- dieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n- pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0044] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para receber um gás que compreende um combustível oxidável através da entrada e manter um processo de oxidação dentro da câmara de reação; um módulo de detecção que detecta quando a temperatura de entrada do gás na câmara de reação cai para um limiar de autoignição do combustível; e um módulo de correção que, com base no módulo de detecção, mantém a temperatura de entrada acima do limiar de autoignição.
[0045] Em determinadas modalidades, o módulo de correção emite instruções para um permutador de calor para manter a temperatura de entrada. Em determinadas modalidades, o permutador de calor está posicionado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter a temperatura real dentro da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama do combustível. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui uma turbina ou um motor a pistão que recebe o gás da câmara de reação e expande o gás. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui um compressor que recebe e comprime o gás compreendendo uma mistura de combustível antes de introdução do gás dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n- butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0046] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para receber um gás que compreende um combustível oxidável através da entrada e manter um processo de oxidação; e um permutador de calor que mantém a temperatura de entrada na câmara de reação acima de um limiar de autoignição do combustível, de modo que o combustível oxida dentro da câmara de reação acima do limiar de autoignição e abaixo da temperatura de extinção de chama do combustível.
[0047] Em determinadas modalidades, é proporcionado um módulo de detecção que detecta quando a temperatura de entrada na câmara de reação se aproxima do limite de autoignição. Em determinadas modalidades, o permutador de calor está posicionado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui uma turbina ou um motor a pistão que recebe o gás da câmara de reação e expande o gás. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui um compressor que recebe e comprime o gás compreendendo uma mistura de combustível antes de introdução da mistura de combustível na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n- butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0048] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de determinação, em uma câmara de reação com uma entrada e uma saída que é configurada para manter um processo de oxidação de um combustível oxidá- vel, de pelo menos um da temperatura de reação real do combustível na câmara de reação e da temperatura de entrada na câmara de reação; determinação, com um sensor, de quando pelo menos um da temperatura de reação real se aproxima ou excede a temperatura de extinção de chama do combustível e a temperatura de entrada se a- proxima ou cai abaixo de um limiar de autoignição do combustível; e determinação de pelo menos um de uma redução da temperatura de reação real dentro da câmara de reação para permanecer abaixo da temperatura de extinção de chama e um aumento da temperatura de entrada para manter a temperatura de entrada acima do limiar de au- toignição.
[0049] Em determinadas modalidades, a redução da temperatura de reação real compreende remoção de calor da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a remoção de calor da câmara de reação compreende introdução de um fluido na câmara de reação. Em determinadas modalidades, a remoção de calor compreende ainda evacuação do fluido da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para evacuar o fluido na forma de vapor. Em determinadas modalidades, o aumento da temperatura de entrada compreende direcionar o combustível através de um per- mutador de calor. Em determinadas modalidades, o permutador de calor está posicionado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a temperatura de extinção é cerca de 1260°C (2300°F). Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, bu- tadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0050] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de determinação, em uma câmara de reação com uma entrada e uma saída que é configurada para manter um processo de oxidação de um combustível oxidá- vel, de pelo menos um da temperatura de reação real do combustível na câmara de reação e da temperatura de entrada do gás na entrada; determinação de quando pelo menos um da temperatura de reação real se aproxima ou excede a temperatura de extinção de chama do combustível e a temperatura de entrada na câmara de reação se aproxima ou cai abaixo de um limiar de autoignição do combustível; e a emissão de instruções para pelo menos um de reduzir a temperatura real ou aumentar a temperatura real dentro da câmara de reação para ser mantida abaixo da temperatura de extinção de chama e aumentar a temperatura de entrada para estar acima do limiar de autoignição do combustível.
[0051] Em determinadas modalidades, a produção compreende instruções para remover calor da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de remoção de calor da câmara de reação por meio de introdução de um fluido na câmara de reação. Em determinadas modalidades, a remoção de calor compreende ainda evacuação do fluido da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o fluido é evacuado da câmara de reação na forma de vapor. Em determinadas modalidades, a produção compreende o aumento da temperatura de entrada ao direcionar o combustível através de um permutador de calor. Em determinadas modalidades, o permutador de calor está posicionado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a temperatura de extinção é cerca de 1260°C (2300°F). Em determinadas modalidades, o combustível oxi- dável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etile- no, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0052] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de recebimento de um gás compreendendo um combustível oxidável em um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para manter um processo de oxi- dação; e, quando a temperatura de entrada do gás na câmara de reação se aproxima ou cai abaixo de um limiar de autoignição do combustível, introdução adicional de calor ao gás, de modo que a temperatura de entrada seja mantida acima do limiar de autoignição e a câmara de reação mantenha a oxidação do combustível dentro da câmara de reação sem um catalisador.
[0053] Em determinadas modalidades, o calor adicional é introduzido através de um permutador de calor. Em determinadas modalidades, o permutador de calor está posicionado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a câmara de reação mantém a oxidação do combustível oxidável em uma temperatura abaixo da temperatura de extinção de chama do combustível. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de introdução do gás em uma turbina ou um motor a pistão que recebe o gás da câmara de reação e expande o gás. Em determinadas modalidades, o método também compreende introdução do gás em compressor que recebe e comprime o gás compreendendo uma mistura de combustível antes de introdução da mistura de combustível na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0054] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de recebimento de um gás compreendendo um combustível oxidável em um dispositivo de oxidação que tem uma primeira câmara de reação com uma entrada e uma saída, a primeira câmara de reação sendo configurada para manter um processo de oxidação do combustível; e, quando a temperatura de entrada do gás na câmara de reação se aproxima ou cai abaixo de um limiar de autoignição do combustível, aumentar a temperatura de entrada para um nível acima do limiar de autoignição.
[0055] Em determinadas modalidades, a câmara de reação mantém oxidação gradual do combustível dentro da câmara de reação sem um catalisador. Em determinadas modalidades, a temperatura de entrada é aumentada por um permutador de calor. Em determinadas modalidades, o permutador de calor está posicionado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação do combustível abaixo da temperatura de extinção de chama do combustível. Em determinadas modali-dades, o método também inclui a etapa de introdução do gás em uma turbina ou um motor a pistão que recebe o gás da câmara de reação e expande o gás. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de introdução do gás em compressor recebe e comprime o gás compreendendo uma mistura de combustível antes de introdução da mistura de combustível na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0056] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de introdução de um gás em uma câmara de reação com uma entrada e uma saída que é configurada para manter um processo de oxidação, que determina quando a temperatura de entrada de um gás que compreende um combustível oxidável na entrada se aproxima ou cai abaixo de um limiar de autoig- nição do combustível; e produção de um sinal para aumentar a temperatura de entrada do gás, de modo que a temperatura de entrada permaneça acima do limiar de autoignição.
[0057] Em determinadas modalidades, o sinal compreende instruções para aquecer o gás com um permutador de calor. Em determina- das modalidades, o permutador de calor está posicionado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação do combustível abaixo da temperatura de extinção de chama do combustível. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação do combustível abaixo de cerca de 1260°C (2300°F). Em determinadas modalidades, o processo também inclui a etapa de introdução do gás em uma turbina ou um motor a pistão que recebe o gás da câmara de reação e expande o gás. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de introdução do gás em um compressor que recebe e comprime o gás compreendendo uma mistura de combustível antes de introdução da mistura de combustível na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, bu- tadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0058] Em determinadas modalidades, um método descrito aqui para oxidação de combustível em um sistema que recebe um gás que compreende um combustível oxidável em um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação sendo configurada para manter oxidação gradual do combustível sem um catalisador, o método compreendendo detecção de quando a temperatura de entrada do gás na câmara de reação se aproxima ou cai abaixo de um limiar de autoignição do gás e a emissão de instruções para aumentar a temperatura de entrada, de modo que a temperatura de entrada do gás seja mantida acima da temperatura de autoignição, enquanto que a temperatura dentro da câmara de reação permanece abaixo da temperatura de extinção de chama.
[0059] Em determinadas modalidades, as instruções aumentam a transferência de calor para o gás através de um permutador de calor. Em determinadas modalidades, o permutador de calor está posicionado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação do combustível abaixo da temperatura de extinção de chama do combustível. Em de-terminadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação do combustível abaixo de cerca de 1260°C (2300°F). Em determinadas modalidades, o processo também inclui a etapa de introdução do gás em uma turbina ou um motor a pistão que recebe o gás da câmara de reação e expande o gás. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de introdução do gás em um compressor que recebe e comprime o gás compreendendo uma mistura de combustível antes de introdução do gás dentro da câmara de reação.
[0060] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui a etapa de, em uma câmara de reação tendo uma entrada e uma saída que é configurada para manter um processo de oxidação, determinação, com um sensor, de quando a temperatura de entrada de um gás que compreende um combustível oxidável na entrada se aproxima de um limiar de autoignição do gás; em que a temperatura real dentro da câmara de reação é mantida em um nível abaixo da temperatura de extinção de chama e acima do li-miar de autoignição, de modo que oxidação gradual do combustível seja mantida dentro da câmara de reação.
[0061] Em determinadas modalidades, o sinal aumenta a temperatura de entrada do gás para permanecer acima do limiar de autoigni- ção. Em determinadas modalidades, o sinal compreende instruções para aumentar a transferência de calor para o gás por um permutador de calor. Em determinadas modalidades, o permutador de calor está posicionado dentro da câmara de reação.
[0062] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para receber um gás que compreende um combustível oxidável através da entrada e manter um processo de oxidação do gás; e um meio para permuta de calor posicionado dentro da câmara de reação, o meio configurado para manter a temperatura interna da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama e manter a temperatura de entrada do combustível na câmara de reação maior do que a temperatura de autoignição do combustível; em que o meio é configurado para circular fora da câmara de reação e, deste modo, extrair calor da câmara de reação para manter a temperatura interna abaixo da temperatura de extinção de chama.
[0063] Em determinadas modalidades, circulação do meio é configurada para aquecer o gás na entrada e manter a temperatura de entrada do combustível acima da temperatura de autoignição. Em determinadas modalidades, circulação do meio é configurada para extrair calor do gás dentro da câmara de reação para manter a temperatura interna do gás abaixo da temperatura de extinção de chama do gás. Em determinadas modalidades, o meio compreende uma pluralidade de estruturas de aço que são circuladas através da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o meio compreende um fluido que circula através da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a velocidade na qual o meio circula se baseia em pelo menos um da temperatura interna e da temperatura de entrada. Em determinadas modalidades, o calor é extraído do meio quando o meio circula fora da câmara de reação.
[0064] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para receber um gás que compreende um combustível oxidável através da entrada, o dispositivo de oxidação configurado para manter um processo de oxidação do gás dentro da câmara de reação; e um trajeto de recirculação que direciona pelo menos uma parte do produto gasoso, após oxidação dentro da câmara de reação, para a entrada da câmara de reação e introduz o produto gasoso na câmara de reação na entrada; em que a introdução do produto gasoso aumenta a temperatura de entrada do gás para acima da temperatura de autoignição do gás.
[0065] Em determinadas modalidades, a recirculação do produto gasoso diminui o nível de teor de oxigênio dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a quantidade de produto gasoso que é recirculada se baseia na temperatura de entrada. Em determinadas modalidades, a quantidade de produto gasoso que é recirculada se baseia na temperatura interna da câmara de reação.
[0066] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para receber um gás que compreende um combustível oxidável através da entrada, o dispositivo de oxidação configurado para manter um processo de oxidação do gás dentro da câmara de reação; e um meio para permuta de calor posicionado dentro da câmara de reação, o meio configurado para manter a temperatura interna da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama e manter a temperatura de entrada do combustível na câmara de reação maior do que a temperatura de autoignição do combustível.
[0067] Em determinadas modalidades, o meio de permuta de calor compreende um fluido. Em determinadas modalidades, o fluido é circulado e a circulação do meio é configurada para aquecer o gás na entrada e manter a temperatura de entrada do gás acima da temperatura de autoignição do gás. Em determinadas modalidades, o meio de permuta de calor compreende areia. Em determinadas modalidades, o meio de permuta de calor compreende uma pluralidade de estruturas empilhadas de modo uniforme. Em determinadas modalidades, o meio de permuta de calor compreende uma pluralidade de discos empilhados, cada um tendo uma pluralidade de aberturas através das quais o gás é deixado fluir. Em determinadas modalidades, o meio de permuta de calor é configurado para conduzir calor dentro da câmara de reação em direção à entrada, pelo que o gás que está sendo recebido através da entrada é aquecido acima da temperatura de autoignição.
[0068] Em determinadas modalidades, um motor alternado de ciclo dividido descrito aqui inclui uma entrada que recebe uma mistura de ar-combustível, a mistura compreendendo uma mistura de ar e um combustível gasoso; uma câmara de compressão acoplada ao motor alternado que comprime a mistura em uma câmara de pistão alternativo; uma câmara de oxidação que é configurada para receber a mistura proveniente da câmara de compressão através de uma primeira entrada e manter oxidação da mistura em uma temperatura interna abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura e suficiente para oxidar a mistura sem um catalisador; e uma câmara de expansão que recebe produto gasoso de oxidação proveniente da câmara de oxidação e expande o produto gasoso dentro da câmara de expansão por meio de um pistão alternado.
[0069] Em determinadas modalidades, a câmara de oxidação é configurada para manter a temperatura de entrada da mistura acima da temperatura de autoignição da mistura. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui um permutador de calor que está configurado para extrair calor do produto gasoso e aquecer a mistura antes de introdução da mistura na câmara de oxidação. Em determinadas modalidades, o permutador de calor compreende um permutador de calor de tubo-em-tubo. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui um meio de permuta de calor localizado dentro da câmara de oxidação. Em determinadas modalidades, o meio está configurado para manter a temperatura interna da câmara de oxidação abaixo da temperatura de extinção de chama ao conduzir o calor para a entrada da câmara de oxidação e em que o meio na entrada da câmara de oxidação é esfriado pela mistura que está sendo introduzida na câmara de oxidação. Em determinadas modalidades, o combustível compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, bu- tileno-1, butadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0070] Em determinadas modalidades, um motor alternado de ciclo dividido descrito aqui inclui um ciclo alternado que compreende pelo menos uma câmara de compressão tendo, na mesma, um pistão alternado e pelo menos uma câmara de expansão tendo, na mesma, um pistão alternado; e um ciclo de aquecimento compreendendo uma entrada que recebe uma mistura gasosa de ar-combustível que compreende uma mistura de ar e um combustível gasoso, a entrada sendo configurada para direcionamento da mistura para a câmara de compressão; uma câmara de reação configurada para receber a mistura proveniente da câmara de compressão e manter oxidação da mistura em uma temperatura interna de câmara de reação suficiente para oxidar a mistura sem um catalisador; em que a câmara de expansão é configurada para receber o produto gasoso de oxidação proveniente da câmara de reação e expandir o produto gasoso dentro da câmara de expansão através do pistão alternado.
[0071] Em determinadas modalidades, a câmara de reação compreende uma entrada e a câmara de reação é configurada para manter a temperatura de entrada da mistura na entrada acima da temperatura de autoignição da mistura. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui um permutador de calor que é configurado para extrair calor dos produtos gasosos da câmara de reação e aquecer a mistura antes de introdução da mistura na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o permutador de calor compreende um permutador de calor de tubo-em-tubo. Em determinadas modalidades, os produtos gasosos são direcionados de volta para a câmara de reação e combinados com a mistura de ar-combustível introduzida na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui um meio de permuta de calor localizado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o meio está configurado para manter a temperatura interna da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura ao conduzir o calor para a entrada da câmara de reação e em que o meio na entrada da câmara de oxidação é esfriado pela mistura que sendo introduzida na câmara de oxidação. Em determinadas modalidades, o combustível compreende pelo me-nos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, isopentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0072] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de recebimento de uma mistura gasosa de ar-combustível através de uma entrada, a mistura compreendendo uma mistura de ar e um combustível gasoso; compressão da mistura com uma câmara de compressão, a câmara de compressão estando acoplada a um motor alternado e comprimindo a mistura em uma câmara de pistão alternado; oxidação da mistura em uma câmara de reação que está configurada para receber a mistura proveniente da câmara de compressão através de uma entrada e manter oxidação do combustível em uma temperatura interna da câmara de reação sem um catalisador; e expansão do produto gasoso aqueci- do proveniente da câmara de reação em uma câmara de pistão alternado acoplada à câmara de pistão alternativo, deste modo, movimentando o motor alternado.
[0073] Em determinadas modalidades, a temperatura interna da câmara de reação é mantida abaixo da temperatura de extinção de chama do combustível. Em determinadas modalidades, as etapas também incluem remoção de calor da câmara de reação quando a temperatura na câmara de reação ase aproxima ou se eleva para acima da temperatura de extinção de chama. Em determinadas modali-dades, a temperatura da mistura na entrada é mantida acima da temperatura de autoignição da mistura. Em determinadas modalidades, as etapas também incluem aquecimento da mistura por um permutador de calor antes de oxidação da mistura na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o permutador de calor está localizado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a temperatura de entrada da mistura na entrada da câmara de reação está abaixo da temperatura de autoignição da mistura. Em determinadas modalidades, a mistura é aquecida dentro do permutador de calor em uma temperatura acima da temperatura de autoignição.
[0074] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de compressão da mistura de ar-combustível compreendendo uma mistura de ar e um combustível gasoso em uma câmara de compressão de pistão alternativo acoplada a um motor alternado; oxidação da mistura em uma câmara de reação, configurada para receber a mistura proveniente da câmara de compressão através de uma entrada, para acima da temperatura de autoignição do combustível e abaixo da temperatura de extinção de chama do combustível; e expansão do produto gasoso proveniente da câmara de reação em uma câmara de pistão alternado acoplada ao motor alternado, deste modo, movimentando o motor alternado.
[0075] Em determinadas modalidades, a temperatura interna da câmara de reação é mantida abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de remoção de calor da câmara de reação quando uma temperatura adiabática na câmara de reação se aproxima ou se eleva para acima da temperatura de extinção de chama. Em determinadas modalidades, a temperatura da mistura na entrada é mantida acima da temperatura de autoignição da mistura. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de aquecimento da mistura por um permutador de calor antes de oxidação do combustível na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o permutador de calor está localizado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a temperatura de entrada da mistura na entrada da câmara de reação está abaixo da temperatura de autoignição da mistura. Em de-terminadas modalidades, a mistura é aquecida dentro do permutador de calor em uma temperatura acima da temperatura de autoignição.
[0076] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de direcionamento da mistura de ar-combustível compreendendo uma mistura de ar e um combustível gasoso a ser para um pistão de compressão alternado acoplado a um motor alternado; direcionamento da mistura proveniente do pistão de compressão para uma câmara de reação configurada para oxidar gradualmente a mistura dentro da câmara de reação acima da temperatura de autoignição da mistura e abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura; e direcionamento do produto gasoso proveniente da câmara de reação a ser expandido para um pistão de expansão alternativo acoplado ao motor alternado, deste modo, movimentando o motor alternado.
[0077] Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de determinação, com um sensor, de quando a temperatura na câmara de reação se aproxima ou excede a temperatura de extinção de chama. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de direcionamento da remoção de calor da câmara de reação quando a temperatura na câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama, de modo que a temperatura na câmara de reação seja mantida abaixo da temperatura de extinção de chama. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de manutenção da temperatura interna dentro da câmara de reação abaixo de cerca de 1260°C (2300°F).
[0078] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de determinação do nível de teor de oxigênio dentro da câmara de reação tendo uma entrada e uma saída e configurada para oxidar gradualmente um combustível em uma mistura gasosa sem um catalisador; emissão de instruções para introduzir o gás de combustão recebido da saída da câmara de reação e contendo produtos gasosos de oxidação do combustível den-tro da câmara de reação na câmara de reação com base no nível de teor de oxigênio determinado.
[0079] Em determinadas modalidades, introdução do gás de combustão compreende mistura do gás de combustão com a mistura gasosa. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de determinação se a temperatura interna dentro da câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama do combustível. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de emissão de instruções para reduzir a temperatura interna dentro da câmara de reação quando uma temperatura adiabática de dentro da câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama do combustível. Em determinadas modalidades, as instruções compreendem remoção de calor da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a emissão de instruções está configurada para alterar a temperatura de extinção de chama do combustível dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de determinação da temperatura de entrada da mistura gasosa na entrada da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de aumento da temperatura da mistura gasosa na entrada quando a temperatura de entrada se aproxima da temperatura de autoignição do combustível, de modo que a temperatura de entrada seja mantida acima da temperatura de autoignição. Em determinadas modalidades, aumento da temperatura compreende mistura do gás de combustão com a mistura gasosa em ou próximo da entrada da câmara de reação.
[0080] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de determinação de pelo menos um de um nível de teor de oxigênio dentro da câmara de reação tendo uma entrada e uma saída e configurada para oxidar gradualmente um combustível em uma mistura gasosa sem um catalisador e a temperatura de entrada da mistura gasosa na entrada da câmara de reação; com base em pelo menos um do nível de teor de oxigênio de-terminado e da temperatura de entrada, introdução de gás de combustão recebido da saída da câmara de reação e contendo produtos gasosos aquecidos provenientes de oxidação do combustível dentro da câmara de reação na câmara de reação quando pelo menos um do nível de teor de oxigênio determinado se aproxima ou está acima de um limiar predeterminado e a temperatura de entrada se aproxima ou está abaixo da temperatura de autoignição do combustível.
[0081] Em determinadas modalidades, introdução do gás de combustão compreende mistura do gás de combustão com a mistura gasosa. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de determinação se a temperatura interna dentro da câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama do combustível. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de redução da temperatura interna dentro da câmara de reação quando uma temperatura adiabática de dentro da câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama do combustível. Em determinadas modalidades, a redução da temperatura interna compreende remoção de calor da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de aumento da temperatura de extinção de chama dentro da câmara de reação por meio da redução do teor de oxigênio dentro da câmara de reação.
[0082] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de determinação, com um processador, do nível de teor de oxigênio dentro da câmara de reação tendo uma entrada e uma saída e configurada para oxidar gradualmente um combustível em uma mistura gasosa sem um catalisador; e, com base no nível de teor de oxigênio determinado, introdução de gás de combustão recebido da saída da câmara de reação e con-tendo produtos gasosos aquecidos provenientes de oxidação do combustível dentro da câmara de reação na câmara de reação.
[0083] Em determinadas modalidades, introdução do gás de combustão compreende mistura do gás de combustão com a mistura gasosa. Em determinadas modalidades, o gás de combustão é misturado com a mistura gasosa em ou próximo da entrada da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de determinação se a temperatura interna dentro da câmara de reação se aproxima ou excede a temperatura de extinção de chama do combustível. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de redução da temperatura interna dentro da câmara de reação quando uma temperatura adiabática dentro da câmara de reação se aproxima ou excede a temperatura de extinção de chama do combustível. Em determinadas modalidades, a redução da temperatura interna compreende remoção de calor da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de alteração da temperatura de extinção de chama dentro da câmara de reação ao alterar o teor de oxigênio dentro da câmara de reação.
[0084] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de, em uma primeira câmara de reação com uma entrada e uma saída que é configurada para manter um processo de oxidação gradual sem um catalisador, determinação de quando a temperatura de entrada de uma mistura gasosa compreendendo um combustível oxidável na entrada da câmara de reação se aproxima ou cai abaixo da temperatura de autoignição do combustível; e, quando é determinado que a temperatura de entrada se aproxima ou cai abaixo da temperatura de autoignição do combustível, aumento da temperatura de entrada da mistura gasosa mediante introdução do gás de combustão compreendendo o produto gasoso pelo menos parcialmente oxidado proveniente da câmara de reação na mistura gasosa em ou próximo da entrada.
[0085] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de oxidação gradual de um primeiro combustível, em uma primeira mistura gasosa, em uma primeira câmara de reação que é configurada para manter oxidação gradual do primeiro combustível na primeira câmara de reação sem um catalisador; introdução do gás de combustão compreendendo produto gasoso aquecido proveniente de oxidação do primeiro combustível na primeira câmara de reação em uma segunda câmara de reação; introdução de um segundo combustível na segunda câmara de reação; e oxidação do segundo combustível na segunda câmara de reação em um processo de oxidação gradual sem um catalisador; em que uma primeira temperatura interna dentro da primeira câmara de reação é mantida abaixo da temperatura de extinção de chama do primeiro combustível.
[0086] Em determinadas modalidades, o método inclui a etapa de manutenção de uma segunda temperatura interna dentro da segunda câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama do segundo combustível. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de redução da segunda temperatura interna dentro da segunda câmara de reação quando uma temperatura adiabática dentro da segunda câmara de reação se aproxima ou excede a temperatura de extinção de chama do segundo combustível dentro da segunda câmara de reação. Em determinadas modalidades, redução da segunda temperatura interna compreende remoção de calor da segunda câmara de reação. Em determinadas modalidades, a temperatura de extinção de chama do segundo combustível é maior do que a temperatura de extinção de chama do primeiro combustível. Em de-terminadas modalidades, o método também inclui a etapa de redução da primeira temperatura interna dentro da primeira câmara de reação quando uma temperatura adiabática dentro da primeira câmara de reação se aproxima ou excede a temperatura de extinção de chama do primeiro combustível dentro da primeira câmara de reação. Em determinadas modalidades, redução da primeira temperatura interna compreende remoção de calor da primeira câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de determinação de uma primeira temperatura de entrada da mistura gasosa na entrada da primeira câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de aumento da primeira temperatura de entrada quando a primeira temperatura de entrada se aproxima ou cai abaixo da temperatura de autoignição do primeiro combustível dentro da primeira câmara de reação, de modo que a primeira temperatura de entrada seja mantida acima da temperatura de autoignição. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de determina- ção de uma segunda temperatura de entrada na entrada da segunda câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de aumento da segunda temperatura de entrada quando a segunda temperatura de entrada se aproxima ou cai abaixo da temperatura de autoignição do segundo combustível dentro da segunda câmara de reação, de modo que a segunda temperatura de entrada seja mantida acima da temperatura de autoignição. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de aumento da segunda temperatura de entrada compreendendo introdução do gás de com-bustão para mistura com o segundo combustível em ou próximo da entrada da segunda câmara de reação.
[0087] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de oxidação gradual de um primeiro combustível, em uma primeira mistura gasosa, em uma primeira câmara de reação que é configurada para manter oxidação gradual do primeiro combustível na primeira câmara de reação sem um catalisador; introdução do gás de combustão compreendendo produto gasoso aquecido proveniente de oxidação do primeiro combustível na primeira câmara de reação em uma segunda câmara de reação configurada para manter oxidação gradual sem um catalisador; determinação, com um processador, do nível de teor de oxigênio dentro da segunda câmara de reação; introdução de um segundo combustível na segunda câmara de reação; e oxidação do segundo combustível na segunda câmara de reação em um processo de oxidação gradual sem um catalisador.
[0088] Em determinadas modalidades, a quantidade e distribuição, dentro da segunda câmara, de introdução do gás de combustão na segunda câmara se baseiam no nível de teor de oxigênio determinado. Em determinadas modalidades, uma primeira temperatura interna dentro da primeira câmara de reação é mantida abaixo da temperatura de extinção de chama do primeiro combustível. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de manutenção de uma segunda temperatura interna dentro da segunda câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama do segundo combustível. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de redução da segunda temperatura interna dentro da segunda câmara de reação quando uma temperatura adiabática dentro da segunda câmara de reação se aproxima ou excede a temperatura de extinção de chama do segundo combustível dentro da segunda câmara de reação. Em determinadas modalidades, redução da segunda temperatura interna compreende remoção de calor da segunda câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de redução da primeira temperatura interna dentro da primeira câmara de reação quando uma temperatura adiabática dentro da primeira câmara de reação se aproxima ou excede a temperatura de extinção de chama do primeiro combustível dentro da primeira câmara de reação. Em determinadas modalidades, redução da primeira temperatura interna compreende remoção de calor da primeira câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de determinação de uma primeira temperatura de entrada da mistura gasosa na entrada da primeira câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de aumento da primeira temperatura de entrada quando a primeira temperatura de entrada se aproxima ou cai abaixo da temperatura de autoignição do primeiro combustível dentro da primeira câmara de reação, de modo que a primeira temperatura de entrada seja mantida acima da temperatura de autoignição. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de determinação de uma segunda temperatura de entrada na entrada da segunda câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de aumento da segunda temperatura de entrada quando a segunda temperatura de entrada se aproxima ou cai abaixo da temperatura de autoignição do segundo combustível dentro da segunda câmara de reação, de modo que a segunda temperatura de entrada seja mantida acima da temperatura de autoignição. Em determinadas modalidades, aumento da segunda temperatura de entrada compreende introdução do gás de combustão para mistura com o segundo combustível em ou próximo da entrada da segunda câmara de reação.
[0089] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui uma primeira câmara de reação com uma primeira entrada e uma primeira saída, a primeira câmara de reação configurada para receber um primeiro gás compreendendo um primeiro combustível oxidável, a primeira câmara de reação configurada para manter um processo de oxidação gradual do primeiro combustível; e uma segunda câmara de reação com uma segunda entrada e uma segunda saída, a segunda câmara de reação configurada para receber um segundo gás compreendendo um segundo combustível oxidável, a segunda câmara de reação configurada para manter um processo de oxidação gradual do segundo combustível; em que as primeira e segunda câmaras de reação são configuradas para manter uma temperatura interna nas respectivas câmaras de reação abaixo da temperatura de extinção de chama do combustível; em que a se-gunda câmara de reação é configurada para receber o gás de combustão compreendendo o produto gasoso aquecido proveniente de oxidação do primeiro combustível na primeira câmara de reação em uma segunda câmara de reação através da segunda entrada.
[0090] Em determinadas modalidades, o sistema inclui um meio de troca de calor localizado dentro de pelo menos uma das câmaras de reação, o meio configurado para manter a temperatura interna da câmara de reação abaixo de uma temperatura de extinção de chama. Em determinadas modalidades, pelo menos uma das primeira e segunda câmaras de reação é configurada para reduzir a respectiva temperatura interna quando uma temperatura adiabática dentro das respectivas câmaras de reação se aproxima ou excede a temperatura de extinção de chama do respectivo combustível. Em determinadas modalidades, pelo menos uma das primeira e segunda câmaras de reação é configurada para reduzir a respectiva temperatura interna através da remoção de calor da respectiva câmara de reação através de um permutador de calor. Em determinadas modalidades, o permu- tador de calor compreende um fluido introduzido dentro da respectiva câmara de reação. Em determinadas modalidades, o permutador de calor é configurado para evacuar o fluido da respectiva câmara de reação. Em determinadas modalidades, o permutador de calor compreende um meio para geração de vapor.
[0091] Em determinadas modalidades, o permutador de calor é configurado para extrair calor da respectiva câmara de reação quando a temperatura dentro da respectiva câmara de reação excede 1260°C (2300°F). Em determinadas modalidades, a primeira câmara de reação é configurada para aumentar a temperatura do primeiro gás na primeira entrada quando uma primeira temperatura de entrada, na primeira entrada, se aproxima ou cai abaixo da temperatura de autoignição do primeiro combustível. Em determinadas modalidades, a segunda câmara de reação é configurada para aumentar a temperatura do segundo gás na segunda entrada quando uma segunda temperatura de entrada, na segunda entrada, se aproxima ou cai abaixo da temperatura de autoignição do segundo combustível.
[0092] Em determinadas modalidades, a segunda câmara de reação é configurada para misturar o gás de combustão com o segundo gás quando uma segunda temperatura de entrada do segundo gás se aproxima ou cai abaixo da temperatura de autoignição do segundo combustível. Em determinadas modalidades, distribuição do gás de combustão dentro da segunda câmara de reação se baseia em pelo menos um de uma segunda temperatura de entrada do segundo gás na segunda entrada e a temperatura interna da segunda câmara de reação. Em determinadas modalidades, o sistema inclui também uma turbina ou um motor a pistão que recebe gás de pelo menos uma das câmaras de reação. Em determinadas modalidades, a turbina recebe gás proveniente da segunda câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também compreende introdução do gás em compressor que recebe e comprime o gás compreendendo uma mistura de combustível antes de introdução da mistura de combustível em pelo menos uma das câmaras de reação. Em determinadas modalidades, o compressor é configurado para comprimir o segundo gás antes de introdução do segundo gás na segunda câmara de reação.
[0093] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação configurada para receber e oxidar uma mistura gasosa compreendendo um combustível oxidável em um processo de oxidação gradual dentro da câmara de reação; uma entrada configurada para introduzir fluido dentro da câmara de reação durante o processo de oxidação, o fluido estando em uma temperatura de entrada menor do que uma temperatura interna da câmara de reação, de modo que o fluido é aquecido à medida que ele é introduzido na câmara de reação; e uma saída configurada para extrair o fluido aquecido proveniente da câmara de reação; em que a câmara de reação é configurada para manter a temperatura interna acima da temperatura de autoig- nição do combustível e abaixo da temperatura de extinção de chama do combustível.
[0094] Em determinadas modalidades, a entrada é configurada para introduzir um líquido na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o líquido é introduzido na câmara de reação através de passagem por uma ou mais serpentinas dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, as serpentinas não estão em comunicação de fluido com a câmara de reação. Em determinadas modalidades, o líquido é introduzido na câmara de reação através de injeção do líquido dentro da câmara de reação, de modo que o líquido se mistura com a mistura gasosa dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a entrada é configurada para introduzir o fluido dentro da câmara de reação como um gás. Em determinadas modalidades, o gás é introduzido na câmara de reação através de passagem por uma ou mais serpentinas dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, as serpentinas não permitem mistura do gás e da mistura gasosa dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o gás é introduzido na câmara de reação através de injeção do gás na câmara de reação, de modo que o gás se mistura com a mistura gasosa dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a saída é configurada para extrair o fluido aquecido proveniente da câmara de reação como um gás. Em determinadas modalidades, a saída é configurada para redirecionar o gás para a câmara de reação, de modo que o gás se mistura com a mistura gasosa dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, quando uma temperatura de reação adiabática dentro da câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama, fluido é introduzido na câmara de reação. Em determinadas modalidades, a temperatura de entrada está abaixo da temperatura de autoignição do combustível. Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0095] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de direcionamento de uma mistura gasosa compreendendo um combustível oxidável para um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação configurada para receber e oxidar o combustível em um processo de oxidação gradual dentro da câmara de reação, a câmara de reação sendo configurada para manter a temperatura interna acima da temperatura de autoignição do combustível e abaixo da temperatura de extinção de chama do combustível; e introdução de fluido dentro da câmara de reação durante o processo de oxidação, o fluido estando em uma temperatura de entrada menor do que a temperatura interna da câmara de reação, de modo que o fluido é aquecido à medida que ele é introduzido na câmara de reação; e extração do fluido aquecido proveniente da câmara de reação.
[0096] Em determinadas modalidades, o fluido é introduzido na câmara de reação como um líquido. Em determinadas modalidades, o líquido é introduzido na câmara de reação através de passagem por uma ou mais serpentinas dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o líquido é injetado na câmara de reação, de modo que o líquido se mistura com a mistura gasosa dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o fluido é introduzido na câ-mara de reação na forma de gás. Em determinadas modalidades, o gás é introduzido na câmara de reação passando o gás através de uma ou mais serpentinas dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o gás é injetado na câmara de reação, de modo que o gás se mistura com a mistura gasosa dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o fluido aquecido é extraído da câmara de reação como um gás aquecido. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de redirecionamento do gás aquecido para a câmara de reação, de modo que o gás quente se mistura com a mistura gasosa dentro da câmara de reação. Em determinadas moda- lidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propa- dieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n- pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[0097] Em determinadas modalidades, um dispositivo de oxidação para oxidação de combustível descrito aqui inclui uma câmara de reação que tem uma ou mais entradas que são configuradas para direcionar pelo menos um gás de combustíveis, oxidantes ou diluentes para a câmara de reação e uma ou mais saídas que são configuradas para direcionar os produtos de reação da câmara de reação e um aquecedor que é configurado para manter a temperatura de um ou mais de pelo menos um gás, em ou antes da uma ou mais entradas, acima da temperatura de autoignição de uma mistura de produtos dentro da câmara de reação que compreende pelo menos um gás de combustíveis, oxidantes ou diluentes e em que a câmara de reação é configurada para oxidar a mistura e manter uma temperatura adiabática e uma temperatura máxima de reação na câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura.
[0098] Em determinadas modalidades, a câmara de reação compreende uma única entrada. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual a mistura é introduzida na câmara de reação através da entrada. Em determinadas modalidades, o aquecedor compreende um permutador de calor que transfere calor dos produtos de reação para a mistura em ou antes da uma ou mais entradas. Em determinadas modalidades, o aquecedor é configurado para misturar pelo menos um de oxidantes ou diluentes com o combustível em ou antes da uma ou mais entradas. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos da reação para gerar vapor. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos da reação para acionar um gerador para geração de energia. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para acionar um gerador por uma turbina ou um motor a pistão que está configurado para expandir os produtos de reação provenientes da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para aquecer o material que não é passado através do dispositivo de oxidação. Em determinadas modalidades, o dis-positivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual um ou mais de pelo menos um gás de combustíveis, oxidantes ou di- luentes são introduzidos na câmara de reação através da uma ou mais entradas. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual os produtos de reação são direcionados da câmara de reação através das saídas. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação também inclui um regulador que é configurado para alterar pelo menos um de fluxo da mistura ou pressão da mistura em ou próximo da entrada.
[0099] Em determinadas modalidades, um dispositivo de oxidação para oxidação de combustível descrito aqui inclui uma câmara de reação tendo uma entrada que é configurada para direcionar pelo menos um gás de combustíveis, oxidantes ou diluentes para a câmara de reação e uma saída que é configurada para direcionar produtos de reação da câmara de reação e meios para manter a temperatura do gás de admissão, em ou antes da entrada, acima da temperatura de au- toignição da mistura de produtos dentro de uma câmara de reação que compreende pelo menos um gás de combustíveis, oxidantes ou diluen- tes, em que a câmara de reação é configurada para oxidar a mistura e manter a temperatura adiabática e a temperatura máxima de reação da câmara da reação abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura.
[00100] Em determinadas modalidades, a câmara de reação compreende uma pluralidade de entradas. Em determinadas modalidades, a câmara de reação compreende uma pluralidade de saídas. Em determinadas modalidades, os meios para elevação de temperatura compreendem um permutador de calor que transfere calor dos produtos de reação para a mistura em ou antes da entrada. Em determinadas modalidades, os meios para elevação de temperatura são configu-rados para misturar combustível com diluentes em ou antes da entrada. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para gerar vapor. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para acionar um gerador para geração de energia. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para acionar um gerador por uma turbina ou um motor a pistão que está configurado para expandir os produtos de reação provenientes da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para aquecer o material que não é passado através do dispositivo de oxidação. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual a mistura é introduzida na câmara de reação através da entrada. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual os produtos de reação são direcionados da câmara de reação através da saída. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação também inclui um regulador que é configurado para alterar pelo menos um de fluxo da mistura ou pressão da mistura em ou próximo da entrada. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual um ou mais de pelo menos um gás de combustível, oxidantes ou diluentes é introduzido na câmara de reação através da uma ou mais entradas.
[00101] Em determinadas modalidades, um dispositivo de oxidação para oxidação de combustível descrito aqui inclui uma câmara de reação que tem uma ou mais entradas que são configuradas para direcionar pelo menos um gás de combustíveis, oxidantes ou diluentes para a câmara de reação e uma ou mais saídas que são configuradas para direcionar produtos de reação da câmara de reação; e um aquecedor que é configurado para manter a temperatura de um ou mais de pelo menos um gás, em ou antes da uma ou mais entradas, acima da tem-peratura de autoignição da mistura de produtos dentro de uma câmara de reação que compreende pelo menos um gás de combustível, oxidantes ou diluentes, em que a câmara de reação é configurada para oxidar a mistura e manter a temperatura adiabática dentro da câmara de reação acima da temperatura de extinção de chama da mistura e a temperatura máxima de reação dentro da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura.
[00102] Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação compreende um extrator de calor que é configurado para remover calor da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o extrator de calor é configurado para remover calor da câmara de reação por meio da geração de vapor. Em determinadas modalidades, a câmara de reação compreende uma única entrada. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual a mistura é introduzida na câmara de reação através da única entrada. Em determinadas modalidades, o aquecedor compreende um permutador de calor que transfere calor dos produtos de reação para a mistura em ou antes da uma ou mais entradas. Em determinadas modalidades, o aquecedor é configurado para misturar combustível com diluentes em ou antes de uma ou mais entradas. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para gerar vapor. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para acionar um gerador para geração de energia. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para acionar um gerador por uma turbina ou um motor a pistão que está configurado para expandir os produtos de reação provenientes da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para aquecer o material que não é passado através do dispositivo de oxidação. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual os produtos de reação são direcionados da câmara de reação através das saídas. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual um ou mais de pelo menos um gás de combustível, oxidantes ou diluentes é introduzido na câmara de reação através da uma ou mais entradas. Em determinadas modalidades, o dis-positivo de oxidação também inclui um regulador que é configurado para alterar pelo menos um de fluxo da mistura ou pressão da mistura em ou próximo da entrada.
[00103] Em determinadas modalidades, um dispositivo de oxidação para oxidação de combustível descrito aqui inclui uma câmara de reação tendo uma entrada que é configurada para direcionar pelo menos um gás de combustível, oxidantes ou diluentes para a câmara de reação e uma saída que é configurada para direcionar produtos de reação provenientes da câmara de reação, meios para manter a temperatura da mistura, em ou antes da pluralidade de entradas, acima da tempe-ratura de autoignição da mistura e meios para manter a temperatura do gás de admissão, em ou antes da entrada, acima da temperatura de autoignição da mistura de produtos dentro de uma câmara de reação que compreende pelo menos um gás de combustíveis, oxidantes ou diluentes, em que a câmara de reação é configurada para oxidar a mistura e manter a temperatura adiabática dentro da câmara de reação acima da temperatura de extinção de chama da mistura e a temperatura máxima de reação dentro da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura.
[00104] Em determinadas modalidades, a câmara de reação compreende uma pluralidade de entradas. Em determinadas modalidades, a câmara de reação compreende uma pluralidade de saídas. Em determinadas modalidades, os meios para elevação de temperatura compreendem um permutador de calor que transfere calor dos produtos de reação para a mistura em ou antes da entrada. Em determinadas modalidades, os meios para elevação de temperatura são configu-rados para misturar combustível com diluentes em ou antes da entrada. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para gerar vapor. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para acionar um gerador para geração de energia. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para acionar um gerador por uma turbina ou um motor a pistão que está configurado para expandir os produtos de reação provenientes da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para aquecer o material que não é passado através do dispositivo de oxidação. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual a mistura é introduzida na câmara de reação através da entrada. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual os produtos de reação são direcionados da câmara de reação através da saída. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação também inclui um regulador que é configurado para alterar pelo menos um de fluxo da mistura ou pressão da mistura em ou próximo da entrada.
[00105] Em determinadas modalidades, um dispositivo de oxidação para oxidação de combustível descrito aqui inclui uma câmara de reação que tem uma ou mais entradas que são configuradas para direcionar pelo menos um gás de combustíveis, oxidantes ou diluentes para a câmara de reação e uma ou mais saídas que são configuradas para direcionar os produtos de reação da câmara de reação; e um aquecedor que é configurado para manter a temperatura de um ou mais de pelo menos um gás, em ou antes da uma ou mais entradas, abaixo da temperatura de autoignição da mistura de produtos dentro de uma câmara de reação que compreende pelo menos um gás de combustível, oxidantes ou diluentes, em que a câmara de reação é configurada para oxidar a mistura e manter a temperatura adiabática dentro da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura e a temperatura máxima de reação dentro da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura.
[00106] Em determinadas modalidades, a câmara de reação compreende uma única entrada. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual a mistura é introduzida na câmara de reação através da uma ou mais entradas. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual um ou mais de pelo menos um gás de combustível, oxidantes ou diluentes é introduzido na câmara de reação através da uma ou mais entradas. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação também inclui um permutador de calor que transfere calor dos produtos de reação para a mistura em ou antes da uma ou mais entradas. Em determinadas modalidades, o aquecedor é configurado para misturar combustível com diluentes em ou antes de uma ou mais entradas. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para gerar vapor. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para acionar um gerador para geração de energia. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para acionar um gerador por uma turbina ou um motor a pistão que está configurado para expandir os produtos de reação provenientes da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para aquecer o material que não é passado através do dispositivo de oxidação. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual os produtos de reação são direcionados da câmara de reação através das saídas. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação também inclui um regulador que é configurado para alterar pelo menos um de fluxo da mistura ou pressão da mistura em ou próximo da entrada.
[00107] Em determinadas modalidades, um dispositivo de oxidação para oxidação de combustível descrito aqui inclui uma câmara de reação tendo uma entrada que é configurada para direcionar pelo menos um gás de combustível, oxidantes ou diluentes para a câmara de reação e uma saída que é configurada para direcionar produtos de reação da câmara de reação; e meios para manter a temperatura do gás de admissão, em ou antes da entrada, abaixo da temperatura de autoig- nição de uma mistura de produtos dentro da câmara de reação que compreende pelo menos um gás de combustível, oxidantes ou diluen- tes, em que a câmara de reação é configurada para oxidar a mistura e manter a temperatura adiabática dentro da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura e a temperatura máxima de reação dentro da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura.
[00108] Em determinadas modalidades, a câmara de reação compreende uma pluralidade de entradas. Em determinadas modalidades, a câmara de reação compreende uma pluralidade de saídas. Em determinadas modalidades, o meio para manter a temperatura compreende um permutador de calor que transfere calor dos produtos de reação para a mistura em ou antes da entrada. Em determinadas modalidades, o meio para manter a temperatura está configurado para misturar combustível com diluentes em ou antes da entrada. Em determina-das modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para gerar vapor. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para acionar um gerador para geração de energia. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para acionar um gerador por uma turbina ou um motor a pistão que está configurado para expandir os produtos de reação provenientes da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para aquecer o material que não é passado através do dispositivo de oxidação. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual a mistura é introduzida na câmara de reação através da entrada. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual os produtos de reação são direcionados da câmara de reação através da saída. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação inclui um regulador que é configurado para alterar pelo menos um de fluxo da mistura ou pressão da mistura em ou próximo da entrada.
[00109] Em determinadas modalidades, um dispositivo de oxidação para oxidação de combustível descrito aqui inclui uma câmara de reação que tem uma ou mais entradas que são configuradas para direcio- nar pelo menos um gás de combustível, oxidantes ou diluentes para a câmara de reação e uma ou mais saídas que são configuradas para direcionar os produtos de reação da câmara de reação e um aquecedor que é configurado para manter a temperatura de um ou mais de pelo menos um gás, em ou antes da uma ou mais entradas, abaixo da temperatura de autoignição de uma mistura de produtos dentro da câmara de reação que compreende pelo menos um gás de combustível, oxidantes ou diluentes, em que a câmara de reação é configurada para oxidar a mistura e manter a temperatura adiabática dentro da câmara de reação acima da temperatura de extinção de chama da mistura e a temperatura máxima de reação dentro da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura.
[00110] Em determinadas modalidades, um extrator de calor é configurado para remover calor da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o extrator de calor é configurado para remover calor da câmara de reação por meio da geração de vapor. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação também inclui um transportador de calor dentro da câmara de reação, que está configurado para distribuir o calor no interior da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o transportador de calor compreendendo um meio poroso dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o transportador de calor compreende um meio fluido dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o transportador de calor compreende um meio que é circulado através da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a câmara de reação compreende uma única entrada. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação também inclui um permutador de calor que transfere calor dos produtos de reação para a mistura em ou antes da uma ou mais entradas. Em determinadas modalidades, o aquecedor é configurado para misturar combustível com diluentes em ou antes de uma ou mais en- tradas. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para acionar um gerador para geração de energia. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para acionar um gerador por uma turbina ou um motor a pistão que está configurado para expandir os produtos de reação provenientes da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para aquecer o material que não é passado através do dispositivo de oxidação. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual um ou mais de pelo menos um gás de combustível, oxidantes ou diluentes é introduzido na câmara de reação através da uma ou mais entradas. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual os produtos de reação são direcionados da câmara de reação através das saídas. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação também inclui um regulador que é configurado para alterar pelo menos um de fluxo da mistura ou pressão da mistura em ou próximo da entrada.
[00111] Em determinadas modalidades, um dispositivo de oxidação para oxidação de combustível descrito aqui inclui uma câmara de reação tendo uma entrada que é configurada para direcionar pelo menos um gás de combustível, oxidantes ou diluentes para a câmara de reação e uma saída que é configurada para direcionar produtos de reação provenientes da câmara de reação e um aquecedor para manter a temperatura do gás de admissão, em ou antes da entrada, abaixo da temperatura de autoignição de uma mistura de produtos dentro da câmara de reação que compreende pelo menos um gás de combustível, oxidantes ou diluentes, em que a câmara de reação é configurada para oxidar a mistura e manter a temperatura adiabática dentro da câmara de reação acima da temperatura de extinção de chama da mistura e a temperatura máxima de reação dentro da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura.
[00112] Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação inclui meios para remoção de calor da câmara de reação. Em determinadas modalidades, os meios para remoção de calor são configurados para remover calor da câmara de reação por meio da geração de vapor. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação também inclui meios para distribuição de calor dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, os meios para distribuição de calor com-preendem um meio poroso dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, os meios para distribuição de calor compreendem um meio fluido dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, os meios para distribuição de calor compreendem um meio que é circulado através da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a câmara de reação compreende uma pluralidade de entradas. Em determinadas modalidades, a câmara de reação compreende uma pluralidade de saídas. Em determinadas modalidades, o aquecedor compreende um permutador de calor que transfere calor dos produtos de reação para a mistura em ou antes da entrada. Em determinadas modalidades, o aquecedor é configurado para misturar combustível com diluentes em ou antes da entrada.
[00113] Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para acionar um gerador para geração de energia. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para acionar um gerador por uma turbina ou um motor a pistão que está configurado para expandir os produtos de reação provenientes da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para usar o calor dos produtos de reação para aquecer o material que não é passado através do dispositivo de oxidação. Em determinadas modali- dades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual um ou mais de pelo menos um gás de combustível, oxidantes ou diluentes é introduzido na câmara de reação através da entrada. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação é configurado para alterar a taxa de fluxo na qual os produtos de reação são direcionados da câmara de reação através da saída. Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação também inclui um regulador que é configurado para alterar pelo menos um de fluxo da mistura ou pressão da mistura em ou próximo da entrada.
[00114] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui uma primeira câmara de reação que tem uma primeira entrada e uma primeira saída, a primeira câmara de reação sendo configurada para receber um primeiro gás compreendendo um combustível oxidável, através da primeira entrada, a primeira câmara de reação configurada para manter oxidação gradual do primeiro gás e comunicar o gás de combustão através da primeira saída; e uma segunda câmara de reação, separada da primeira câmara de reação, tendo uma segunda entrada e uma segunda saída, a segunda câmara de reação sendo configurada para receber um segundo gás, que compreende um combustível oxidável, e o gás de combustão através da segunda entrada, a segunda câmara de reação configurada para manter oxidação gradual do segundo gás; em que o gás de combustão é comunicado da primeira saída para a segunda entrada até que a temperatura interna dentro da segunda câmara de reação esteja acima da temperatura de autoignição do segundo gás.
[00115] Em determinadas modalidades, o gás de combustão não é comunicado da primeira saída para a segunda entrada após a temperatura interna estar acima da temperatura de autoignição. Em determinadas modalidades, pelo menos uma das primeira ou segunda câmaras de reação é configurada para reduzir a respectiva temperatura in terna quando a temperatura interna dentro da respectiva câmara de reação se aproxima ou excede a temperatura de extinção de chama do respectivo combustível. Em determinadas modalidades, pelo menos uma das primeira ou segunda câmaras de reação é configurada para reduzir a respectiva temperatura interna através de remoção de calor da respectiva câmara de reação. Em determinadas modalidades, pelo menos uma das primeira ou segunda câmaras de reação é configurada para remover calor por um permutador de calor. Em determi-nadas modalidades, o permutador de calor compreende um fluido introduzido dentro da respectiva câmara de reação. Em determinadas modalidades, o permutador de calor é configurado para evacuar o fluido da respectiva câmara de reação. Em determinadas modalidades, o permutador de calor compreende um meio para geração de vapor. Em determinadas modalidades, o permutador de calor é configurado para extrair calor da respectiva câmara de reação quando a temperatura dentro da respectiva câmara de reação excede 1260°C (2300°F). Em determinadas modalidades, a segunda câmara de reação é configurada para misturar o gás de combustão com o segundo gás quando a temperatura do segundo gás na segunda entrada se aproxima ou cai abaixo da temperatura de autoignição do segundo combustível. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui uma turbina ou um motor a pistão que recebe gás de pelo menos uma das câmaras de reação. Em determinadas modalidades, a turbina recebe e expande o gás da segunda câmara de reação. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui um compressor que recebe e comprime o gás antes de introdução do gás em pelo menos uma das câmaras de reação. Em determinadas modalidades, o compressor é configurado para comprimir o segundo gás antes de introdução do segundo gás na segunda câmara de reação.
[00116] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui uma primeira câmara de reação que tem uma saída, a primeira câmara de reação sendo configurada para manter oxidação gradual de um primeiro gás compreendendo um combustível oxidável e comunicar os produtos de reação através do primeira saída; e uma segunda câmara de reação, separada da primeira câmara de reação, tendo uma entrada que é configurada para receber um segundo gás que compreende um combustível oxidável e produtos de reação, a segunda câmara de reação sendo configurada para manter oxidação gradual do segundo gás e receber os produtos de reação provenientes da primeira câmara de reação através da entrada, enquanto a temperatura interna dentro da segunda câmara de reação está abaixo da temperatura de autoignição do segundo gás.
[00117] Em determinadas modalidades, os produtos de reação não são comunicados da primeira câmara de reação para a segunda câmara de reação após a temperatura interna estar acima da temperatura de autoignição. Em determinadas modalidades, pelo menos uma das primeira ou segunda câmaras de reação é configurada para reduzir a respectiva temperatura interna quando a temperatura interna dentro da respectiva câmara de reação se aproxima ou excede a temperatura de extinção de chama do respectivo combustível. Em determinadas modalidades, pelo menos uma das primeira ou segunda câmaras de reação é configurada para reduzir a respectiva temperatura interna através de remoção de calor da respectiva câmara de reação. Em determinadas modalidades, a segunda câmara de reação é configurada para misturar os produtos de reação com o segundo gás quando a temperatura do segundo gás na entrada se aproxima ou cai abaixo da temperatura de autoignição do segundo combustível. Em determina-das modalidades, o sistema também inclui uma turbina ou um motor a pistão que recebe gás de pelo menos uma das câmaras de reação. Em determinadas modalidades, a turbina recebe e expande o gás da segunda câmara de reação. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui um compressor que recebe e comprime o gás antes de introdução do gás em pelo menos uma das câmaras de reação. Em determinadas modalidades, o compressor é configurado para comprimir o segundo gás antes de introdução do segundo gás na segunda câmara de reação.
[00118] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para receber um gás que compreende um combustível oxidável através da entrada e manter um processo de oxidação; um módulo de detecção que detecta quando a temperatura do gás na câmara de reação se aproxima ou cai abaixo de um limiar de autoignição do gás dentro da câmara de reação de modo que a câmara de reação não oxidará o combustível; e um módulo de correção que emite instruções, com base no módulo de detecção, para alterar pelo menos um do tempo de residência do gás dentro da câmara de reação e do tempo de retardo de autoignição dentro da câmara de reação suficiente para que o gás sofra autoignição e oxide enquanto dentro da câmara de reação.
[00119] Em determinadas modalidades, o módulo de correção é configurado para alterar o tempo de residência do gás dentro da câmara de reação ao alterar o fluxo do gás através da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o módulo de correção é configurado para aumentar o tempo de residência do gás dentro da câmara de reação ao diminuir o fluxo de gás através da câmara de reação. Em de-terminadas modalidades, o módulo de correção é configurado para aumentar o tempo de residência do gás dentro da câmara de reação por meio de recirculação do fluxo de gás da saída para a entrada da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o módulo de corre- ção é configurado para alterar o tempo de retardo de autoignição dentro da câmara de reação ao alterar a temperatura do gás dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o módulo de correção é configurado para diminuir o tempo de retardo de autoignição dentro da câmara de reação ao aumentar a temperatura do gás dentro da câmara de reação com um aquecedor. Em determinadas modalidades, o módulo de correção é configurado para diminuir o tempo de retardo de autoignição dentro da câmara de reação por meio de circula-ção do produto gasoso da saída para a entrada. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação do combustível oxidável abaixo da temperatura de extinção de chama sem um catalisador. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui uma turbina ou um motor a pistão que recebe o gás da câmara de reação e expande o gás. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui um compressor que recebe e comprime o gás compreendendo uma mistura de combustível antes de introdução da mistura de combustível na câmara de reação. Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propa- dieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n- pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[00120] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui inclui um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para receber um gás que compreende um combustível oxidável através da entrada e manter um processo de oxidação, um módulo de detecção que detecta quando a temperatura do gás na câmara de reação se aproxima ou cai abaixo de um limiar de autoignição do gás dentro da câmara de reação de modo que a câmara de reação não oxidará o combustível e um módulo de correção que é configurado para determinar, com um processador e com base no módulo de detecção, uma alteração em pelo menos um do tempo de residência do gás dentro da câmara de reação e do tempo de retardo de autoignição dentro da câmara de reação suficiente para que o gás sofra autoignição e oxide enquanto dentro da câmara de reação, em que o dispositivo de oxidação é configurado, com base na alteração de pelo menos um do tempo de residência e do tempo de retardo de autoignição, para oxidar o gás enquanto o gás está dentro da câmara de reação.
[00121] Em determinadas modalidades, o módulo de correção é configurado para alterar o tempo de residência do gás dentro da câmara de reação ao alterar o fluxo do gás através da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o módulo de correção é configurado para aumentar o tempo de residência do gás dentro da câmara de reação ao diminuir o fluxo de gás através da câmara de reação. Em de-terminadas modalidades, o módulo de correção é configurado para aumentar o tempo de residência do gás dentro da câmara de reação por meio de recirculação do fluxo de gás da saída para a entrada da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o módulo de correção é configurado para alterar o tempo de retardo de autoignição dentro da câmara de reação ao alterar a temperatura do gás dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o módulo de correção é configurado para diminuir o tempo de retardo de autoignição dentro da câmara de reação ao aumentar a temperatura do gás dentro da câmara de reação com um aquecedor. Em determinadas modalidades, o módulo de correção é configurado para diminuir o tempo de retardo de autoignição dentro da câmara de reação por meio de circulação do produto gasoso da saída para a entrada. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação do combustível oxidável abaixo da temperatura de extinção de chama sem um catalisador.
[00122] Em determinadas modalidades, um sistema para oxidação de combustível descrito aqui incluem um dispositivo de oxidação que tem uma câmara de reação com uma entrada e uma saída, a câmara de reação configurada para receber um gás que compreende um combustível oxidável através da entrada e manter um processo de oxidação e um módulo que emite instruções, com base na detecção de temperatura da câmara de reação, para aumentar pelo menos um do tempo de residência do gás dentro da câmara de reação e da temperatura de reação dentro da câmara de reação, de modo que o combustível oxida enquanto na reação câmara.
[00123] Em determinadas modalidades, o módulo está configurado para alterar o tempo de residência do gás dentro da câmara de reação ao alterar o fluxo do gás através da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o módulo é configurado para aumentar o tempo de residência do gás dentro da câmara de reação ao diminuir o fluxo de gás através da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o módulo é configurado para aumentar o tempo de residência do gás dentro da câmara de reação por meio de recirculação do fluxo de gás da saída para a entrada da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o módulo está configurado para diminuir o tempo de retardo de autoignição dentro da câmara de reação ao aumentar a temperatura do gás dentro da câmara de reação com um aquecedor. Em determinadas modalidades, o módulo de correção é configurado para diminuir o tempo de retardo de autoignição dentro da câmara de reação por meio de circulação do produto gasoso da saída para a entrada.
[00124] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de oxidação em um sistema que recebe um gás compreendendo combustível oxidável em uma câmara de reação tendo uma entrada e uma saída e sendo confi- gurada para manter um processo de oxidação, detecção de quando a temperatura do gás na câmara de reação se aproxima ou cai abaixo de um nível de modo que a câmara de reação sozinha não sustentará oxidação do combustível e alteração, com base no módulo de detecção, de pelo menos um do tempo de residência do gás dentro da câmara de reação e do tempo de retardo de autoignição dentro da câmara de reação suficiente para que o gás sofra autoignição e oxide enquanto dentro da câmara de reação.
[00125] Em determinadas modalidades, o tempo de residência do gás é alterado dentro da câmara de reação ao alterar o fluxo do gás através da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o tempo de residência do gás é alterado dentro da câmara de reação ao diminuir o fluxo de gás através da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o tempo de residência do gás é alterado dentro da câ-mara de reação por meio de recirculação do fluxo de gás da saída para a entrada da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o tempo de retardo de autoignição dentro da câmara de reação é alterado ao alterar a temperatura do gás dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o tempo de retardo de autoignição é reduzido dentro da câmara de reação ao aumentar a temperatura do gás dentro da câmara de reação com um aquecedor. Em determinadas modalidades, o tempo de retardo de autoignição é reduzido por meio de circulação do produto gasoso da saída para a entrada. Em determinadas modalidades, a câmara de reação mantém a oxidação do combustível oxidável abaixo da temperatura de extinção de chama sem um catalisador. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de expansão do produto gasoso proveniente da câmara de reação em uma turbina ou um motor a pistão. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de compressão do gás antes de introdução do gás dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[00126] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui as etapas de oxidação em um sistema que recebe um gás compreendendo combustível oxidável em uma câmara de reação tendo uma entrada e uma saída e sendo configurada para manter um processo de oxidação, detecção de quando a temperatura do gás na câmara de reação se aproxima ou cai abaixo de um nível de modo que a câmara de reação sozinha não sustentará oxidação gradual do combustível e alteração, com base no módulo de detecção, do tempo de retardo de autoignição dentro da câmara de reação suficiente para que o gás sofra autoignição e oxide enquanto dentro da câmara de reação.
[00127] Em determinadas modalidades, a alteração do tempo de retardo de autoignição compreende introdução de calor adicional na câmara de reação, deste modo, aumentando a temperatura interna da câmara de reação para um nível que manterá oxidação do combustível. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de alteração do tempo de residência do gás dentro da câmara de reação ao alterar o fluxo do gás através da câmara de reação. Em deter-minadas modalidades, o método também inclui a etapa de alteração do tempo de residência do gás dentro da câmara de reação ao diminuir o fluxo de gás através da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de alteração do tempo de residência do gás dentro da câmara de reação por meio de recircula- ção do fluxo de gás da saída para a entrada da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a câmara de reação mantém a oxidação do combustível oxidável abaixo da temperatura de extinção de chama sem um catalisador. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de expansão do produto gasoso proveniente da câmara de reação em uma turbina ou um motor a pistão. Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propi- leno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, isopentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[00128] Em determinadas modalidades, um método para oxidação de combustível descrito aqui inclui a etapa de manutenção da oxidação de um combustível oxidável por meio de introdução de uma fonte de calor na câmara de reação, deste modo, aumentando a temperatura interna da câmara de reação para um nível que manterá oxidação do combustível quando a temperatura do gás na câmara de reação se aproxima ou cai abaixo de um nível de temperatura de modo que a câmara de reação sozinha não sustentará oxidação do combustível.
[00129] Em determinadas modalidades, aumento da temperatura interna diminui o tempo de retardo de autoignição. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de alteração do tempo de residência do gás dentro da câmara de reação ao alterar o fluxo do gás através da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de alteração do tempo de residência do gás dentro da câmara de reação ao diminuir o fluxo de gás através da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de alteração do tempo de residência do gás dentro da câmara de reação por meio de recirculação do fluxo de gás da saída para a entrada da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a câmara de reação mantém a oxidação do combustível oxidável abaixo da temperatura de extinção de chama sem um catalisador. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de expansão do produto gasoso proveniente da câmara de reação em uma turbina ou um motor a pistão. Em determinadas modalidades, o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[00130] Em determinadas modalidades, um método de oxidação de um combustível descrito aqui inclui as etapas de mistura de um gás tendo um combustível de baixo teor de energia (LEC) com um ou mais do grupo de um gás que compreende um combustível de alto teor de energia (HEC), um gás que compreende um oxidante e um gás que compreende um diluente para formar uma mistura gasosa, em que todos os gases estão em temperaturas abaixo da temperatura de au- toignição de qualquer um dos gases que estão sendo misturados; aumento da temperatura da mistura gasosa para pelo menos a temperatura de autoignição da mistura gasosa e permitir que a mistura gasosa sofra autoignição; e manutenção da temperatura da mistura gasosa abaixo da temperatura de extinção de chama enquanto a mistura gasosa que sofreu autoignição oxida.
[00131] Em determinadas modalidades, a mistura gasosa é elevada para pelo menos a temperatura de autoignição por um permutador de calor. Em determinadas modalidades, o permutador de calor está localizado dentro de uma câmara de reação que mantém oxidação da mistura gasosa sem um catalisador. Em determinadas modalidades, a mistura gasosa é elevada para pelo menos a temperatura de autoigni- ção dentro de uma câmara de reação que mantém oxidação da mistura gasosa sem um catalisador. Em determinadas modalidades, a câmara de reação mantém oxidação da mistura abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura gasosa. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de expansão do gás com uma turbina ou um motor a pistão que recebe o gás proveniente da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a mistura gasosa compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[00132] Em determinadas modalidades, um método de oxidação descrito aqui inclui as etapas de aquecimento de um gás que compreende um oxidante para pelo menos a temperatura de autoignição de uma primeira mistura gasosa compreendendo um gás com um oxidante misturado com faixas determinadas de um combustível de baixo teor de energia (LEC) e um combustível de alto teor de energia (HEC); injeção, após o aquecimento, de uma segunda mistura gasosa do gás combustível LEC e do gás combustível HEC, em que a proporção de gás LEC e HEC e a taxa de injeção são selecionadas para produzir substancialmente as mesmas proporções da primeira mistura gasosa quando injetados no gás aquecido contendo um oxidante; mistura do segundo gás injetado com o gás aquecido contendo um oxidante em uma taxa para produzir uma primeira mistura gasosa substancialmente homogênea em um tempo menor do que o tempo de retardo de ignição para a segunda mistura gasosa e permitir que a primeira mistura gasosa sofra autoignição; e manutenção da temperatura da primeira mistura gasosa abaixo da temperatura de extinção de chama enquanto a primeira mistura gasosa que sofreu autoignição oxida.
[00133] Em determinadas modalidades, a primeira mistura gasosa é elevada para pelo menos a temperatura de autoignição por um permu- tador de calor. Em determinadas modalidades, o permutador de calor está localizado dentro de uma câmara de reação que mantém oxidação da primeira mistura gasosa sem um catalisador. Em determinadas modalidades, a primeira mistura gasosa é elevada para pelo menos a temperatura de autoignição dentro de uma câmara de reação que mantém oxidação da mistura gasosa sem um catalisador. Em determinadas modalidades, a câmara de reação mantém oxidação da segunda mistura gasosa abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura gasosa. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de expansão do gás com uma turbina ou um motor a pistão que recebe o gás proveniente da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a primeira mistura gasosa compreende pelo me-nos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, isopentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[00134] Em determinadas modalidades, um método de oxidação descrito aqui inclui as etapas de recebimento, em uma câmara de reação através de um entrada da câmara, a entrada configurada para aceitar um gás tendo uma mistura de um combustível de baixo teor de energia (LEC) e pelo menos um do grupo de um combustível de alto teor de energia (HEC), um gás que compreende oxidante (OC) e um gás que contém diluente (DC), a mistura gasosa estando em uma temperatura abaixo da temperatura de autoignição da mistura gasosa; manutenção da temperatura interna da câmara de reação abaixo de uma temperatura de extinção de chama por um meio de permuta de calor localizado dentro da câmara de reação, manutenção da temperatura de entrada do combustível na câmara de reação maior do que a temperatura de autoignição do combustível por meio de transferência de calor através do meio de permuta de calor e direcionamento do gás que entra na entrada por meio de um primeiro trajeto usando um meio que é mais quente do que a temperatura de autoignição da mistura gasosa, até que a mistura gasosa atinja uma temperatura acima da temperatura de autoignição da mistura gasosa; e direcionamento do gás para uma saída da câmara através de um segundo trajeto usando o meio, o segundo trajeto sendo geralmente oposto ao primeiro trajeto de fluxo.
[00135] Em determinadas modalidades, a câmara de reação mantém oxidação da mistura gasosa sem um catalisador. Em determinadas modalidades, a câmara de reação mantém oxidação da mistura abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura gasosa através de circulação do meio de permuta de calor fora da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o método também inclui a etapa de expansão do gás com uma turbina ou um motor a pistão que recebe o gás proveniente da saída da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a mistura gasosa compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propa- dieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n- pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[00136] Em determinadas modalidades, um dispositivo de oxidação descrito aqui inclui uma câmara de reação tendo uma entrada e uma saída, a entrada configurada para aceitar um gás tendo uma mistura de um combustível de baixo teor de energia (LEC) e pelo menos um do grupo de um combustível de alto teor de energia (HEC), um gás que compreende oxidante (OC) e um gás que contém diluente (DC), a mistura gasosa estando em uma temperatura abaixo da temperatura de autoignição da mistura gasosa; um meio de permuta de calor localizado dentro da câmara de reação, o meio configurado para manter a temperatura interna da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama e manter a temperatura de entrada do combustível na câmara de reação maior do que a temperatura de autoignição do combustível; e pelo menos um trajeto de fluxo através da câmara da entrada para a saída, o trajeto de fluxo configurado para direcionar o gás que entra na entrada através de um primeiro trajeto usando um meio que é mais quente do que a temperatura de autoignição da mistura gasosa, até que a mistura gasosa atinja uma temperatura acima da temperatura de autoignição da mistura gasosa, quando do que o trajeto de fluxo é ainda configurado para direcionar a mistura gasosa em oxidação para a saída através de um segundo trajeto usando o meio, o segundo trajeto sendo geralmente oposto ao primeiro trajeto de fluxo.
[00137] Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação da mistura gasosa ao longo de pelo menos um dos primeiro e segundo trajetos de fluxo sem um catalisador. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação da mistura abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura gasosa por meio circulação de um meio de permuta de calor fora da câmara de reação. Em determinadas modalida-des, o sistema também inclui pelo menos um de uma turbina ou um motor a pistão que está configurado para receber o gás da saída da câmara de reação e expandir o gás. Em determinadas modalidades, a mistura gasosa compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[00138] Em determinadas modalidades, um dispositivo de oxidação descrito aqui inclui uma câmara de reação tendo uma entrada e uma saída, a entrada configurada para aceitar um gás tendo uma mistura de um combustível de baixo teor de energia (LEC) e pelo menos um do grupo de um combustível de alto teor de energia (HEC), um gás que compreende oxidante (OC) e um gás que contém diluente (DC), a mistura gasosa estando em uma temperatura abaixo da temperatura de autoignição da mistura gasosa; e um controlador de calor que é configurado para aumentar a temperatura da mistura gasosa para pelo menos a temperatura de autoignição da mistura gasosa, desse modo, permitindo que a mistura gasosa sofra autoignição e mantenha a tem- peratura da mistura gasosa abaixo da temperatura de extinção de chama, enquanto a mistura gasosa que sofreu autoignição oxida.
[00139] Em determinadas modalidades, o controlador de calor compreende um permutador de calor que está configurado para elevar a temperatura da mistura para pelo menos a temperatura de autoigni- ção. Em determinadas modalidades, o permutador de calor está posicionado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, o permutador de calor é configurado para aquecer a mistura para acima da temperatura de autoignição após a mistura estar dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação da mistura abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura gasosa sem um catalisador. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui pelo menos um de uma turbina ou um motor a pistão que recebe o gás da câmara de reação e expande o gás. Em determinadas modalidades, a mistura gasosa compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, bu- tileno-1, butadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[00140] Em determinadas modalidades, um dispositivo de oxidação descrito aqui inclui uma câmara de reação tendo uma entrada e uma saída, a entrada configurada para aceitar um gás tendo uma mistura de um combustível de baixo teor de energia (LEC) e pelo menos um do grupo de um combustível de alto teor de energia (HEC), um gás que compreende oxidante (OC) e um gás que contém diluente (DC), a mistura gasosa estando em uma temperatura abaixo da temperatura de autoignição da mistura gasosa; um controlador de calor que está configurado para aquecer o gás para pelo menos a temperatura de autoignição de uma primeira mistura gasosa compreendendo um gás com um oxidante misturado com faixas determinadas de um combustí- vel de baixo teor de energia (LEC) e um combustível de alto teor de energia (HEC); um injetor que está configurado para injetar, após o primeiro gás ser aquecido para pelo menos a temperatura de autoigni- ção da primeira mistura gasosa, uma segunda mistura gasosa do gás combustível LEC e do gás combustível HEC, em que o injetor injeta uma proporção do gás LEC e do gás HEC e em uma taxa de injeção as quais são selecionadas para produzir substancialmente a mesma proporção de gás LEC e HEC que a primeira mistura gasosa quando o gás é injetado na câmara de reação, em que a câmara de reação é configurada para misturar o segundo gás injetado com o gás aquecido contendo um oxidante em uma taxa para produzir uma primeira mistura gasosa substancialmente homogênea em um tempo menor do que o tempo de retardo de ignição para a segunda mistura gasosa e permitir que a primeira mistura gasosa sofra autoignição e mantenha a temperatura da primeira mistura gasosa abaixo da temperatura de extinção de chama enquanto a primeira mistura gasosa que sofreu autoig- nição oxida.
[00141] Em determinadas modalidades, o controlador de calor compreende um permutador de calor que está configurado para elevar a temperatura da mistura para pelo menos a temperatura de autoigni- ção. Em determinadas modalidades, o permutador de calor está posicionado dentro da câmara de reação. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação da primeira mistura gasosa dentro da câmara de reação sem um catalisador. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação da segunda mistura gasosa abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura gasosa sem um catalisador. Em determinadas modalidades, o sistema também inclui pelo menos um de uma turbina ou um motor a pistão que está configurado para receber gás da câmara de reação e expandir o gás. Em determinadas modali- dades, a primeira mistura gasosa compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, pro- padieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n- pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[00142] Os detalhes de uma ou mais modalidades destes conceitos são apresentados nos desenhos anexos e na descrição abaixo. Outras características, objetivos e vantagens destes conceitos serão evidentes a partir da descrição e desenhos e a partir das reivindicações. Conforme descrito aqui, várias modalidades mencionadas acima ou descritas a seguir podem ser usadas juntas e em conjunto com outras modalidades descritas ou sugeridas aqui. A discussão separada de diferentes modalidades não deverá ser interpretada, a menos que de outro modo claramente descrito, como significando que as modalidades são distintas ou não podem ser combinadas, uma vez que modalidades descritas em uma parte, figura, seção ou paragrafo podem ser combinadas com outras modalidades descritas em outra parte.
[00143] Os desenhos anexos, os quais são incluídos para fornecer entendimento adicional e são incorporados e constituem uma parte do presente relatório descritivo, ilustram modalidades descritas e, junto com a descrição, servem para explicar os princípios das modalidades descritas.
[00144] A Figura 1-1A é uma representação esquemática de um sistema de oxidação por queima ou queima suplementar convencional para descarte de uma corrente residual contendo VOCs.
[00145] A Figura 1-1B é uma representação esquemática de um sistema de oxidação catalítica convencional.
[00146] A Figura 1-1C é uma representação esquemática de um sistema de oxidação convencional que inclui um recuperador.
[00147] A Figura 1-1D é uma representação esquemática de um sistema de oxidação regenerativa convencional.
[00148] A Figura 1-2A é um diagrama da energia de ignição de uma mistura de ar-metano.
[00149] A Figura 1-2B é um diagrama das temperaturas de reação de vários processos de oxidação e combustão.
[00150] A Figura 1-3 é um diagrama de oxidação gradual de uma mistura de ar-combustível pré-misturada de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00151] A Figura 1-4A é um diagrama da oxidação gradual de uma mistura de combustível quando injetada em ar pré-aquecido de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00152] A Figura 1-4B é um diagrama do processo de oxidação gradual usado para aquecer um fluido externo de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00153] A Figura 1-4C é um diagrama de um processo de oxidação gradual com múltiplos estágios de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00154] A Figura 1-5 é um fluxograma de um processo de oxidação gradual exemplificativo de uma mistura de ar-combustível pré- misturada de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00155] A Figura 1-6 é um fluxograma de um processo de oxidação gradual exemplificativo de uma mistura de combustível que é injetada no ar pré-aquecido de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00156] A Figura 1-7 é um diagrama esquemático de um sistema de oxidação de pré-mistura exemplificativo de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00157] A Figura 1-8 é um diagrama esquemático de um sistema de oxidação gradual por injeção exemplificativo de acordo com determi- nados aspectos da presente descrição.
[00158] A Figura 1-9 é uma representação esquemática de um sistema de geração de energia acionado por turbina exemplificativo de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00159] A Figura 1-10 é uma representação esquemática de outro sistema de geração de energia acionado por turbina de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00160] A Figura 1-11 é uma vista em corte de uma câmara de reação GO exemplificativa com combustível direto ou mistura de ar- combustível de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00161] A Figura 1-12 representa esquematicamente o fluxo através de um sistema de oxidação gradual tendo um pulverizador de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00162] A Figura 1-13 é uma representação esquemática de uma câmara de reação GO de múltiplos estágios de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00163] A Figura 1-14 é uma representação esquemática de uma câmara de reação GO de leito fluidizado de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00164] A Figura 1-15A é uma representação esquemática de uma câmara de reação GO de leito de recirculação de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00165] A Figura 1-15B é uma representação esquemática de outra câmara de reação GO de leito de recirculação de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00166] A Figura 1-16 é uma representação esquemática de uma câmara de reação GO com a recirculação de gás de combustão de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00167] As Figuras 1-17A e 17B representam uma câmara de rea- ção GO com elementos de reação estruturados de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00168] A Figura 2-1 é uma representação esquemática de um dispositivo de oxidação acoplado a um permutador de calor para fornecer aquecimento de processo para um processo industrial de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00169] A Figura 2-2 é uma representação esquemática de um dispositivo de oxidação acoplado a uma câmara de aquecimento para aquecer um material de processo de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00170] A Figura 2-3 é uma representação esquemática de um dispositivo de oxidação compreendendo um permutador de calor interno através do qual um gás de processo passa de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00171] A Figura 2-4 é uma representação esquemática de outra modalidade de um dispositivo de oxidação compreendendo uma pluralidade de permutadores de calor internos através dos quais um gás de processo passa de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00172] A Figura 2-5 é uma representação esquemática de um dispositivo de oxidação compreendendo uma pluralidade de zonas de oxidação gradual com zonas de reação adjacentes, em que lotes de um material de processo são aquecidos de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00173] A Figura 2-6 é uma representação esquemática de um dispositivo de oxidação compreendendo uma pluralidade de zonas de oxidação gradual com zonas de reação adjacentes, em que fluxos contínuos de um material de processo são aquecidos de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00174] As Figuras 2-7A e 2-7B são uma vista em perspectiva e uma vista seccional transversal de um detalhe de design exemplificati- vo de um elemento de oxidação de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00175] A Figura 2-8 é um gráfico das temperaturas com o dispositivo de oxidação das Figuras 2-7A e 2-7B de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00176] A Figura 2-9 é uma vista em perspectiva de um conjunto de dispositivo de oxidação usando o elemento de oxidação das Figuras 2- 7A e 2-7B de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00177] A Figura 3-1 é um diagrama esquemático de um sistema de geração de energia de ciclo de Schnepel exemplificativo de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00178] A Figura 3-2 é uma representação conceitual do sistema de geração de energia da Figura 3-1 de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00179] As Figuras 3-3 a 3-10 são representações esquemáticas de modalidades adicionais de sistemas de geração de energia de ciclo de Schnepel de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00180] A Figura 4-1 é um sistema de aquecedor de fluido do dispositivo de oxidação gradual com três estágios de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00181] A Figura 4-2 é outra modalidade de um sistema de aquecedor de fluido do dispositivo de oxidação gradual com três estágios de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00182] A Figura 4-3 é outra modalidade de um sistema de aquecimento de fluido recuperativo de estágio único de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00183] A Figura 4-4 é outra modalidade de um sistema de geração de vapor de tipo tubo-água com dois estágios de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00184] A Figura 4-5 é outra modalidade de um sistema de aquecimento de fluido de tipo tubo de queima com dois estágios de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00185] A Figura 4-6 representa, de forma esquemática, o fluxo através de um sistema de oxidação gradual o qual gera vapor tendo um pulverizador de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00186] A Figura 5-1 é um diagrama esquemático de um sistema de oxidação gradual exemplificativo que incorpora geração de vapor e injeção de combustível adicional de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00187] A Figura 5-2 é um diagrama esquemático de um sistema de oxidação gradual exemplificativo que incorpora geração e cogeração de vapor de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00188] A Figura 5-3 é um diagrama esquemático de um sistema de oxidação gradual exemplificativo que incorpora compressores duplos com inter-resfriamento de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00189] A Figura 5-4 é um diagrama esquemático de um sistema de oxidação gradual exemplificativo que incorpora um dispositivo de oxidação gradual inicial de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00190] A Figura 5-5 é um diagrama esquemático de um sistema de oxidação gradual exemplificativo que incorpora múltiplos pontos de injeção de água de acordo com determinados aspectos da presente descrição.
[00191] A Figura 5-6 é um diagrama do teor típico de gases da e- xaustão de vários sistemas.
[00192] A descrição a seguir descreve modalidades de um sistema para oxidação de um gás que compreende um combustível oxidável. Em determinadas modalidades, o sistema inclui um dispositivo de oxidação que pode operar para oxidar gradualmente combustível, manter a temperatura dentro do dispositivo de oxidação abaixo de uma temperatura de extinção de chama, de modo que a formação de poluentes indesejáveis, por exemplo, óxido de nitrogênio (NOx) e monóxido de carbono (CO), seja significativamente limitada. O combustível entra, desejavelmente, no dispositivo de oxidação em ou próximo de uma temperatura de autoignição do combustível. O sistema é particularmente adaptado para uso de um combustível de baixo teor de energia, tal como um teor de metano abaixo de 5%, em um processo de oxidação gradual sustentável para mover uma turbina que aciona um gerador de energia adicional, bem como aciona um compressor no sistema.
[00193] Na descrição detalhada a seguir, numerosos detalhes específicos são apresentados para fornecer um entendimento da presente descrição. Será evidente, no entanto, para aqueles versados na técnica, que as modalidades da presente descrição podem ser praticadas sem alguns dos detalhes específicos. Em outros casos, estruturas e técnicas bem conhecidas não são mostrados em detalhes, de modo a não obscurecer a descrição.
[00194] Algumas modalidades, os métodos e sistemas descritos aqui são apresentados em termos de um sistema de turbina que aciona um gerador de energia através de um fluido de baixo teor de energia, tal como um gás contendo metano, como um combustível primário e um fluido de maior teor de energia, tal como gás natural ou propano comercial, como combustível auxiliar. Nada na presente descrição de- ve ser interpretado, a menos que especificamente expresso como tal, como limitando a aplicação de qualquer método ou sistema descrito aqui a um combustível primário ou auxiliar em particular ou um sistema de turbina desta configuração particular. Outras configurações de sistemas de turbina-compressores que são conhecidas por aqueles versados na técnica podem ser usadas e os componentes e os princípios descritos aqui podem ser aplicados a tais sistemas.
[00195] Algumas modalidades dos métodos e sistemas descritos aqui são apresentadas em termos de um dispositivo de oxidação acoplado a um sistema de pistão alternado que aciona um gerador de energia. Nada na presente descrição deve ser interpretado, a não ser que especificamente indicado como tal, como limitando a aplicação de qualquer método ou sistema descrito aqui em relação a um sistema de energia, tal como o uso de um combustível auxiliar durante uma parte da operação, à aplicação de um sistema de pistão alternado ou uma combinação de sistemas de turbina e pistão alternado.
[00196] Algumas modalidades dos métodos e sistemas descritos aqui são apresentadas em termos de equipamento de processo integrado que utiliza um processo GO separada ou integralmente com funções de processamento de materiais. Nada na presente descrição deve ser interpretado, a não ser que especificamente indicado como tal, como limitando a aplicação de qualquer método ou sistema descrito aqui em relação a um sistema de turbina ou um sistema de pistão alternado, tal como o uso de um combustível auxiliar durante um parte da operação, à aplicação ao equipamento de processo integrado ou uma combinação de um ou mais dos sistemas de pistão alternado, sistemas de turbina e equipamento de processo integrado.
[00197] No âmbito do presente documento, o termo "NOx" refere-se a um grupo de óxidos de nitrogênio que inclui óxido nítrico e dióxido de nitrogênio (NO e NO2). Há pelo menos três processos comumente re- conhecidos que formam NOx. "NOx térmico" é formado quando o oxigênio e nitrogênio presentes no ar de combustão se dissociam na área de alta temperatura da zona de combustão e, subsequentemente, reagem para formar óxido de nitrogênio. "NOx imediato" é formado na proximidade da frente da chama à medida que fragmentos de combustível atacam o nitrogênio molecular para formar produtos tais como HCN e N os quais são, então, oxidados para formar NOx. "NOx combustível" é formado por compostos combustíveis contendo nitrogênio, por exemplo, espécies amina e ciano, quando combustíveis contendo nitrogênio são queimados. Nitrogênio diatômico (N2) não é considerado um nitrogênio ligado a combustível que gerará NOx combustível.
[00198] No âmbito do presente documento, o termo "inflamável" refere-se a uma característica de um material em que o material se combinará com oxigênio em uma reação exotérmica auto-sustentada ou de auto-propagação quando o material e oxigênio estão presentes dentro de uma faixa definida de quantidade relativas. Isto pode requerer um evento inicial, tal como uma faísca ou chama, para iniciar a reação exotérmica.
[00199] No âmbito do presente documento, os termos "limite mínimo de inflamabilidade" (Lower Flammability Limit - LFL), algumas vezes denominado de "limite mínimo de explosão", e "limite máximo de inflamabilidade" (Upper Flammability Limit - UFL), algumas vezes denominado de "limite rico de inflamabilidade" ou "limite máximo de explosão", referem-se à concentração volumétrica de combustível onde uma chama pode existir. Concentrações abaixo do LFL ou acima do UFL não causarão uma reação de chama para sustentar ou propagar.
[00200] No âmbito do presente documento, o termo "combustível de baixo teor de energia" (combustível LEC) refere-se a um gás que compreende um gás inflamável como componente secundário e um gás inerte como um componente primário. Um exemplo não limitativo de um combustível LEC é o gás contendo metano que é emitido de um aterro ou outro local de descarte de resíduos. Por exemplo, gás metano LEC contém, tipicamente, menos de cerca de 30% de metano, mas pode conter tão baixo quanto 1-5% de metano.
[00201] No âmbito do presente documento, o termo "combustível de alto teor de energia" (combustível HEC) refere-se a um gás que compreende um gás inflamável como componente primário. Combustível HEC pode conter componentes secundários que estão naturalmente misturados com o componente inerte principal ou podem não ser economicamente removidos. Um exemplo não limitativo de um combustível HEC é "propano comercial", cuja composição varia localmente, mas geralmente contém > 85% de propano (C3H8) e permite até 10% de propileno, até 10% de etano (C2H8), até 2,5% de butano (C4H10) e hidrocarbonetos mais pesados e pode incluir ~0,01% de um odorante, geralmente etil mercaptano. Um segundo exemplo não limitativo de um combustível HEC é "gás natural", em que uma composição não refinada típica pode conter tão pouco quanto 70% de metano e um combinado de 20% ou mais de etano, propano e butano, bem como pequenas quantidades de dióxido de carbono (CO2), oxigênio (O2), nitrogênio (N2) e sulfeto de hidrogênio (H2S). Um terceiro exemplo não limitativo é um gás de aterro que compreende mais de cerca de 50% de metano, com o equilíbrio sendo CO2, N2 e um pouco de O2.
[00202] No âmbito do presente documento, o termo "oxidante" refere-se a um gás que compreende oxigênio suficiente para sustentar a combustão ou oxidação de um combustível inflamável. Um exemplo não limitativo de um oxidante é ar ambiente.
[00203] No âmbito do presente documento, o termo "diluente" refere-se geralmente a um gás inerte. Exemplos não limitativos de um di- luente são CO2 comercial, N2 e H2O. Diluentes podem estar presentes nos produtos de oxidação ou reagentes de combustível.
[00204] No âmbito do presente documento, o termo "geralmente inerte" é usado para referir-se a um material ou mistura que não contém material inflamável ou oxigênio suficiente para sustentar combustão ou oxidação quando misturado com oxigênio ou combustível quando alimentado com uma fonte de ignição.
[00205] No âmbito do presente documento, o termo "concentração de combustível" refere-se à quantidade de material presente em uma mistura inflamável, em que a concentração é geralmente expressa em termos de uma proporção do material inflamável em uma mistura para o gás total.
[00206] No âmbito do presente documento, o termo "oxidação gradual" refere-se a um processo onde um material se combina com o oxigênio em uma reação exotérmica enquanto o material permanece abaixo de uma determinada temperatura durante todo o processo. Um exemplo não limitativo de tal temperatura determinada é 1260°C (2300°F), em que processos de oxidação que ficam abaixo desta temperatura geralmente não formam quantidades significativas de NOx em relação aos regulamentos e normas de poluição do ar.
[00207] No âmbito do presente documento, o termo "mistura de ar- combustível" refere-se a uma mistura de um combustível e um oxidante e, de preferência, uma mistura gasosa que compreende ar. Uma mistura de ar-combustível geralmente é considerada homogênea, a menos que indicado de outra forma. Em determinadas circunstâncias, um combustível LEC ou HEC é misturado com o ar ambiente para formar uma mistura de ar-combustível. Em determinadas circunstâncias, um combustível LEC pode conter oxigênio e combustível suficiente para ser considerado uma mistura de ar-combustível sem a adição de mais ar ou combustível.
[00208] No âmbito do presente documento, o termo "autoignição" refere-se ao início espontâneo de um processo de oxidação ou com- bustão em uma mistura que compreende material inflamável e um oxidante. A temperatura de autoignição é a temperatura mínima na qual um processo de oxidação ou combustão ocorrerá na ausência de uma fonte de ignição e pode depender da pressão e/ou concentrações de oxigênio e combustível da mistura.
[00209] No âmbito do presente documento, o termo "tempo de retardo autoignição" refere-se a uma quantidade de tempo para que uma mistura, em uma temperatura acima da temperatura de autoignição, oxide e libere a maior parte de sua energia exotérmica. A título de ilustração, o metano tem uma temperatura de autoignição de cerca de 1000 °F. Se uma mistura de metano e ar é aumentada para 1000 °F, então, eventualmente ela reagirá para produzir H2O e CO2. No entanto, se esta mesma mistura é levada para uma temperatura mais elevada, por exemplo, 1200 °F, então, o tempo de retardo de ignição pode ser de 2 segundos. Se a mistura é levada para 1400 °F, então, o retardo pode ser de 100 milissegundos. O tempo de retardo de autoignição é, em geral, exponencialmente mais rápido com temperaturas mais elevadas e é uma função das concentrações de combustível e oxigênio. Os tempos de retardo de autoignição podem ser calculados com programas de software de cinética química usando mecanismos cinéticos complexos que podem incluir centenas de reações e dezenas de espécies moleculares e radiais.
[00210] No âmbito do presente documento, o termo "pré-misturado" refere-se a uma mistura de ar e material inflamável, tal como um combustível LEC ou HEC, para formar uma mistura de ar-combustível geralmente homogênea antes de introdução da mistura dentro de uma câmara na qual oxidação ou combustão ocorrerá.
[00211] No âmbito do presente documento, o termo "tempo de residência curto" é definido em relação ao aparelho de combustão, tal como motores de combustão convencionais, combustores de turbinas a gás, motores alternados, queimadores para caldeiras, etc. Nestes combustores convencionais, o processo de combustão é concluído dentro um período de tempo que está, tipicamente, bem abaixo de um segundo, usualmente abaixo de 100 milissegundos e pode estar abaixo de 10 milissegundos. Um processo que tem um tempo de residência próximo de 1 segundo ou acima de 1 segundo é designado como tendo um "tempo de residência longo".
[00212] No âmbito do presente documento, o termo "composto orgânico volátil" (Volatile Organic Compound - VOC) refere-se a compostos orgânicos que entram em uma fase gasosa quando em uma temperatura na faixa de 40-120 °F e que podem ser comb inados com oxigênio em uma reação exotérmica. Exemplos de compostos orgânicos voláteis incluem, porém sem limitações, acetona, acroleína, acrilonitri- lo, álcool alílico, cloreto de alila, benzeno, buteno-1, clorobenzeno, 1,2 dicloroetano, etano, etanol, acrilato de etila, etileno, formato de etila, etil mercaptano, metano, cloreto de metila, metil etil cetona, propano, propileno, tolueno, trietilamina, acetato de vinila e cloreto de vinila.
[00213] No âmbito do presente documento, o termo "temperatura máxima de reação" "refere-se à temperatura máxima da reação de oxidação química, a qual inclui a transferência de calor ou perdas ou adições de trabalho. Por exemplo, se o calor é removido simultaneamente enquanto a reação ocorre, a temperatura máxima de reação será menor di que a temperatura de reação adiabática. Similarmente, a temperatura máxima de reação pode ser mais elevada do que a temperatura de reação adiabática, se calor é adicionado.
[00214] No âmbito do presente documento, "taxa de deformação de chama" ou "alongamento de chama" refere-se ao acoplamento de deformação turbulenta da frente de chama, seja por alongamento ou curvatura, que remove o calor da frente da chama. Altas taxas de alongamento de chama podem ser criadas com camadas fortes de cisa- lhamento e, se a taxa de deformação é suficientemente alta, pode extinguir a chama.
[00215] No âmbito do presente documento, o termo "temperatura de reação adiabática" refere-se à temperatura que resulta de uma reação de oxidação química completa que ocorre sem qualquer trabalho, transferência de calor ou mudanças na energia cinética ou potencial. Isso é, algumas vezes, dito como uma temperatura de reação adiabá- tica em volume constante.
[00216] No âmbito do presente documento, o termo "temperatura de extinção de chama" refere-se à temperatura de uma mistura de ar- combustível misturada de modo substancialmente uniforme abaixo da qual uma chama não se propagará através da mistura. Em alguns casos, a título de exemplo e conforme mostrado aqui, a temperatura de extinção de chama pode ser equivalente ao LFL em qualquer temperatura particular da mistura de ar-combustível.
[00217] A Figura 1-2A é um diagrama da energia de ignição para uma mistura de ar-metano. Uma mistura de metano e ar é inflamável na faixa de cerca de 5-15% em volume de metano. Uma mistura este- quiométrica de metano e ar, ou seja, uma mistura tendo oxigênio precisamente suficiente para se combinar com o metano, é aproximadamente 9,5% em volume. A Figura 1-2A mostra que uma mistura este- quiométrica de metano-ar 55 requer o mínimo de energia de ignição e que energia aumentada é necessária em menores e maiores concentrações de metano para inflamar a mistura.
[00218] A Figura 1-2b é um diagrama das temperaturas de reação de vários processos de combustão e oxidação, conforme representado pelo sistema 60. Na zona 1, a combustão deverá ser propagada por uma fonte de energia. Com uma fonte da mistura fluindo, conforme é típico em dispositivos de combustão, a fonte de energia para estabili- zar a combustão deve ser relativamente constante em relação ao tempo. Esta fonte de energia é, tipicamente, produzida através da criação de um bolso quente local de produtos de combustão quentes em uma zona de recirculação. Estas zonas são criadas por trás de corpos simulados ou outras características geométricas (V-calhas, zonas de recirculação em cantos). Um segundo método é agitar uma parte da mistura suficientemente de modo que "desagregação de vórtice" ocorra e uma zona de recirculação seja formada no interior ou por trás da mistura em agitação. Estes tipos de técnicas de estabilização de chama são bem conhecidos na técnica de combustão. A zona de recircu- lação quente serve como fonte de ignição contínua para manter a mistura de combustível e ar pré-misturada na Zona 1 em queima constante.
[00219] Na Zona 2 da Figura 1-2b, uma chama, mesmo quando iniciada por uma faísca ou outra fonte de ignição, não se propaga através de uma mistura de ar-combustível. A mistura de ar-combustível uniforme é muito magra para queimar. Um método para reagir uma mistura de ar-combustível pré-misturada nesta zona é diminuir a energia de ativação da reação com um catalisador. Outro método é fornecer localmente uma mistura mais rica dentro da câmara de combustão. Este local teria uma concentração de combustível e, portanto, temperaturas de reação consistentes com a Zona 1. A mistura mais rica queima e mantém uma chama dentro da câmara de combustão, no entanto, propagação da reação para regiões magras dentro da câmara de combustão não ocorrerá por propagação das chamas e terá de ser realizada usando técnicas de mistura de gás.
[00220] A Zona 1 e a Zona 2 são separadas por uma linha que indica a temperatura de extinção de chama em uma faixa de temperaturas. Não se pode manter uma chama com uma concentração de combustível pré-misturado que resulta em uma temperatura de reação adi- abática abaixo dessa linha. Para expandi-la, se começa com uma chama pré-misturada na Zona 1 e reduz-se lentamente a concentração de combustível e a temperatura da chama a qual, neste caso, é a temperatura máxima de reação mostrada como o eixo Y da Figura 1-2, diminuirá. Quando a temperatura se aproxima da linha da temperatura de extinção de chama, a chama será extinta.
[00221] Uma mistura de ar-combustível homogênea na Zona 3 da Figura 1-2b sofrerá autoignição e reagirá de forma relativamente rápida. O desafio deste quadrante de "combustão sem chama" é misturar uniformemente o combustível e ar e levar a mistura para a temperatura desejada antes que a mistura de ar-combustível inflame. Por exemplo, se combustível e ar são misturados em uma temperatura abaixo do limite de autoignição, conforme designado pelo ponto "62" na Zona 1, então, qualquer faísca não planejada inflamará a mistura enquanto a-inda na Zona 1. Além disso, uma vez que a mistura de ar-combustível esteja completamente misturada no ponto "62", a mistura de ar- combustível é aquecida para o ponto "64", por exemplo, usando um permutador de calor ou outro método de aquecimento.
[00222] Os praticantes da combustão sem chama evitam o desafio de misturar em baixas temperaturas sem combustão através de mistura do combustível com o ar quente na Zona 3. Para evitar a ocorrência de ignição antes de se atingir uma mistura uniforme, a autoignição é retardada pelo uso de uma de duas técnicas. Uma técnica é injetar o combustível em uma mistura de ar e gás de combustão recirculado. O gás de combustão tem, em relação ao ar, excesso de CO2 e H2O e uma quantidade reduzida de O2. A concentração reduzida de O2 retardará a autoignição, deste modo, permitindo que a mistura do combustível com a mistura de ar-gás de combustão alcance uma composição geralmente homogênea.
[00223] A segunda técnica consiste em induzir a "taxa de deforma- ção chama" ou "alongamento de chama" para retardar a autoignição. Chamas deformadas são chamas que ocorrem em fluxos altamente turbulentos com camadas de cisalhamento fortes. Elas criam uma interação química turbulenta que retarda as reações e, em casos extremos, pode extinguir as chamas. Para implementar o alongamento da chama, o combustível é injetado em um fluxo de ar turbulento, por e-xemplo, o ar é emitido a partir de um bocal em uma alta velocidade e o combustível é injetado na corrente de ar emitida. A mistura de ar- combustível atinge uma composição geralmente homogênea antes que o fluxo da mistura de ar-combustível se torne não turbulento e alongamento da chama causa o retardo de autoignição durante este período de mistura. É possível combinar as duas técnicas e injetar o combustível em um jato de um oxidante que compreende uma mistura de ar e gás de combustão recirculado, deste modo, retardando a au- toignição da mistura de combustível-oxidante por uma redução na concentração de O2 e alongamento de chama, deste modo, obtendo uma reação distribuída por toda a câmara.
[00224] Um aspecto da estrutura de chama na Zona 1 é que a reação de oxidação ocorre em uma Zona de reação relativamente estreita, denominada a frente da chama. Neste local, o calor da Zona pós- combustão e os radicais químicos da chama se difundem, molecular e turbulentamente, para os gases não reagidos. Na Zona 2, a reação ocorre localmente próximo ao catalisador e é denominada combustão heterogênea. Apenas as Zonas 3 e 4 são capazes de uma reação vo- lumetricamente distribuída em virtude do fato da autoignição que inicia a reação, ao contrário de feedback térmico a partir de uma chama existente.
[00225] A Zona 4 é a região em que a concentração de combustível é muito baixa para manter a chama, ou seja, abaixo da linha da temperatura de extinção de chama, e quente o suficiente para sofrer autoig- nição. Oxidação gradual é apropriada para oxidação de combustíveis nesta Zona. Em contraste às Zonas 1 -2, reações na Zona 4 podem ocorrer de modo relativamente uniforme dentro de todo o volume do reator/combustor sem nenhuma "frente de chama de reação" bem definida.
[00226] A Figura 1-3 é um diagrama esquemático de um processo de oxidação gradual exemplificativo de acordo com determinados aspectos da presente descrição. A Figura 1-3 mostra as diferentes regiões, numeradas 72, 74, 75, 76a, 76b e 78, de comportamento de reação de chama para uma mistura de ar-combustível homogênea em uma pressão constante. A ordenada é a temperatura da mistura de ar- combustível e a abcissa representa a concentração de combustível em uma mistura de ar-combustível. O LFL se torna menor, ou seja, uma concentração de combustível mais magro, à medida que a temperatura da mistura de ar-combustível aumenta. O UFL se torna maior, ou seja, uma concentração de combustível rico, à medida que a temperatura aumenta. Pode ser observado que uma faixa mais ampla de concentrações de combustíveis se torna inflamável à medida que a temperatura aumenta.
[00227] A Zona 72 é uma região onde a mistura não sofrerá autoig- nição, mas a chama se propagará através da mistura de ar- combustível após a introdução de uma fonte de energia suficiente. A forma usual de introdução de energia é uma centelha ou vela de ignição, embora outros dispositivos, tais como velas ou plasmas ionizados, possam ser usados.
[00228] A Zona 74 fica abaixo do LFL e abaixo da temperatura de autoignição. Nesta região, a chama, mesmo que iniciada por uma faísca, não se propagará através da mistura.
[00229] A Zona 76 é dividida em duas Zonas 76a e 76b para contabilizar o tempo para completar a reação. Se uma faísca ocorre dentro das Zonas 76a ou 76b, uma chama será iniciada e se propagará através da mistura de ar-combustível. Misturas de ar-combustível nas Zonas 76a e 76b podem também sofrer autoignição, porque a energia contida pela mistura de ar-combustível nestas temperaturas excede a energia de ativação da mistura de ar-combustível, conforme previamente discutido em relação à Figura 1-2b. A temperatura mínima na qual uma mistura sofrerá autoignição, dado tempo o suficiente, é conhecida como a temperatura de autoignição (AIT). A Zona 76 é delimitada pela AIT e o UFL e LFL e qualquer mistura tendo uma concentração de combustível e uma temperatura dentro da Zona 76b ou 76a sofrerá autoignição. A combustão de misturas de ar-combustível na Zona 76a sofrerá autoignição e reagirá em um período de tempo mais curto do que um tempo de residência curto. Misturas de ar-combustível em concentrações e temperaturas inflamáveis na Zona 76b também sofrerão autoignição e reagirão, mas reagirão em um período de tem-po compatível com um tempo de residência longo.
[00230] Na Zona 78, uma faísca ou outra fonte de energia não inicia uma chama, nem uma chama se propagará através da mistura de ar- combustível. É possível oxidar o combustível por meio de autoignição permitindo tempo suficiente para que as reações de oxidação se completem. O tempo necessário para estas reações na Zona 78 é coerente com um tempo de residência longo.
[00231] A Zona 75 é irrelevante para a maioria dos dispositivos de combustão. A chama não pode se propagar através de uma mistura de ar-combustível na Zona 75, uma vez que a composição de combustível é muito rica. Se um processo de oxidação fosse iniciado na porção da Zona 75, que está acima da temperatura de autoignição, não haveria ar suficiente para completar a oxidação do combustível e o processo de oxidação se auto-extinguiria, resultando em combustível não queimado sendo liberado pelo dispositivo de combustão.
[00232] Em determinados aspectos, um processo começando no ponto 80 aquece uma mistura de ar-combustível para uma temperatura acima de uma temperatura de autoignição da mistura de ar- combustível, indicado pelo ponto 82, Uma câmara de reação, tal como a câmara de reação 500 da Figura 1-11, está configurada para oxidar a mistura de ar-combustível e manter a temperatura adiabática e a temperatura máxima de reação na câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura de ar-combustível, conforme indicado pela linha tracejada que conecta os pontos 82 e 84 restantes abaixo do LFL.
[00233] A Figura 1-4A é um diagrama de oxidação gradual de uma mistura de combustível quando injetada em ar pré-aquecido de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Neste processo, o ar ambiente no ponto "92" na Zona 74 é aquecido por diversos meios (permuta de calor, compressão) para o ponto "94" na Zona 78. Combustível, o qual pode ser combustível LEC, combustível HEC diluído ou uma mistura de combustíveis HEC e LEC é, então, adicionado ao ar quente, deste modo, movendo a mistura de ar-combustível do ponto "94" para o ponto "96", que estaria dentro da Zona 76a da Figura 1-3, onde a mistura de ar-combustível sofreria autoignição e, uma vez que o ponto "96" está dentro da Zona 76a da Figura 1-3, a reação de combustão ocorreria rapidamente, consistente com um tempo de residência curto. À medida que o processo de combustão progride, a temperatura da mistura de ar-combustível subiria, enquanto que a concentração de gás combustível cairia e o processo seguiria a seta do ponto "96" para o ponto "98". Uma vez que o ponto "98" está acima da temperatura de formação de NOx térmico, este processo produziria uma maior quantidade de NOx do que um processo que permanece abaixo da temperatura de formação de NOx térmico.
[00234] No entanto, se um diluente, tal como gás de combustão re- circulado, é adicionado ao ar, o teor de oxigênio da mistura de ar- diluente resultante é reduzido. O uso de gás de combustão recirculado quente pode também ajudar no aquecimento do ar do ponto "92" para o ponto "94". A adição de diluente ao ar, bem como o uso da técnica de mistura por alongamento de chama, para misturar o combustível na mistura de ar-diluente move os limites máximo e mínimo de inflamabilidade para novas linhas anotadas como "UFL (ar + diluente + alongamento)" e "LFL (ar + diluente + alongamento)", conforme mostrado na Figura 1-4a.
[00235] Com a adição de um diluente e uso de uma técnica de mistura por alongamento de chama, o ponto "96" já não está na Zona 76a, mas está na Zona 76b, onde o processo de reação seria retardado, mais do que na Zona 76a. Os diluentes na mistura reduzem a elevação de temperatura, de modo que o processo segue a seta do ponto "96" para o ponto "99" e permanece abaixo da temperatura de formação de NOx térmico. Assim, o uso de um diluente pode reduzir a quan-tidade de NOx produzida pelo processo de combustão/oxidação.
[00236] Em determinados aspectos, um processo começando no ponto 92 aquece o ar para uma temperatura, indicada pelo ponto 82, acima da temperatura de autoignição da mistura de ar-combustível alvo. O combustível é, então, injetado no ar quente, levando a mistura de combustível-ar para o ponto 97. Uma câmara de reação, tal como a câmara de reação 500 na Figura 1-11, está configurada para oxidar a mistura de ar-combustível e manter a temperatura adiabática dentro da câmara de reação acima da temperatura de extinção de chama da mistura e a temperatura máxima de reação dentro da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura, conforme indicado pela linha tracejada que conecta os pontos 97 e 98 que muda rapidamente para abaixo do LFL.
[00237] A Figura 1-4B 120 é um diagrama do processo de oxidação gradual usado para aquecer um fluido externo de acordo com determinados aspectos da presente descrição. O ar ambiente no ponto 92 é aquecido para o ponto 94, onde combustível é injetado no ar pré- aquecido tomando a mistura de ar-combustível para o ponto 96. À medida que a mistura de ar-combustível fica acima da temperatura de au- toignição, oxidação gradual começará enquanto, ao mesmo tempo, a mistura de ar-combustível está transferindo calor para um fluido externo, por exemplo, através de uma serpentina de vapor 5220 da Figura 5-3, de modo que a temperatura da mistura de ar-combustível cai à medida que a concentração de combustível também declina para o ponto 122. A mistura de ar-combustível, então, se move para longe do fluido externo e continua a oxidar gradualmente sem perda de calor para um fluido externo, de modo que a temperatura da mistura de ar- combustível aumenta à medida que a concentração de combustível continua a diminuir, deste modo, se movendo para o ponto 124, onde o combustível tenha sido completamente consumido.
[00238] A Figura 1-4C é um diagrama de um processo de oxidação gradual com múltiplos estágios de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Uma mistura de ar-combustível em temperatura ambiente no ponto 132 é aquecida para o ponto 134, o qual está acima da temperatura de autoignição, de modo que a oxidação gradual é iniciada e a mistura de ar-combustível progride para o ponto 136 após o combustível ter sido totalmente consumido. A mistura quente de ar-diluente é passada através de um permutador de calor e o calor removido, deste modo, movendo a mistura de ar-diluente para o ponto 138. Combustível adicional é injetado na mistura de ar-diluente, deste modo, movendo a mistura para o ponto 140. O processo de oxidação gradual é iniciado quando a mistura ainda está acima da temperatura de autoignição e o processo se move ao longo da linha para o ponto 142, quando do que combustível é mais uma vez completamente con- sumido. Neste caso, pode ser visto que a mistura quente de ar- diluente pode ser novamente circulada através de um permutador de calor conforme antes e o circuito de pontos 142-138-140 repetido várias vezes até que todo o oxigênio na mistura tenha sido consumido, tudo enquanto se mantém as temperaturas de reação de pico abaixo da temperatura de formação de NOx térmico.
[00239] As Figuras 1-5 e 1-6 são fluxogramas de processos de oxidação gradual exemplificativos de acordo com determinados aspectos da presente descrição. A Figura 1-5 descreve um processo de pré- mistura 100, em que um oxidante, um diluente e combustíveis LEC e HEC são misturados e, em seguida, aquecidos para uma temperatura de autoignição, deste modo, iniciando uma oxidação gradual dos combustíveis. Uma modalidade particular do processo da Figura 1-5 pode incluir apenas algumas das etapas descritas ou pode ter tais etapas em uma ordem diferente daquela ilustrada na Figura 1-5. Como um exemplo, o processo mais completo começa na etapa 102, em que um combustível LEC, por exemplo, um gás de aterro, é alimentado na etapa 102.
[00240] Um oxidante, por exemplo, ar, é adicionado ao combustível LEC na etapa 104. Em alguns aspectos, a quantidade de oxidante adicionada depende da concentração de gás combustível no combustível LEC, de modo a atingir uma concentração alvo de gás combustível na mistura de combustível LEC-oxidante resultante. Em alguns aspectos, a quantidade de oxidante adicionada depende da concentração de oxigênio no combustível LEC, de modo a atingir uma concentração mínima de oxigênio na mistura de combustível LEC-oxidante resultante. Em alguns aspectos, a concentração de gás combustível e/ou oxigênio no combustível LEC é medida periodicamente pelo menos e a quantidade de oxidante ser adicionada na etapa 104 ajustada em resposta a esta medição.
[00241] Um combustível HEC pode, opcionalmente, ser adicionado na etapa 106. Em alguns aspectos, a quantidade de combustível HEC adicionada depende da concentração de gás combustível na mistura de combustível LEC-oxidante, de modo a atingir uma concentração alvo de gás combustível na mistura de combustível LEC-HEC-oxidante resultante. Em alguns aspectos, a concentração de gás combustível na mistura de combustível LEC-oxidante é medida periodicamente pelo menos e a quantidade de combustível HEC a ser adicionado na etapa 106 ajustada em resposta a esta medição.
[00242] A etapa 108 adiciona um diluente, tal como gás de combustão recirculado, à mistura de combustível-oxidante. Em determinados aspectos, a quantidade de diluente é ajustada para se atingir uma concentração alvo de gás combustível na mistura de combustível- oxidante-diluente resultante. Em determinados aspectos, o gás de combustão recirculado também adiciona calor à mistura de oxidante- combustível, deste modo, reduzindo a quantidade de calor que será adicionada depois na etapa 112. Em alguns aspectos, a concentração de gás combustível na mistura de combustível-oxidante é menos periodicamente medida e a quantidade de diluente a ser adicionada na etapa 108 ajustada em resposta a esta medição. O oxidante, combustíveis LEC e HEC e diluente são misturados na etapa 110 em uma mistura geralmente homogênea. Em determinados aspectos, a mistura ocorre de forma incremental após uma ou mais das etapas 104, 106 e 108. A mistura de combustível-diluente-oxidante homogênea é aquecida na etapa 112 até que a temperatura da mistura atinja pelo menos a temperatura de autoignição da mistura. A mistura de combustível- oxidante-diluente sofre autoignição na etapa 114 e oxida gradualmente na etapa 116 até que o combustível e o oxigênio na mistura não reajam mais e o processo 100 é, assim, concluído.
[00243] A Figura 1-6 descreve um processo de injeção de combus-tível 150, em que um oxidante e um diluente são misturados e, em seguida, aquecidos para a temperatura de autoignição, após o que uma mistura de combustíveis LEC e HEC é injetada na mistura de oxidante- diluente e misturada. Uma modalidade particular do processo da Figura 1-6 pode incluir apenas algumas das etapas descritas ou pode ter tais etapas em uma ordem diferente daquela ilustrada na Figura 1-6. Como um exemplo, o processo mais completo começa na etapa 104a, em que um oxidante é alimentado. Um diluente é adicionado ao oxidante na etapa 108 e misturado na etapa 110a e aquecido na etapa 112 para pelo menos a temperatura de autoignição de uma mistura de oxidante-combustível-diluente alvo. Em alguns aspectos, a quantidade de diluente adicionada depende da concentração de oxigênio no oxidante, de modo a atingir uma concentração alvo de oxigênio na mistura de oxidante-diluente resultante. Em determinados aspectos, quando o diluente é gás de combustão recirculado, o gás de combustão recir- culado também adiciona calor ao oxidante, deste modo, reduzindo a quantidade de calor que será adicionada depois na etapa 112.
[00244] Em um processo paralelo, um combustível LEC é provado na etapa 102 e um combustível HEC é adicionado na etapa 106 e misturado na etapa 110b. Em alguns aspectos, a quantidade de combustível HEC adicionada depende da concentração de gás combustível no combustível LEC, de modo a atingir uma concentração alvo de gás combustível na mistura de combustível LEC-HEC resultante. Em alguns aspectos, a concentração do gás combustível no combustível LEC é medida periodicamente pelo menos e a quantidade de combustível HEC a ser adicionada na etapa 106 ajustada em resposta a esta medição.
[00245] A mistura de combustível LEC-HEC é injetada na mistura quente de oxidante-diluente na etapa 152 e misturada na etapa 110c. Em determinados aspectos, a mistura da etapa 110c compreende for- necer a mistura de oxidante-diluente a uma câmara de oxidação por meio de um jato de indução de turbulência e a mistura de combustível é injetada no fluxo de mistura de oxidante-diluente turbulento. A mistura de oxidante-diluente e mistura de combustível se combinam rapidamente no fluxo turbulento na etapa 110 e, então, sofre autoignição na etapa 114 e oxida gradualmente na etapa 116, até que o combustível e o oxigênio na mistura não reajam mais e o processo 150 é, assim, concluído.
[00246] A Figura 1-7 é um diagrama esquemático de um sistema de oxidação de pré-mistura exemplificativo 200 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Combustível LEC é obtido, neste exemplo, de um aterro 202 através de um sistema de tubulação de coleta de gás 204 e alimentado como um fluxo de combustível LEC 206a. Em determinados aspectos, por exemplo, se o teor de metano do fluxo de combustível LEC 206a é menor do que uma determinada percentagem, um combustível HEC 210 é adicionado a um misturador 208a, produzindo uma mistura de combustível LEC-HEC 206b. Em determinados aspectos, por exemplo, se o teor de oxigênio da mistura de combustível LEC-HEC 206b é menor do que uma determinada percentagem, um oxidante 212, por exemplo, ar, é adicionada a um misturador 208b, produzindo uma mistura de combustível-oxidante 206c. Em determinados aspectos, por exemplo, se o teor de oxigênio da mistura de combustível-oxidante 206c é maior do que uma determinada percentagem, um diluente 214, por exemplo, gás de combustão recir- culado, é adicionado a um misturador 208c, produzindo uma mistura de combustível-oxidante-diluente 206d. Em determinados aspectos, um misturador 220 é alimentado para misturar ainda mais a mistura de oxidante-diluente-combustível 206d, assim, produzindo uma mistura de oxidante-diluente-combustível homogeneizada 206e. Em determinados aspectos, um compressor ou ventilador 222 é proporcionado para pressurizar e aquecer a mistura de oxidante-diluente-combustível homogeneizada 206e, deste modo, produzindo uma mistura de oxi- dante-diluente-combustível homogeneizada pressurizada 206f, a qual é introduzida no dispositivo de oxidação 224. Após o processo de oxidação gradual ser concluído, a exaustão 226 sai do dispositivo de oxidação 224. Em determinados aspectos, uma parte dos gases de exaustão 226 é separada para proporcionar o diluente 214. A exaustão 226 restante é alimentada a outros sistemas ou ventilada para a at-mosfera.
[00247] A Figura 1-8 é um diagrama esquemático de um sistema de oxidação por injeção exemplificativo 300 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Muitos elementos do sistema 300 são comuns àqueles do sistema 200 discutido anteriormente e sua descrição não é repetida em relação à Figura 1-8. No sistema 300, o oxidante 212 é comprimido e aquecido separadamente com um compressor ou ventilador 222a e o oxidante pressurizado 304 resultante é alimen-tado ao dispositivo de oxidação 224. Em determinados aspectos, um diluente (não mostrado na Figura 1-8) é adicionado ao oxidante 212 antes do compressor 222a. Separadamente, a mistura de combustível LEC-HEC 206b é comprimida e aquecida com um soprador ou compressor 222b separado para produzir uma mistura de combustível 302 pressurizada que é injetada na mistura de oxigênio-diluente 304 comprimida no dispositivo de oxidação 224. Métodos para injetar a mistura de combustível 302 na mistura de oxidante-diluente 304 dentro do dis-positivo de oxidação são discutidos em relação às figuras a seguir.
[00248] A Figura 1-9 é uma representação esquemática de um sistema de geração de energia a turbina exemplificativo de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Muitos elementos do sistema 400 são comuns aos sistemas discutidos anteriormente e sua descrição não é repetida em relação à Figura 1-9. No sistema 400, a mistura de oxidante-diluente-combustível 206d é alimentada à entrada de um compressor 410 que está conectado ao eixo 412, o qual também está acoplado a uma turbina 414 e ao gerador de energia 416. A mistura de oxigênio-diluente-combustível pressurizada 206f do compressor 410 é passada através de um permutador de calor 418, onde a mistura 206f absorve calor dos gases de exaustão 420. A mistura aquecida 206g é alimentada ao dispositivo de oxidação 224 e exaustão 226 é alimentada para a turbina 414, a qual extrai uma parte da energia da exaustão de ar quente comprimido 226, assim, acionando o compressor 410 e o gerador 416 através do eixo 412. Em determinados aspectos, uma parte dos gases de exaustão da turbina é captada e fornecida ao diluente 214 e o restante da exaustão 420 passa através do permutador de calor 418 anteriormente mencionado e depois através de um segundo permutador de calor 422, onde o gás de exaustão é adicionalmente esfriado por um fluxo de água 430 antes de ser expelido para o ambiente. A água aquecida 430, após passar pelo permutador de calor 422, pode ser usada para usos benéficos, tal como fornecimento de água quente, aquecimento em construção ou outras aplicações.
[00249] A Figura 1-10 é uma representação esquemática de outro sistema de geração de energia acionado a turbina de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Muitos elementos do sistema 450 são comuns aos sistemas discutidos anteriormente e sua descrição não é repetida em relação a Figura 1-10. O sistema 450 inclui um combustor aquecedor 454 e um combustor a turbina 456 antes e depois, respectivamente, do dispositivo de oxidação 224. Um combustível HEC 452 é alimentado seletivamente a cada um do combustor aquecedor 454 e combustor a turbina 456. O método de uso destes combustores 454, 456 para iniciar o funcionamento da turbina acionada por dispositivo de oxidação é descrito no Pedido de Patente dos Estados Unidos US 13/289.996 antes citado.
[00250] A Figura 1-11 é uma vista em corte de uma câmara de reação GO exemplificativa 500 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. A câmara de reação GO 500 tem um vaso 510 que, em determinados aspectos, está configurado para suportar um gás interno pressurizado. Uma torre 514 está posicionada, neste exemplo, ao longo de um eixo central do vaso 510 e configurada para aceitar, em uma extremidade externa, um fluxo de uma mistura de oxi- dante-diluente-combustível 530 através da entrada 515. Uma pluralidade de tubos de distribuição 516 estão acoplados à torre 514, de modo que a mistura de oxidante-diluente-combustível 530 passa da torre para os tubos de distribuição 516. Cada um dos tubos de distribuição 516 compreende uma pluralidade de orifícios de injeção (não visíveis na Figura 1-11) os quais permitem que a mistura 530 passe do interior dos tubos de distribuição 516 para o interior do vaso 510. O interior do vaso está pelo menos parcialmente enchido com um meio poroso 512. Este meio 512 absorve o calor do processo GO e, em seguida, libera este calor para a mistura não reagida 530, deste modo, elevando a temperatura da mistura não reagida 530 acima da temperatura de au- toignição. O meio poroso 512 também serve para misturar produtos de oxidação de estágios anteriores com misturas de oxidante-diluente- combustível não reagidas injetadas através dos tubos 516.
[00251] Em determinados aspectos, a câmara de reação GO 500 compreende uma ou mais entradas secundárias 518 através das quais um oxidante, um combustível ou uma mistura pode ser injetada diretamente dentro do vaso 510. Em determinados aspectos, a câmara de reação GO 500 inclui um ou mais aquecedores 522, os quais podem ser usados para aquecer o meio poroso 512. Em determinados aspectos, a câmara de reação GO 500 compreende um ou mais sensores 524 que são configurados para medir um ou mais de temperatura, teor de oxigênio ou teor de combustível dos gases em um ou mais pontos dentro do vaso 510.
[00252] Em determinados aspectos, a câmara de reação GO 500 compreende um sensor 524 que compreende um elemento sensor de temperatura e gera um sinal que é representativo de uma temperatura dentro da câmara de reação 500. Em determinados aspectos, a câmara de reação GO 500 compreende um sensor 525 que compreende um elemento sensor de temperatura e gera um sinal que é representativo da temperatura da mistura de oxidante-diluente-combustível 530. Em determinadas modalidades, os sinais de temperatura dos sensores 524 e 525 são aceitos por um controlador 529 que emite um sinal 532 para reduzir a temperatura dentro da câmara de reação 500 quando a temperatura dentro da câmara de reação 500 se aproxima da temperatura de extinção de chama, de modo que a temperatura permaneça abaixo da temperatura de extinção de chama. Em determinadas modalidades, o ajuste da temperatura dentro da câmara de reação 500 é realizado pelo ajuste de um ou mais de fluxo de mistura de oxidante- diluente-combustível 530, composição da mistura de oxidante-diluente- combustível 530, temperatura da mistura de oxidante-diluente- combustível 530, fluxo da mistura de ar-combustível auxiliar 540, composição da mistura de ar-combustível auxiliar 540, temperatura da mistura de ar-combustível auxiliar 540, fluxo de gases de exaustão através da saída 520, fluxo de um refrigerante através de um permutador de calor interno, tal como mostrado na Figura 2-3 (não mostrado na Figura 1-11) ou fluxo de um fluido não-combustível introduzido na câmara de reação 500 através de um subsistema de injeção (não mostrado na Figura 1-11). Em determinados aspectos, o sinal 532 é alimentado a um módulo de controle 531 configurado para controlar pelo menos um de taxa de fluxo, composição e temperatura da mistura de oxidante-diluente-combustível 530.
[00253] Em determinados aspectos, o módulo de detecção 527 é configurado para detectar quando pelo menos um da temperatura de reação dentro da câmara de reação de 500, por exemplo, temperatura no sensor 524, se aproxima ou excede a temperatura de extinção de chama da mistura de oxidante-diluente-combustível dentro da câmara de reação 500 e a temperatura de entrada na câmara de reação, isto é, a temperatura da mistura de oxidante-diluente-combustível 530 no sensor 525, se aproxima ou cai abaixo de um limiar de autoignição.
[00254] Em determinados aspectos, o controlador 529 inclui um módulo de correção 528 que emite instruções, com base no módulo de detecção 527, para alterar pelo menos um de remoção de calor da câmara de reação e a temperatura da mistura de oxidante-diluente- combustível 530 na entrada da torre 514 dentro da câmara de reação 500. Em determinados aspectos, o módulo de correção 528 está configurado para manter a temperatura real dentro da temperatura de reação, por exemplo, no sensor 524, em uma temperatura abaixo da temperatura de extinção de chama e/ou manter a temperatura de entrada acima do limiar de autoignição do combustível. Em determinados aspectos, o controlador 529 é configurado para manter a temperatura da mistura de oxidante-diluente-combustível 530 na entrada 514 para a torre acima do limiar de autoignição, de modo que o gás dentro da câmara de reação 500 oxida sem um catalisador. Em determinados aspectos, o controlador 529 é configurado para determinação de pelo menos um de uma redução da temperatura dentro da câmara de reação para permanecer abaixo da temperatura de extinção de chama e um aumento na temperatura da mistura de oxidante-diluente- combustível 530 na entrada torre 514 para manter a temperatura da mistura de oxidante-diluente-combustível 530 acima do limiar de au- toignição.
[00255] Em determinados aspectos, o controlador 529 é configura- do de modo que, quando a temperatura da mistura de oxidante- diluente-combustível na entrada 530 para a torre 514 se aproxima ou cai abaixo de um limiar de autoignição da mistura de oxidante-diluente- combustível 530, o controlador 529 fornece um sinal de 532 para produzir calor adicional a ser adicionado à mistura de oxidante-diluente- combustível 530, de modo que a temperatura da mistura de oxidante- diluente-combustível na entrada 530 para a torre 514 seja mantida acima do limiar de autoignição e a câmara de reação 500 mantenha a oxidação do combustível dentro da câmara de reação 500 sem um catalisador. Em determinadas modalidades, a emissão de instruções do módulo de correção 528, com base no módulo de detecção 527, para alterar o tempo de residência do gás dentro da câmara de reação, por exemplo, ao reduzir o fluxo da mistura de oxidante-diluente- combustível 530, e/ou alterar o tempo de retardo de autoignição, por exemplo, ao ajustar a composição da mistura de oxidante-diluente- combustível 530 ou aumentar a temperatura dentro da câmara de reação de 500 com o aquecedor 522, dentro da câmara de reação suficiente para que a mistura de oxidante-diluente-combustível 530 sofra autoignição e oxide enquanto dentro da câmara de reação 500.
[00256] Em determinados aspectos, o módulo de detecção 527 é configurado para detectar quando a temperatura de entrada do gás na câmara de reação se aproxima ou cai abaixo de um nível de modo que a câmara de reação, por si só, não sustentará oxidação do combustível e o módulo de correção 528 está configurado para alterar, com base no módulo de detecção 527, o tempo de residência do gás dentro da câmara de reação e/ou o tempo de retardo de autoignição dentro da câmara de reação suficiente para que o gás sofra autoignição e oxide enquanto dentro da câmara de reação 500.
[00257] Em algumas modalidades, a temperatura do combustível ou mistura gasosa dentro da câmara de reação pode estar acima do limite mínimo de inflamabilidade ou temperatura de extinção de chama. Nestes casos, por exemplo, misturando um combustível gasoso HEC na câmara de reação, pode haver um período de tempo no qual a mistura passa através de uma área de inflamabilidade, a qual está abaixo do limite máximo de inflamabilidade e acima do limite mínimo de inflamabilidade. Embora um tempo de residência dentro desta área possa não ser desejável, em alguns casos, o tempo de residência da mistura dentro da área podem ser reduzido ao alterar a temperatura da mistura ou alterar o fluxo da mistura. Em alguns casos, calor pode ser extraído da câmara de reação para reduzir a temperatura da mistura para abaixo do limite mínimo de inflamabilidade ou temperatura de extinção de chama, de modo que o tempo de residência da mistura dentro da área de inflamabilidade seja menor do que o tempo de retardo de autoigni- ção. Em alguns casos, a taxa de fluxo da mistura através da câmara de reação pode ser aumentada para reduzir o tempo de residência da mistura dentro da câmara de reação; este tempo reduzido de residência da mistura dentro da câmara de reação pode equivaler a um tempo de residência reduzido da mistura que está sendo exposta à temperaturas, dentro da câmara de reação, que estão dentro da área de inflamabilidade e pode ser aceitável se o tempo de residência é menor do que o tempo de retardo de autoignição. Em alguns casos, calor pode ser adicionado à mistura de modo que a reação se move para uma área de inflamabilidade durante um breve período de tempo em relação ao tempo de retardo de autoignição.
[00258] Em alguns casos, pelo menos um da temperatura ou o fluxo da mistura através da câmara de reação pode ser controlado, de modo que o tempo de residência do combustível dentro da zona de inflamabilidade seja 5% menor do que o tempo de retardo de autoignição. Em alguns casos, o tempo de residência do combustível dentro da zona de inflamabilidade pode estar entre cerca de 5% e cerca de 10% do tem po de retardo de autoignição. Em alguns casos, o tempo de residência do combustível dentro da zona de inflamabilidade pode estar entre cerca de 10% e cerca de 20% do tempo de retardo de autoignição. Em alguns casos, o tempo de residência do combustível dentro da zona de inflamabilidade pode estar entre cerca de 15% e cerca de 25% do tempo de retardo de autoignição. Em alguns casos, o tempo de residência do combustível dentro da zona de inflamabilidade pode estar entre cerca de 25% e cerca de 50% do tempo de retardo de autoigni- ção. Em alguns casos, o tempo de residência do combustível dentro da zona de inflamabilidade pode estar entre cerca de 30% e cerca de 75% do tempo de retardo de autoignição.
[00259] Em determinados aspectos, o módulo de controle 531 está configurado para elevar a temperatura da mistura de oxidante-diluente- combustível 530 em ou antes da entrada 515 ou acima da temperatura de autoignição da mistura de oxidante-diluente-combustível 530. Em determinadas modalidades, a câmara de reação 500 está configurada para oxidar a mistura de oxidante-diluente-combustível 530 e manter a temperatura adiabática acima da temperatura de autoignição da mistura de oxidante-diluente-combustível 530 e a temperatura máxima real da câmara de reação 500 abaixo da temperatura de extinção de cha-ma da mistura de oxidante-diluente-combustível 530.
[00260] Em determinados aspectos, o dispositivo de oxidação 500 é configurado para criar a mistura de oxidante-diluente-combustível 530 por meio de mistura, em um sistema não representado na Figura 1-11, de um gás tendo um combustível LEC com um ou mais do grupo de um gás compreendendo um combustível HEC, um gás que compreende um oxidante e um gás que compreende um diluente, enquanto todos os gases estão em temperaturas abaixo da temperatura de au- toignição de qualquer um dos gases a ser misturado. O dispositivo de oxidação 500 também está configurado para elevar a temperatura da mistura de oxidante-diluente-combustível 530 para pelo menos a temperatura de autoignição da mistura de oxidante-diluente-combustível 530 e permitir que a mistura de oxigênio-diluente-combustível 530 sofra autoignição e, em seguida, manter a temperatura da mistura de o- xidante-diluente-combustível 530 abaixo da temperatura de extinção de chama enquanto a mistura de oxidante-diluente-combustível 530 que sofreu autoignição oxida.
[00261] Em determinados aspectos, os meios porosos 512 dentro do dispositivo de oxidação 500 está configurado para manter a temperatura interna da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama e manter a temperatura de entrada do combustível na câmara de reação maior do que a temperatura de autoignição do combustível. Em determinados aspectos, pelo menos um trajeto de fluxo da entrada até à saída do dispositivo de oxidação 500 está configurado para direcionar a mistura de oxidante-diluente-combustível 530 através de uma porção do meio poroso 512 que está mais quente do que a temperatura de autoignição da mistura de oxidante-diluente- combustível 530, até que a mistura de oxidante-diluente-combustível 530 atinja uma temperatura acima da temperatura de autoignição da mistura de oxidante-diluente-combustível 530, quando do que o trajeto de fluxo é ainda configurado para direcionar a mistura de oxidante- diluente-combustível 530 para a saída ao longo de um trajeto que é geralmente oposto ao primeiro trajeto de fluxo, por exemplo, usando defletores internos, tais como os tubos 1055/1060 mostrados na Figura 2-7B.
[00262] Em algumas modalidades, o controlador 529 pode direcionar outras partes do sistema de oxidação. Por exemplo, outros controles que o controlador 529 pode direcionar são descritos nos Pedidos de Patentes Copendentes Nos 13/289.989, depositado em 4 de Novembro de 2011 e 13/289.996, depositado em 4 de Novembro de 2011, ambos os quais são incorporados por referência na íntegra, contanto que os ensinamentos dentro dos Pedidos não sejam incompatíveis com os ensinamentos da presente descrição.
[00263] A Figura 1-12 ilustra esquematicamente o fluxo através de um sistema de oxidação gradual 4500 tendo um pulverizador de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Os processos e elementos da Figura 1-12 são descritos em relação ao dispositivo de oxidação 500 da Figura 1-11. Os processos a seguir ocorrem à medida que ar 4502 e combustível 4220 fluem através do dispositivo de oxidação:
[00264] 1. Misturador de combustível/ar 4510 cria uma mistura ini cial pobre em ar-combustível a partir de um ou ambos de ar 4502 ar e combustível 4220.
[00265] 2. Aquecedor 4512 aquece a mistura de ar-combustível pa ra temperaturas próximas à temperatura de autoignição. Calor também pode ser adicionado através de compressão da mistura, bem como do permutador de calor. Em algumas modalidades, calor pode ser adicionado por meio de introdução de um gás quente (por exemplo, gases de combustão).
[00266] 3. Um primeiro dispositivo de oxidação gradual que pode incluir um aquecedor 522 (Figura 1-11) ou aquecedor 4516 (Figura 112), por exemplo, um queimador piloto, para iniciar a oxidação gradual 4518. Em determinados aspectos, este aquecedor é um aquecedor elétrico de vários tipos conhecidos por aqueles versados na técnica. A saída deste é gás quente que compreende O2 não consumido e produtos de oxidação de CO2 e H2O. Uma vez que a porção de combustível e ar que flui para este primeiro dispositivo de oxidação 4518 é pequena, é necessário menos calor para aquecer a mistura acima da temperatura de autoignição para iniciar a reação de oxidação. Em determinados aspectos, calor é adicionado ao primeiro estágio através de pré- aquecimento de um meio poroso com um motor de arranque- combustor a montante. O meio pré-aquecido, então, aquece a mistura de combustível/ar em 4516 para iniciar a oxidação. Uma vez que apenas uma pequena parte do fluxo passa através do meio aquecido no aquecedor 4516, a condição térmica e radiação de energia oposta ao sentido de fluxo são capazes de manter a temperatura do fluido alta o suficiente para continuar a aquecer o fluxo. Este estágio ancora a reação.
[00267] 4. Um estágio de divisão-mistura-oxidação 4530, por exem plo, como ocorre em um braço 516 do pulverizador 514 da Figura 111, em que uma parte da mistura de ar-combustível é dividida, misturada com o gás quente do processo anterior e gradualmente oxidada, mostrado como processos 4514, 4520 e 4518. Uma vez que os gases oxidados do dispositivo de oxidação 4518 estão quentes, tipicamente acima de 1400 °F, mas abaixo de 2300 °F, eles serve m para aquecer o combustível não reagido e ar do divisor 4514 no misturador 4520 e iniciar a oxidação deste próximo estágio de oxidação.
[00268] 5. Uma repetição de estágio 4530 oxida todo o combustível da fonte LEC 4220, de modo que nenhum combustível permanece após o dispositivo de oxidação final 4518. A abordagem em estágios para iniciar o processo de oxidação no primeiro estágio de ancoragem e as partes de oxidação do gás a partir daí é o processo de oxidação gradual.
[00269] A Figura 1-13 é uma representação esquemática de uma câmara de reação GO com múltiplos estágios 600 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Neste exemplo, a câmara 600 compreende quatro câmaras de reação 602a, 602b, 602c e 602d que estão serialmente conectadas juntas. Neste exemplo, um fluxo de uma mistura de ar-combustível 604, por exemplo, um combustível LEC, é alimentado a cada uma das quatro câmaras de reação 602a, 602b, 602c e 602d. Em determinados aspectos, a quantidade da mistura de ar-combustível 604 alimentada a cada câmara de reação 602a, 602b, 602c e 602d é diferente. Em determinados aspectos, uma ou mais diferentes misturas de ar-combustível (não mostrado na Figura 112) são alimentadas às câmaras de reação 602b, 602c e 602d a jusante. Em determinados aspectos, um dispositivo de oxidação (não mostrado na Figura 1-13) é proporcionado separadamente com uma ou mais das câmaras de reação 602b, 602c e 602d a jusante. Em deter-minados aspectos, um combustível HEC (não mostrado na Figura 113) é alimentado separadamente a uma ou mais das câmaras de reação 602a, 602b, 602c e 602d.
[00270] A Figura 1-14 é uma representação esquemática de uma câmara de reação GO de leito fluidizado 700 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Neste exemplo, a câmara de reação 700 compreende um vaso 710 pelo menos parcialmente cheio com um meio 720 o qual, quando um gás é introduzido na parte inferior do meio 720, se torna fluidizado. A mistura de ar-combustível- diluente 604 oxida gradualmente à medida que a mistura 604 passa através dos meios fluidizados 720 e é removida pela parte superior como exaustão 226. O meio fluidizado circulada dentro do vaso 710, transferindo o calor dos produtos de oxidação na exaustão para os reagentes na entrada. Partículas fluidizadas 720 próximo da extremidade de exaustão do vaso 710 (proximal à exaustão 226) são aquecidas pelos produtos de oxidação quentes. Os meios fluidizados são, em seguida, transportados, propositada ou acidentalmente, para a extremidade de entrada do vaso de oxidação 710. Os meios fluidizados aquecidos, então, transmitem seu calor para a mistura de ar-combustível- diluente 604 mais fria, não reagida que chega para aquecer o fluxo, conforme é ensinado para o processo GO. Meio fluidizado 720 serve, portanto, para transferir o calor dos produtos de oxidação para os rea- gentes de ar-combustível-diluente. Há muitas maneiras de implementar leitos fluidizados para mover calor em torno de sistemas de reação quimicamente fechados, especialmente quando combinados com injeção gradual do processo GO, e implementação de leitos fluidizados é um exemplo de como o aquecimento é realizado (vide, por exemplo, Figura 1-12, 4512, 4516).
[00271] A Figura 1-15A é uma representação esquemática de uma câmara de reação GO de leito de recirculação 800 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Neste exemplo, a câmara de reação 800 inclui um vaso 810 que está pelo menos parcialmente cheio com um meio 820. Uma porção 810a do meio 820 é pelo menos periodicamente removida na parte inferior do vaso 810 e transportada através de um sistema de transferência 820 para a parte superior do vaso 810, quando do que a porção 810a é retornada para o interior do vaso 810. Ao mesmo tempo, um fluxo de uma mistura de ar- combustível 604 é introduzido na parte inferior do vaso 810 e passa para cima usando os meios 820. A mistura 604 oxida gradualmente à medida que passa através dos meios 820 e é removida na parte superior como exaustão 226. À medida que os meios 820 que estão dentro do vaso 810 se movem para baixo, porções 810a são removidas na parte inferior, os meios 820 mais quentes, ou seja, os meios 820 que estão na parte superior dos meios 820, que estão dentro do vaso 810 se movem para a entrada, assim, contra-atuando a tendência da mistura de ar-combustível 604 que chega de esfriar localmente os meios 820. As porções de meio 810a frias removidas da parte inferior são distribuídas à parte superior, onde as porções 810a são aquecidas pe-lo gás oxidado quente.
[00272] A Figura 1-15B é uma representação esquemática de outra câmara de reação GO de leito de recirculação 801 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Nesta modalidade, as porções de recirculação 810b são retiradas de uma parte quente do leito 820, por exemplo, um ponto médio na profundidade do leito 820, e circuladas através do tubo 822, em que o calor 824 é extraído das porções de recirculação 810b. A porções 810b frias são alimentadas novamente para a câmara 801, por exemplo, na parte superior, de modo a cair por cima do leito 820. Esta extração de calor das porções em recirculação 810b extrai o calor da câmara de reação 801. Em de-terminados aspectos, a taxa de fluxo das porções 810b é controlada para manter a temperatura interna da câmara de reação 801 em uma temperatura abaixo da temperatura de extinção de chama.
[00273] A Figura 1-16 é uma representação esquemática de uma câmara de reação GO 850 com recirculação de gases de combustão de acordo com determinados aspectos da presente descrição. O vaso 810 e os meios 820 são similares àqueles do dispositivo de oxidação GO 800 da Figura 1-15. No exemplo da Figura 1-16, no entanto, uma porção 852 dos gases de exaustão 226, também ditos aqui como gás de combustão, é recirculada e fornecida na parte inferior do vaso 810 de modo a aquecer a mistura de ar-combustível que chega 604 e ancorar o processo GO dentro do vaso 810, bem como fornecer um dilu- ente adicional à mistura de ar-combustível que chega 604.
[00274] Em determinados aspectos, a câmara de reação GO 850 compreende um sensor de oxigênio, tal como o sensor 524 da Figura 1-11, o qual é configurado para determinação do nível de teor de oxigênio dentro da câmara de reação 850 e fornecer um sinal representativo do nível de teor de oxigênio. Em determinados aspectos, um controlador (não mostrado na Figura 1-16) aceita o sinal de nível de teor de oxigênio e emite instruções para introduzir gás de combustão 852 recebido da saída da câmara de reação e contendo produtos gasosos da oxidação do combustível dentro da câmara de reação na câmara de reação 850 com base no nível de teor de oxigênio.
[00275] Em determinadas modalidades, um dispositivo de oxidação pode incluir uma entrada de câmara de reação configurada para aceitar um gás tendo uma mistura de um combustível de baixo teor de energia (LEC) e pelo menos um do grupo de um combustível de alto teor de energia (HEC), um gás que compreende oxidante (OC) e um gás que contém diluente (DC). A mistura gasosa pode ser regulada para estar em uma temperatura abaixo da temperatura de autoignição da mistura gasosa. O dispositivo de oxidação pode também incluir um meio de troca de calor posicionado dentro da câmara de reação. Os meios podem ser configurados para manter a temperatura interna da câmara de reação em uma temperatura abaixo da temperatura de extinção de chama e manter a temperatura de entrada do combustível na câmara de reação maior do que a temperatura de autoignição do combustível. A câmara de reação pode proporcionar pelo menos um trajeto de fluxo através da câmara da entrada para a saída. O trajeto de fluxo pode ser configurado para direcionar o gás que entra na entrada através de um primeiro trajeto usando um meio que é mais quente do que a temperatura de autoignição da mistura gasosa, até que a mistura gasosa atinja uma temperatura acima da temperatura de autoignição da mistura gasosa, após o que o trajeto de fluxo é ainda configurado para direcionar a mistura gasosa em oxidação através de um segundo trajeto usando o meio para a saída, o segundo trajeto sendo geralmente oposto ao primeiro trajeto de fluxo. Exemplos disso são ilustrados nas Figuras 2-7A a 2-9.
[00276] Em determinadas modalidades, um método de oxidação descrito aqui inclui as etapas de recebimento, em uma câmara de reação através de uma entrada da câmara, a entrada configurada para aceitar um gás tendo uma mistura de um combustível de baixo teor de energia (LEC) e pelo menos um do grupo de um combustível de alto teor de energia (HEC), um gás que compreende oxidante (OC) e um gás que contém diluente (DC), a mistura gasosa estando em uma temperatura abaixo da temperatura de autoignição da mistura gasosa; manutenção da temperatura interna da câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama por meios de permuta de calor posicionados dentro da câmara de reação, manutenção da temperatura de entrada do combustível na câmara de reação maior do que a temperatura de autoignição do combustível por meio de transferência de calor através dos meios de troca de calor e direcionamento do gás que entra na entrada por meio de um primeiro trajeto através dos meios que é mais quente do que a temperatura de autoignição da mistura gasosa, até que a mistura gasosa atinja uma temperatura acima da temperatura de autoignição da mistura gasosa; e direcionamento do gás através de um segundo trajeto usando o meio para uma saída da câmara, o segundo trajeto sendo geralmente oposto ao primeiro trajeto de fluxo.
[00277] Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação da mistura gasosa ao longo de pelo menos um dos primeiro e segundo trajetos de fluxo sem um catalisador. Em determinadas modalidades, a câmara de reação é configurada para manter oxidação da mistura abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura gasosa por meio circulação de um meio de permuta de calor fora da câmara de reação. Em determinadas modalida-des, o sistema também inclui pelo menos um de uma turbina ou um motor a pistão que está configurado para receber o gás da saída da câmara de reação e expandir o gás. Em determinadas modalidades, a mistura gasosa compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso-pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
[00278] Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação descrito pode incluir uma entrada de câmara de reação que está configurada para aceitar um gás tendo uma mistura de um combustível de baixo teor de energia (LEC) e pelo menos um do grupo de um combustível de alto teor de energia (HEC), um gás que compreende oxidante (OC) e um gás que contém diluente (DC). A mistura gasosa pode ser regulada para ficar em uma temperatura abaixo da temperatura de autoignição da mistura gasosa. O dispositivo de oxidação pode também ter um controlador de calor que é configurado para aumentar a temperatura da mistura gasosa para pelo menos a temperatura de autoignição da mistura gasosa, desse modo, permitindo que a mistura gasosa sofra autoignição e manter a temperatura da mistura gasosa abaixo de uma temperatura de extinção de chama enquanto a mistura gasosa que sofreu autoignição oxida.
[00279] Alguns métodos de oxidação de um combustível descritos aqui incluem as etapas de mistura de um gás tendo um combustível de baixo teor de energia (LEC) com um ou mais do grupo de um gás que compreende um combustível de alto teor de energia (HEC), um gás que compreende um oxidante e um gás que compreende um diluente para formar uma mistura gasosa, em que todos os gases estão em temperaturas abaixo da temperatura de autoignição de qualquer um dos gases que estão sendo misturados; aumento da temperatura da mistura gasosa para pelo menos uma temperatura de autoignição da mistura gasosa e permitir que a mistura gasosa sofra autoignição; e manutenção da temperatura da mistura gasosa abaixo da temperatura de extinção de chama enquanto a mistura gasosa que sofreu autoigni- ção oxida.
[00280] Em determinadas modalidades, o dispositivo de oxidação pode incluir uma entrada configurada para aceitar um gás tendo uma mistura de um combustível de baixo teor de energia (LEC) e pelo menos um do grupo de um combustível de alto teor de energia (HEC), um gás que compreende oxidante (OC) e um gás que contém diluente (DC). A mistura gasosa pode ser regulada para estar em uma temperatura abaixo da temperatura de autoignição da mistura gasosa. Um controlador (por exemplo, um controlador de calor) pode ser configurado para aquecer o gás para pelo menos a temperatura de autoigni- ção da primeira mistura gasosa compreendendo um gás com um oxi-dante misturado com faixas determinadas de um combustível de baixo teor de energia (LEC) e um combustível de alto teor de energia (HEC). Uma entrada (por exemplo, um injetor) também pode ser configurada para injetar, após o primeiro gás ser aquecido para pelo menos a temperatura de autoignição da mistura de um primeiro gás, uma segunda mistura gasosa do gás combustível LEC e do gás combustível HEC. A entrada ou injetor pode injetar uma proporção entre o gás LEC e HEC e em uma taxa de injeção as quais são selecionadas para produzir substancialmente a mesma proporção de gás LEC e HEC que a primeira mistura gasosa quando o gás é injetado na câmara de reação. A câmara de reação pode ser configurada para misturar o segundo gás injetado com o gás aquecido contendo um oxidante em uma taxa para produzir uma primeira mistura gasosa substancialmente homogênea em um tempo menor do que o tempo de retardo de ignição para a segunda mistura gasosa e permitir que a primeira mistura gasosa sofra autoignição e manter a temperatura da primeira mistura gasosa abaixo da temperatura de extinção de chama enquanto a primeira mistura gasosa que sofreu autoignição oxida.
[00281] Em determinadas modalidades, um método de oxidação descrito aqui inclui as etapas de aquecimento de um gás que compreende um oxidante para pelo menos a temperatura de autoignição de uma primeira mistura gasosa compreendendo um gás com um oxidante misturado com faixas determinadas de um combustível de baixo teor de energia (LEC) e um combustível de alto teor de energia (HEC); injeção, após o aquecimento, de uma segunda mistura gasosa do gás combustível LEC e do gás combustível HEC, em que a proporção de gás LEC e HEC e a taxa de injeção são selecionadas para produzir substancialmente as mesmas proporções da primeira mistura gasosa quando injetados no gás aquecido contendo um oxidante; mistura do segundo gás injetado com o gás aquecido contendo um oxidante em uma taxa para produzir uma primeira mistura gasosa substancialmente homogênea em um tempo menor do que o tempo de retardo de ignição para a segunda mistura gasosa e permitir que o primeira mistura gasosa sofra autoignição; e manutenção da temperatura da primeira mistura gasosa abaixo de uma temperatura de extinção de chama enquanto a primeira mistura gasosa que sofreu autoignição oxida.
[00282] As Figuras 1-17A e 17B mostram uma câmara de reação GO 860 com elementos de reação estruturados 864 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. A Figura 1-17A é um diagrama esquemático que representa um vaso 862 que contém, no presente exemplo, uma pilha de elementos de reação estruturados 864.
[00283] A Figura 1-17B mostra um elemento de reação estruturado 864 exemplificativo que é formado como um disco 866 tendo uma pluralidade de orifícios 868 através da espessura do disco 866. Em determinadas modalidades, as bordas do disco 866 têm ressaltos a fim de proporcionar um intervalo entre os elementos empilhados 864, deste modo, permitindo fluxo lateral da mistura de ar-combustível entre os orifícios à medida que a mistura de ar-combustível passa através de uma pilha dos elementos de reação 864. Quando empilhados no vaso 862, os elementos 864 podem estar aleatoriamente dispersos ao redor de um ponto central, de modo que os orifícios 868 dos elementos 864 adjacentes não estejam alinhados por cima, deste modo, proporcionando um trajeto mais sinuoso através de uma pilha de elementos 864.
[00284] Como outro exemplo dos meios estruturados dentro do vaso 862 (Figura 1-17A), metal ou cerâmica extrudada, tal como cordieri- ta, servirão para conduzir o calor a partir de jusante do fluxo, próximo da saída 226, para a montante do fluxo. Isto servirá para aquecer a mistura de ar-combustível 604 na entrada para acima da temperatura de autoignição e iniciar as reações de oxidação.
[00285] DISPOSITIVO DE OXIDAÇÃO GRADUAL COMO FONTE DE CALOR
[00286] A Figura 2-1 é uma representação esquemática de um dispositivo de oxidação 224 acoplado a um permutador de calor de 1010 para fornecer calor de processo a um processo industrial de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Na Figura 2-1, os gases da reação de oxidação gradual 604 são admitidos no dispositivo de oxidação 224 e sofrem oxidação gradual e saem como produtos gasosos 1015, os quais passam através de um permutador de calor 1010 no qual calor é rejeitado e os produtos gasosos são esgotados para a atmosfera como exaustão 1030 em uma temperatura reduzida. Entrando na outra passagem do permutador de calor 1010 está um fluido refrigerante 1020, por exemplo, ar, água ou um fluido industrial, o qual é vantajosamente aquecido e sai como fluido quente 1025 que flui para o ponto de uso (não mostrado na Figura 2-1). O permutador de calor de 1010 pode ser configurado como co-fluxo, contrafluxo, fluxo cruzado ou qualquer uma das outras opções para permutadores de calor descritos e ilustrados aqui ou outros que possam ser conhecidos na técnica. Os produtos da reação de oxidação gradual 1015, os quais são compostos de gases quentes sem poluentes, são direcionados para um permutador de calor que aquece beneficamente uma corrente de ar para aquecer um espaço vivo para conforto pessoal ou um volume de água para uso doméstico, industrial ou qualquer outro material que venha a requer aquecimento.
[00287] A Figura 2-2 é uma representação esquemática de um dispositivo de oxidação 224 acoplado a uma câmara de aquecimento 1050 para aquecer um material de processo 1055 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. A mistura de ar- combustível 604 é admitida no dispositivo de oxidação 224, onde ela é submetida à oxidação gradual e sai como produto gasoso 1015, após o que segue para a câmara de aquecimento 1050 onde um material 1055 é, vantajosamente, aquecido pelos gases quentes, após o que os gases saem da câmara de aquecimento como exaustão 1030 e são eliminados para a atmosfera. O material 1055 pode ser processado por um ou mais de descongelamento, fusão, evaporação, sublimação, secagem, cozimento, cura, sinterização ou calcinação usando o calor benéfico. Em uma modalidade similar (não mostrada na Figura 2-2) onde ventilação é suficiente para evitar níveis prejudiciais de consumo de oxigênio, os produtos da reação de oxidação gradual quentes são direcionados para um espaço ocupado para aquecimento seguro. Em outra modalidade similar (não mostrada na Figura 2-2), os produtos quentes são direcionados para um refrigerador de absorção para fornecer a energia motriz para um ciclo de refrigeração de absorção.
[00288] A Figura 2-3 é uma representação esquemática de um dispositivo de oxidação 224 que compreende um permutador de calor interno 1060 através do qual um fluido passa acordo com determinados aspectos da presente descrição. O permutador de calor 1060 está localizado internamente à câmara de reação do dispositivo de oxidação 224. A mistura de ar-combustível 604 é admitida no dispositivo de oxidação 224 e sofre oxidação gradual. Fluido refrigerante 1020 entra no permutador de calor 1060 e uma parte da energia térmica gerada pelo processo de oxidação gradual é transferida para o fluido através do permutador de calor 1060. O produto gasoso esfriado sai como exaus- tão 1030. O fluido quente 1025 sai do permutador de calor 1060 e é direcionado para o ponto de uso (não mostrado na Figura 2-3). Uma modalidade exemplificativa do dispositivo de oxidação 224 inclui um vaso revestido internamente com tubos onde o ar é conduzido através dos tubos.
[00289] Em determinadas modalidades, o calor é extraído da câmara de reação do dispositivo de oxidação 224 usando um fluido refrigerante 1020, o qual é um líquido que vaporiza pelo menos parcialmente no permutador de calor 1060, o fluido refrigerante 1020 sendo um gás ou o fluido refrigerante 1020 sendo um líquido que aumenta a temperatura sem evaporar. Em determinadas modalidades, a quantidade de calor a ser removido da câmara de reação do dispositivo de oxidação 224 é ajustada por um ou mais de controle da taxa de fluxo do fluido refrigerante 1020, controle da taxa de fluido quente 1025 ou controle da temperatura de pelo menos um do fluidos refrigerante 1020 e do fluido quente 1025. Em determinados aspectos, o fluido refrigerante 1020 está em uma temperatura que é menor do que a temperatura interna dentro do dispositivo de oxidação 224, em que a câmara de reação é configurada para manter a temperatura interna acima da temperatura de autoignição do combustível na mistura de ar-combustível 604 e abaixo da temperatura de extinção de chama do combustível na mistura de ar-combustível 604.
[00290] A Figura 2-4 é uma representação esquemática de outra modalidade de um dispositivo de oxidação 224 que compreende uma pluralidade de permutadores de calor internos 1060 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Similar à Figura 2-3, uma mistura de ar-combustível 604 é admitida em um dispositivo de oxidação 224 onde ocorre oxidação gradual e uma parte da energia térmica é transferida para um fluido refrigerante 1020 através dos permutadores de calor 1070, os quais estão posicionados internamen- te ao dispositivo de oxidação gradual 224. Em determinadas modalidades, os permutadores de calor 1060 compreendem uma pluralidade de superfícies de remoção de calor (não mostradas na Figura 2-4) que estão posicionadas internamente na proximidade da circunferência externa do vaso de oxidação para absorver a maior parte do calor benéfico que poderia, de outro modo, ser perdido para o ambiente através de isolamento deficiente das paredes.
[00291] A Figura 2-5 é uma representação esquemática de um dispositivo de oxidação 224 que compreende uma pluralidade de zonas de oxidação gradual 1075A-1075C, com as zonas de reação 1080A- 1080C adjacentes, em que lotes de um material de processo são aquecidos de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Uma mistura de ar-combustível 604 é admitida em um dispositivo de oxidação 224 em três correntes de reagente separadas 1090A, 1090B e 1090C que são, respectivamente, direcionadas para as zonas de oxidação gradual 1075A-1075C onde ocorrem oxidação gradual e liberação de energia exotérmica dos gases. Materiais industriais granulares (não visíveis na Figura 2-5) estão localizados dentro das zonas de reação 1080A-1080C, onde eles são fluidificados pelos gases reagentes e são beneficamente aquecidos de uma maneira descontínua. Uma fração da superfície de remoção de calor é posicionada de maneira tal a absorver calor benéfico suficiente a partir do processo de oxidação gradual para reduzir as temperaturas locais para abaixo do ponto no qual possam ocorrer danos aos componentes internos. Os produtos gasosos do processo de oxidação gradual são recombinados em uma única corrente de exaustão 1030 que sai para a atmosfera ou para outro uso final. Em uma modalidade similar (não mostrada na Figura 2-5), superfícies de remoção de calor adicionais são proporcionadas, de modo a permitir que o processo de oxidação gradual seja operado em uma maior densidade de liberação de energia (e, desse mo- do, menor volume total do reator) sem aquecimento excessivo e dano aos componentes internos.
[00292] A Figura 2-6 é uma representação esquemática de um dispositivo de oxidação 224 que compreende uma pluralidade de zonas de oxidação gradual 1075A-1075C, com as zonas de reação 1120A- 1120C adjacentes, em que os fluxos contínuos de um material de processo 1105 são aquecidos de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Conforme na Figura 2-5, uma mistura de ar- combustível 604 é admitida em um dispositivo de oxidação 224 em três correntes de reagente separadas 1090A, 1090B e 1090C que são, respectivamente, direcionadas para as zonas de oxidação gradual 1075A-1075C onde oxidação gradual e liberação de energia exotérmi- ca dos gases ocorrem, seguido por recombinação das correntes de produto gasoso em uma única exaustão 1030 que sai para a atmosfera. Material industrial granular 1105A-1105C frio, não reagido é admitido nas zonas de reação 1120A-1120C, onde os materiais são fluidificados pelos gases reagentes da oxidação gradual e são aquecidos de forma contínua para uma condição beneficamente alterado 1110A- 1110C, que é removido do dispositivo de oxidação 224.
[00293] No lado a jusante de cada zona de reação 1120A-1120C, estão barragens 1085A-1085C, as quais retêm uma parte dos materiais granulares beneficamente aquecidos e permitem o equilíbrio de 1110A-1110C para sair do dispositivo de oxidação 224, após o que os materiais alterados são coletados para uso posterior (não mostrado na Figura 2-6.). Cada um dos múltiplos estágios de um processo de oxidação gradual é realizado de modo independente na presença de um leito fluidizado em circulação de material granular de processo, o qual troca concorrentemente calor com os gases da reação de oxidação gradual enquanto que o material 1105A-1105C em si sofre uma secagem, cura, sinterização, calcinação ou outra alteração termicamente induzida em virtude do calor dos gases de oxidação gradual. O processo de leito fluidizado em circulação que altera beneficamente o material granular pode ser realizado no modo descontínuo ou contínuo em cada fase de oxidação gradual. Em um processo contínuo, a taxa de adição de material granular 1105A-1105C frio, não reagido deve ser suficientemente pequena para garantir que o processo de oxidação gradual não seja dissipado e venha a se extinguir. Em determinadas modalidades, a taxa em massa de material granular 1105A-1105C frio, não reagido que é continuamente adicionados às zonas de reação 1120A-1120C é de 1-20% da taxa de fluxo em massa de gases de oxidação gradual que entram nas zonas de reação 1120A-1120C.
[00294] As Figuras 2-7A e 2-7B são uma vista em perspectiva e uma vista seccional transversal de um detalhe de design exemplificati- vo de um elemento do dispositivo de oxidação 1150 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Dois tubos concêntricos 1055 e 1060 são usados para formar um trajeto de fluxo de processo em que a mistura de ar-combustível 604 que chega entra no tubo interno 1060 no ponto A, flui através do tubo menor 1060 e, em seguida, sai do tubo interno 1060 no ponto B e em contra-corrente entre o tubo interno 1060 e o tubo externo 1055 enquanto continua a oxidar gradualmente e, então, sai do elemento 1150 do dispositivo de oxidação no ponto C como produto gasoso totalmente oxidado. À medida que a mistura de ar-combustível 604 flui através do tubo interno 1060, a mistura é aquecida através das paredes do tubo 1060 pelo produto gasoso quente em contra-corrente no exterior do tubo 1060.
[00295] A Figura 2-8 é um gráfico das temperaturas dentro do dispositivo de oxidação das Figuras 2-7A e 2-7B de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Mistura de ar-combustível que entra no ponto A está na temperatura TV. A mistura é aquecida durante a parte inicial do fluxo através do tubo interno 1060 por transferência de calor do gás quente contra-corrente entre o tubo interno 1060 e o tubo externo 1055 para a temperatura T2 quando a reação de oxidação gradual é iniciada. Liberação exotérmica de energia química no processo de oxidação aumenta a temperatura gradualmente para T3 quando a maior parte da reação já ocorreu. Gás entra, então, na seção mediana entre os dois tubos concêntricos 1055 e 1060 e flui de volta para o contador de fluxo inicial. A temperatura do gás pode continuar a aumentar ligeiramente em virtude da oxidação gradual contínua ou diminuir à medida que calor é perdido para o tubo externo 1055. O gás, então, continua em movimento e troca energia térmica com a mistura de ar-combustível 604 que entra (mais fria) através das paredes do tubo interno 1060, deste modo, esfriando o produto gasoso para T4.
[00296]
[00297] A Figura 2-9 é uma vista em corte transversal de um conjunto usando o dispositivo de oxidação das Figuras 2-7A e 2-7B de acordo com determinados aspectos da presente descrição. O conjunto 1200 compreende vários elementos 1150 dispostos em uma caixa 1205 a qual, neste exemplo, é um vaso cilíndrico. Em determinadas modalidades, o vaso 1205 tem um formato diferente de redondo. Em determinadas modalidades, o vaso 1205 é pressurizado. Duas placas transversais sólidas 1210 e 1220 estão posicionadas através do interior do vaso 1205. Os tubos internos 1160 penetram na placa 1210 e os tubos externos 1055 estão conectados à placa 1220. Passagens 1225 separadas ão alimentadas através da placa 1220. Um mistura de ar- combustível 604 que flui através do vaso 1205 passa em cada um dos tubos internos 1060, através dos tubos 1060 e 1055, conforme previamente discutido em relação às Figuras 2-7A e 2-7B e, em seguida, passa para o lado de fora dos tubos externos 1055 e através das passagens 1225. À medida que a mistura de ar-combustível 604 é convertida em um produto gasoso, a mistura percorre três vezes o mesmo comprimento do vaso 1205: (1) através dos tubos internos 1060, (2) entre os tubos internos e externos 1060 e 1055 e (3) através do volume entre o exterior dos tubos externos 1055 e o vaso 1205. Isto permite permuta de calor adicional e promove uma maior eficiência e um menor volume do conjunto de dispositivo de oxidação 1200.
[00298] A Figura 3-1 é um diagrama esquemático de um sistema de geração de energia de ciclo de Schnepel 3000 exemplificativo de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Uma mistura de ar-combustível 3005, que compreende uma mistura de um combustível LEC, combustível HEC, oxidante e solvente, conforme descrito com referência à mistura de ar-combustível 206e da Figura 1-7, é alimentada a um cilindro compressor 3010 que tem um pistão 3030a o qual está acoplado, através de uma biela 3032, a um virabrequim 3034, que é geralmente similar ao virabrequim encontrado em motores de combustão interna convencionais tendo cilindros de movimento alternado. Em determinados aspectos, o cilindro compressor 3010 é uma parte de um conjunto de acionamento 3036, conforme indicado pelo retângulo em linha tracejada 3036 que, como um conjunto, é geralmente similar às partes de motores de combustão interna conven-cionais tendo cilindros de movimento alternado. À medida que o pistão 3030a desce dentro do cilindro compressor 3010, a mistura de ar- combustível 3005 é arrastada para o espaço interno 3015 através de uma válvula de admissão controlável (não mostrada na Figura 3-1). Quando o pistão 3030a está próximo da parte inferior de seu curso, a válvula de admissão é fechada. À medida que o pistão 3030a se eleva, o volume interno 3015 é reduzido, deste modo, comprimindo a mistura de ar-combustível 3005. Quando o pistão 3030a atinge um ponto designado, uma válvula de saída (não mostrada na Figura 3-1) abre e conecta o espaço interno 3015 à tubulação 3040, deste modo permi- tindo que a mistura de ar-combustível comprimida 3005 flua para a tubulação 3040. Neste exemplo, a mistura de ar-combustível comprimida 3005 passa através de um recuperador 3045 e, em seguida, através da tubulação 3050 para um permutador de calor 3055, então, para a tubulação 3060 e para o dispositivo de oxidação 224.
[00299] Conforme descrito anteriormente, a mistura de ar- combustível 3005 é gradualmente oxidada no dispositivo de oxidação 224 e existe como um produto gasoso de combustão quente na tubulação 3065. Este gás quente é encaminhado para o segundo lado do permutador de calor 3055, no qual o gás quente transfere uma parte de sua energia térmica para a mistura de ar-combustível 3050 que en-tra. O produto gasoso flui agora através da tubulação 3070 para o espaço interno 3025 de um cilindro expansor 3020.
[00300] Em operação, a válvula de entrada (não mostrada na Figura 3-1) é aberta quando o pistão 3030b está em ou passou o centro morto superior, de modo que o produto gasoso pressurizado quente pode fluir para dentro do espaço interno 3025. À medida que o vira- brequim 3034 gira e o pistão 3030b desce dentro do cilindro expansor 3020, o produto gasoso quente pressurizado continua a fluir para dentro do espaço interno 3025, deste modo, mantendo uma pressão cons-tante dentro do espaço interno 3025 por todo o ciclo.
[00301] Em determinados aspectos da operação, a válvula de entrada fecha antes que o pistão 3030b alcance a parte inferior de seu curso. À medida que o pistão se desloca deste ponto intermediário para o centro morto inferior, a pressão do gás diminui e esfria em virtude de expansão da cavidade volumétrica.
[00302] O cilindro compressor 3010 e o cilindro expansor 3020 são acoplados a um virabrequim 3034 em comum e deslocados um do outro em cerca de 180 graus de rotação do virabrequim 3034, ou seja, o pistão 3030b está na parte de cima de seu curso quando o pistão 3030a está na parte inferior de seu curso. Uma vez que a mistura de ar-combustível 3005 no espaço interno 3015 do cilindro compressor 3010 está inicialmente, no presente exemplo, em pressão atmosférica, enquanto que a pressão no espaço interno 3025 está em ou próximo da pressão máxima que será atingida ao final do curso de compressão no cilindro compressor 3010, há um desequilíbrio de força durante a maior parte da rotação de 180 graus enquanto o pistão 3030b está descendente e o pistão 3030a está ascendente. É este desequilíbrio de força que impulsiona a rotação do virabrequim 3034. Esta força também impulsiona a rotação do gerador 416, deste modo, criando potência. Em determinados aspectos, o gerador 416 gera eletricidade. Em determinados aspectos, o gerador 416 gera fluido pressurizado ou produz um trabalho mecânico. À medida que o pistão 3030a do cilindro compressor 3010 atinge a parte superior de seu curso, há um curto período no qual a pressão no espaço interno 3015 é aproximadamente igual à pressão no espaço interno 3025. Embora não exista uma força motriz pura durante este período, a inércia do virabrequim em rotação, o qual pode incluir um volante (não mostrado na Figura 3-1) para pro-porcionar inércia rotacional aumentada, fará com que o virabrequim passe o centro morto superior, após o que o cilindro compressor 3010 extrai nova mistura de ar-combustível 3005 e o cilindro expansor evacua o gás do espaço interno 3025 através da tubulação 3080 e através do recuperador 3045, após o que o gás é evacuado como exaustão 3085.
[00303] Em determinados aspectos, o conjunto de acionamento 3036 é dito como um motor alternado de ciclo dividido tendo uma entrada que recebe a mistura de ar-combustível 3005, o cilindro compressor 3010 é dito como uma câmara de compressão acoplada a um motor alternado e o espaço interno 3015 é dito como uma câmara de pistão alternado. Em determinados aspectos, o dispositivo de oxidação 224 é dito como uma câmara de oxidação que é configurada para receber a mistura proveniente da câmara de compressão através de uma primeira entrada e manter oxidação da mistura em uma temperatura interna abaixo da temperatura de extinção de chama da mistura e suficiente para oxidar a mistura sem um catalisador. Em determinados aspectos, o cilindro expansor 3020 é dito como uma câmara de expansão que recebe produto gasoso de oxidação aquecido proveniente da câmara de oxidação e expande o produto gasoso dentro da câmara de expansão, deste modo, movimentando o motor alternado.
[00304] A Figura 3-2 é uma representação conceitual do sistema de geração de energia 3000 da Figura 3-1 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. O conjunto de motor 3036 é montado centralmente com o dispositivo de oxidação 224 fixado, em uma extremidade, através do recuperador 3045 e permutador de calor 3055. Neste exemplo, combustível LEC, tal como de um aterro remoto 202 (não mostrado na Figura 3-2), é alimentado através da tubulação 3007 e a mistura de ar-combustível 3005 é criada na caixa indicada.
[00305] A Figura 3-3 é uma representação esquemática de outra modalidade de um sistema de geração de energia de ciclo de Schne- pel 3100 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Muitos elementos do sistema de 3100 são comuns ao sistema de 3000 e sua descrição não é repetida em relação à Figura 3-3. O sistema 3100 inclui uma turbina 3110 acoplada a um compressor 3105. O compressor 3105 funciona em série com o compressor a pistão alternado 3010, de modo que a taxa de compressão do compressor a pistão 3010 é reduzido em comparação com o sistema 3000 com o compressor 3105 que fornece compressão suficiente para manter a saída do compressor a pistão 3010 na pressão do sistema. Em determinados aspectos, a pressão de sistema do sistema 3100 é maior do que a pressão de sistema do sistema 3000, deste modo, aprimorando assim a eficiência. A saída do compressor 3105 passa através do permuta- dor de calor 3055 e para o dispositivo de oxidação 224. A saída do dispositivo de oxidação 224 passa através da turbina 3110 antes de passar através do permutador de calor 3055 e, em seguida, para o ex- pansor a pistão 3020, após o que o gás pressurizado é evacuado para o ambiente. As pressões absolutas e as temperaturas do fluido em vários pontos numerados mostrados na Figura 3-3 no sistema 3100 são fornecidas a título de ilustração na tabela abaixo do desenho da Figura 3-3.
[00306] A Figura 3-4 é uma representação esquemática de outra modalidade de um sistema de geração de energia de ciclo de Schne- pel 3150 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Muitos elementos do sistema 3150 são comuns ao sistema de 3100 e sua descrição não é repetida em relação à Figura 3-4. Neste exemplo, a mistura de ar-combustível 3005 é pressurizada pelo compressor 3105 e, em seguida, alimentada ao compressor a pistão 3010, o que é o inverso da configuração do sistema 3100. As pressões e temperaturas do fluido em vários pontos numerados indicados na Figura 3-4 no sistema 3500 são fornecidas na tabela abaixo do desenho da Figura 3-4.
[00307] A Figura 3-5 é uma representação esquemática de outra modalidade de um sistema de geração de energia de ciclo de Schne- pel 3200 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Muitos elementos do sistema 3200 são comuns aos sistemas apresentados anteriormente e sua descrição não é repetida à Figura 35. Nesta modalidade, a saída do dispositivo de oxidação 224 é dirigida para o expansor a pistão 3020 e, em seguida, através do permutador de calor 3055 para a turbina 3110, após o que o gás é evacuado.
[00308] A Figura 3-6 é uma representação esquemática de outra modalidade de um sistema de geração de energia de ciclo de Schne- pel 3250 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Muitos elementos do sistema de 3250 são comuns aos sistemas apresentados anteriormente e sua descrição não é repetida em relação à Figura 3-6. Nesta modalidade, a mistura de ar-combustível 3005 é comprimida no compressor acionado à turbina 3105 e, então, adicionalmente comprimida no compressor a pistão 3010. Os gases de exaustão do dispositivo de oxidação 224 passam através do permutador de calor 3055, em seguida, através do expansor a pistão 3020 antes de passar pela turbina 3110 e serem evacuados.
[00309] A Figura 3-7 é uma representação esquemática de outra modalidade de um sistema de geração de energia de ciclo de Schne- pel 3300 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Muitos elementos do sistema de 3300 são comuns aos sistemas apresentados anteriormente e sua descrição não é repetida em relação à Figura 3-7. Esta modalidade é similar ao sistema de 3250, exceto que a saída do dispositivo de oxidação 224 é alimentada ao expan- sor a pistão 3020 e, em seguida, passa para o permutador de calor 3055.
[00310] A Figura 3-8 é uma representação esquemática de outra modalidade de um sistema de geração de energia de ciclo de Schne- pel 3350 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Muitos elementos do sistema de 3350 são comuns aos sistemas apresentados anteriormente e sua descrição não é repetida em relação à Figura 3-8. Esta modalidade é similar ao sistema de 3250, exceto que a saída do dispositivo de oxidação 224 é alimentada ao permu- tador de calor 3055 e, em seguida, passa através da turbina 3110 antes de atingir o expansor a pistão 3020, após o que o gás é evacuado.
[00311] A Figura 3-9 é uma representação esquemática de outra modalidade de um sistema de geração de energia de ciclo de Schne- pel 3400 de acordo com determinados aspectos da presente descri- ção. Muitos elementos do sistema 3400 são comuns aos sistemas apresentados anteriormente e sua descrição não é repetida em relação à Figura 3-9. Esta modalidade é similar ao sistema de 3200, exceto que a saída do dispositivo de oxidação 224 é alimentada ao permuta- dor de calor 3055 e, em seguida, passa através da turbina 3110 antes de atingir o expansor a pistão 3020, após o que o gás é evacuado.
[00312] A Figura 3-10 é uma representação esquemática de outra modalidade de um sistema de geração de energia de ciclo de Schne- pel 3450 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Muitos elementos do sistema 3450 são comuns aos sistemas apresentados anteriormente e sua descrição não é repetida em relação à Figura 3-10. Esta modalidade é similar ao sistema de 3200, exceto que a saída do dispositivo de oxidação 224 é alimentada para o per- mutador de calor 3055 e, em seguida, passa através do expansor a pistão 3020 antes de atingir a turbina 3110, após o que o gás é evacuado.
[00313] A Figura 4-1 é um diagrama esquemático de um sistema de aquecedor de fluido por dispositivo de oxidação gradual com três estágios 4000 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. A mistura de ar-combustível pré-misturada 4005 é alimentada a uma série de três dispositivos de oxidação 4010a, 4010b e 4010c. Em determinados aspectos, os três dispositivos de oxidação 4010a, 4010b e 4010c são de tamanho e configuração diferentes. Em determinados aspectos, os três dispositivos de oxidação 4010a, 4010b e 4010c são substancialmente idênticos. A mistura de ar-combustível 4005 entra no primeiro dispositivo de oxidação 4010a, onde o combustível é consumido por uma parte do oxigênio no ar e produtos de combustão quentes 4035a são produzidos. Os produtos 4035a contêm oxigênio, uma vez que a proporção de combustível para oxidante era magra, isto é, ar em excesso. Os produtos de combustão quentes 4035a são direcionados através de um primeiro permutador de calor de fluido 4020a no qual calor é transferido dos produtos de combustão quentes 4035 para o fluido de transferência de calor, neste exemplo água 430, que sai como um fluido mais quente, neste exemplo vapor 4040. Em determinados aspectos, um fluido de transferência de calor, tal como um óleo ou um gás, é alimentado em lugar da água 430 e o produto é fluido de transferência de calor quente.
[00314] Em determinados aspectos, o primeiro dispositivo de oxidação 4010a é dito como uma primeira câmara de reação que é configurada para manter oxidação gradual do primeiro combustível, isto é, o componente combustível da mistura de ar-combustível 4005, dentro da primeira câmara de reação sem um catalisador, ao mesmo tempo em que mantém uma primeira temperatura interna dentro da primeira câmara de reação abaixo da temperatura de extinção de chama do pri-meiro combustível.
[00315] Os produtos gasosos 4035a passam, então, para um segundo dispositivo de oxidação 4010b e são misturados com o combustível LEC 4007. Em determinados aspectos, o combustível LEC 4007 é misturado com um de um oxidante, um diluente ou um gás de combustão e um combustível HEC (nenhum dos quais é mostrado na Figura 4-1) antes de ser alimentado ao dispositivo de oxidação 4010b. O combustível da mistura resultante é consumido por uma parte do oxigênio na mistura e produtos de combustão quentes 4035b são produzidos. Os produtos de combustão quentes 4035b são direcionados para um segundo aquecedor de fluido 4020b no qual o calor é transferido dos produtos de combustão quentes 4035b para um fluxo separado de água 430 que sai como vapor 4040, o qual é misturado com o vapor 4040 proveniente do primeiro permutador de calor 4020a.
[00316] Em determinados aspectos, o segundo dispositivo de oxi- dação 4010b é dito como uma segunda câmara de reação que está configurada para manter oxidação gradual do segundo combustível, isto é, o combustível restante nos produtos de combustão quentes 4035a e o combustível LEC 4007 recém-introduzido, em um processo de oxidação gradual sem um catalisador. Em determinados aspectos, o segundo dispositivo de oxidação 4010b compreende um sensor de oxigênio (não mostrado na Figura 4-1) que está acoplado a um processador que faz parte de um controlador (não mostrado na Figura 41), em que o processador está configurado para determinação do nível de teor de oxigênio.
[00317] Os produtos gasosos 4035b, ou gás de combustão, então, passam para um terceiro dispositivo de oxidação 4010c e misturados com o combustível LEC 4007 adicional. Em determinados aspectos, o combustível LEC 4007 a ser alimentado ao dispositivo de oxidação 4010c é misturado com um de um oxidante, um diluente ou gás de combustão e um combustível HEC (não mostrado na Figura 4-1) antes de ser alimentado ao dispositivo de oxidação 4010c. Em determinados aspectos, a mistura de ar-combustível alimentada ao dispositivo de oxidação 4010c é diferente da mistura de ar-combustível alimentada ao dispositivo de oxidação 4010b. O combustível na mistura resultante no dispositivo de oxidação 4010c é consumido por uma parte do oxigênio na mistura e produtos de combustão quentes 4035c são produzidos. Estes produtos de combustão quentes 4035c são direcionados para um terceiro permutador de calor de fluido 4020c em que o calor é transferido dos produtos de combustão quentes 4035c para um fluxo separado de água 430 que sai como vapor 4040, o qual é misturado com o vapor 4040 proveniente do primeiro e do segundo permutadores de calor 4020a e 4020b.
[00318] Os múltiplos estágios de oxidação gradual, a transferência de calor para um fluido para reduzir a temperatura do gás e a introdu- ção de um novo combustível (Figura 4-1) podem ser usados para limitar as temperaturas dos gases para uma temperatura abaixo do limite de NOx térmico, ao mesmo tempo em que se reduz a quantidade de oxigênio que é expelida pelos produtos de combustão quentes 4035c. Alta eficiência, conforme medido pela quantidade de energia transferida do combustível 4005 e 4007 para o vapor 4040, prevê que o teor de oxigênio que sai do sistema 4000 através de produtos de combustão quentes 4035c seja tão baixo quanto possível, tipicamente 3-5% em volume. Ela também prevê que os produtos de combustão quentes 4035c que saem estejam tão resfriados quanto possível. Caso se tente oxidar o combustível em uma etapa, então, a proporção de combustível-ar estaria próxima do valor estequiométrico, o que produziria temperaturas elevadas. Por exemplo, a temperatura de reação adiabática de metano em uma repartição estequiométrica é de 3484 °F, muito acima do limite de 1260°C (2300°F) para a formação de NOx térmico. O processo em estágios da Figura 4-1 resfria os vários fluxos de gás 4035a, 4035b, 4035c dos três dispositivos de oxidação 4010a, 4010b e 4010c, de forma que mais combustível pode ser introduzido e oxidado, e a maior parte do oxigênio pode ser removido do sistema na forma de H2O e CO2, sem criar altas temperaturas e NOx térmico.
[00319] Outras configurações de fluxo de fluido a partir da fonte de entrada, neste exemplo água 430, para a saída, neste exemplo vapor 4040, serão evidentes para aqueles versados na técnica. O sistema 4000 pode ter menos ou mais números de dispositivos de oxidação e permutadores de calor. Um ou mais permutadores de calor 4020a, 4020b, etc., podem estar conectados em série para aumentar a tempe-ratura do fluido de saída. A mistura de ar-combustível alimentada a cada dispositivo de oxidação, 4010a, 4010b, etc. pode ser diferente e ajustável em resposta às medições de oxigênio no fluxo de produtos de combustão 4035a, 4035b, etc.
[00320] Um arranjo de dispositivo de oxidação gradual com aquecedor de fluido 4000 facilita a oxidação eficiente do combustível e ar em três estágios e a captura de energia térmica por um fluido. O primeiro estágio compreende um primeiro dispositivo de oxidação gradual que permite oxidação gradual de um combustível e produz uma corrente de produto gasoso quente de baixa emissão que é direcionada para um primeiro aquecedor de fluido onde uma primeira corrente de fluido é vantajosamente aquecida. A fim de reduzir ou eliminar o risco de explosão e recombustão da mistura de ar-combustível 4005 que entra no dispositivo de oxidação 4010a do primeiro estágio, a concentração de combustível na mistura de ar-combustível 4005 está limitada a cerca de 20-90% da concentração mínima limite de inflamabilidade do combustível. Em determinados aspectos, é desejável limitar o teor de combustível para 25-50%. Em determinados aspectos, podem ser aplicados padrões de segurança que limitam a concentração de combustível admissível da mistura de ar-combustível 4005.
[00321] Após oxidação do combustível no primeiro dispositivo de oxidação 4010a, os produtos gasosos 4035a contêm cerca de 11-19% de oxigênio, além de dióxido de carbono e vapor de água, em uma temperatura de cerca de 1500-1260°C (2300°F). Em determinados aspectos, o processo de oxidação é controlado de modo que a temperatura dos produtos gasosos 4035a seja de 1600-2000 °F. Após a transferência de uma parte de seu calor para aquecimento do fluido de transferência no permutador de calor 4020a, o produto gasoso 4035a está em uma temperatura de 700-1300 °F e, mais preferivelmente, 900-1200 °F. Em tal temperatura reduzida, uma corre nte de combustível 4007 pode ser misturada com o produto gasoso 4035a sem sofrer reação imediata, o que pode ocorrer em temperaturas iguais ou acima de 1400 °F. A temperatura do produto gasoso misto 4 035a e combustível 4007 é, no entanto, suficientemente alta para iniciar as reações de oxidação após um retardo de ignição de 0,01 a 5 segundos. Em determinados aspectos, o retardo de ignição é de 0,1-0,5 segundos.
[00322] Após o retardo de ignição ter ocorrido, a mistura terá entrado no segundo dispositivo de oxidação 4010b que é o local preferido para que oxidação eficiente do combustível ocorra. O segundo dispositivo de oxidação 4010b gera uma corrente de produto gasoso quente 4035b com 2-16% de oxigênio em uma temperatura, de preferência, entre 1600-2000 °F, a qual é direcionada para um se gundo aquecedor de fluido 4020b, onde uma parte de sua energia térmica é transferida para aquecer o fluido de transferência. A temperatura do produto ga-soso 4035b é, em seguida, reduzida para 900-1200 °F e uma segunda corrente de combustível LEC 4007 é misturada no produto gasoso 4035b sem uma reação prematura. A mistura de combustível 4007 e produto gasoso 4035b entra em um terceiro dispositivo de oxidação 4010c, onde o processo de oxidação se repete, produzindo um gás de exaustão 4035c com 1,5-14% de oxigênio. Em determinados aspectos, entre dois e oito estágios de oxidação gradual, seguido por aquecimento de fluido, podem ser combinados com o objetivo final de produzir uma corrente gasosa resultante final com 1,5-5% de oxigênio e uma temperatura de cerca de 150-700 °F. Em determinados aspectos, a temperatura da corrente gasosa resultante final é de cerca de 250-400 °F. As correntes de fluidos aquecidas podem ser com binadas, conforme mostrado na Figura 4-1, ou deixadas de lado.
[00323] A Figura 4-2 é um diagrama esquemático de outra modalidade de um sistema de aquecimento de fluido por dispositivo de oxidação gradual com três estágios 4100 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Uma mistura de ar-combustível 4005 entra em um primeiro dispositivo de oxidação 4110a onde o combustível é consumido por uma parte do oxigênio na mistura de ar- combustível 4005, produzindo calor que passa através de uma primei- ra serpentina de vapor 4120a e ferve uma corrente de água líquida 4130a para produzir vapor saturado 4105. Os produtos gasosos esfriados 4035a saem do primeiro dispositivo de oxidação 4110a e são misturados com combustível LEC ou combustível HEC adicional e di- luentes 4007, após o que a mistura entra em um segundo dispositivo de oxidação gradual 4110b. Similar à reação no primeiro dispositivo de oxidação 4110a, o combustível na mistura de gás-combustível re-sultante é consumido por uma parte do oxigênio na mistura, produzindo calor, o qual passa através de uma segunda serpentina de vapor 4120b e ferve uma segunda corrente de água líquida 4030 para produzir vapor saturado 4105. Os gases resfriados 4035b saem do segundo dispositivo de oxidação 4110b e são misturados com combustível adicional 4007, após o que a mistura entra em um terceiro dispositivo de oxidação 4110c, em que o processo se repete, aquecendo a água líquida 4130 na terceira serpentina de vapor 4120c para produzir vapor saturado 4105.
[00324] Será evidente para aqueles versados na técnica que o sistema de aquecimento de fluido 4100 pode ser usado com uma variedade de fluidos de transferência de calor. Por exemplo, um óleo pode ser usado para absorver o calor de dentro de um ou mais dos dispositivos de oxidação 4110A, 4110b, etc. Fluxos separados de diferentes tipos de fluidos de permuta de calor podem ser alimentados individualmente para um ou mais dos dispositivos de oxidação 4110a, 4110b, etc. e alimentados para uso separado por sistemas externos (não mostrados na Figura 4-2). Em determinados aspectos, uma ou mais serpentinas para permuta de calor 4120A, 4120B, etc., podem estar conectadas em série.
[00325] Os produtos gasosos parcialmente resfriados 4035c são direcionados para um economizador 4140, em que o calor disponível no produto gasoso 4035c aumenta a temperatura de uma corrente de água líquida sub-resfriada 4150 para uma temperatura ligeiramente abaixo da temperatura de saturação da água. O produtos gasosos esfriados 4035d são expelidos para a atmosfera.
[00326] Embora similar ao aquecedor de fluido mais genérico da Figura 4-1, uma característica distintiva do sistema 4100 é a instalação de um elemento de aquecimento de fluido, isto é, uma serpentina de vapor, na mesma unidade que o dispositivo de oxidação gradual. As faixas de temperatura preferidas e os níveis de oxigênio na saída de cada estágio são os mesmos conforme na modalidade anterior. Uma unidade de recuperação de calor final, ou seja, economizador 4140, é adicionada à extremidade da corrente gasosa resultante para extrair a maior quantidade possível de calor dos gases antes que eles sejam expelidos para a atmosfera. As serpentinas de vapor 4120a, 4120b, 4120c podem ser incorporadas no leito de cerâmica porosa dos dispositivos de oxidação 4110a, 4110b, 4110c ou suspensas acima da parte superior do leito. Em determinados aspectos, altura de leito adicional ou um escudo de radiação parcial poroso pode ser adicionado entre a zona de oxidação gradual e a zona de geração de vapor para ajudar a garantir que os gases não sejam dissipados pelas superfícies relativamente frias das serpentinas de vapor 4120a, 4120b, 4120c antes que as reações de oxidação gradual estejam concluídas.
[00327] A Figura 4-3 é uma representação esquemática de um sistema com estágio único para geração de vapor por recuperação 4200 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Ar 4210 é direcionado para o lado frio de um recuperador 3045 onde ele recebe calor e sai como um fluxo de ar pré-aquecido que é combinado com uma corrente gasosa resultante com teor reduzido de oxigênio recircu- lada 4225 à qual é adicionado um combustível LEC 4220. Em determinados aspectos, o combustível LEC 4220 compreende um combustível HEC. Em determinados aspectos, combustível LEC ou HEC pode ser misturado com o ar 4210 antes de entrar no recuperador 3045.
[00328] A mistura de ar-combustível-oxidante entra no dispositivo de oxidação 224, onde o combustível é consumido por uma parte do oxigênio e calor produzido.
[00329] Uma corrente de água líquida 4230 é aquecida no econo- mizador 3055 para criar um fluxo de água quente que é direcionado para a serpentina de vapor 4240. Uma parte do calor proveniente do processo de oxidação é transferida através da serpentina de vapor 4240 para a água quente, deste modo, criando vapor 4242 para uso benéfico. Os produtos gasosos parcialmente esfriados saem do dispositivo de oxidação 224 e são divididos em duas correntes. Uma parte dos produtos gasosos é direcionada através de um soprador de recir- culação 4245, onde os produtos gasosos saem em uma pressão ligeiramente mais elevada e são combinados com a corrente de ar- combustível, conforme descrito acima. A porção restante dos produtos gasosos passa através do economizador 3055 onde mais calor é removido, deste modo, aquecendo a água de entrada 4230 e os produtos gasosos, em seguida, arrefecida passa através do lado quente do recuperador de 3045, onde o calor adicional é removido, aquecendo assim o ar de admissão 4210, antes que os produtos gasosos totalmente resfriados saiam para a atmosfera.
[00330] O sistema 4200 inibe a recombustão e explosão da mistura de ar-combustível pré-misturada ao manter a concentração de oxigênio na mistura que entra no dispositivo de oxidação 224 em menos de 12% e, de preferência, menos de 9% através de recirculação de produtos gasosos 4225. A recirculação permite temperaturas na entrada do dispositivo de oxidação na faixa de 700-1300 °F e, de preferência, 900-1200 °F. Através de recirculação, esta modalida de também cria uma taxa de fluxo de gás quente total através do dispositivo de oxidação igual a 1,5- 4,0 vezes, de preferência 2,0-3,0 vezes o fluxo de e- xaustão. A maior taxa de fluxo de gás quente permite a instalação de mais área de superfície para transferência de calor dentro do dispositivo de oxidação 224 e a produção de maiores quantidades de vapor. O calor específico (Cp) da corrente gasosa que realiza a transferência de calor para as serpentinas de vapor também é maior do que o calor específico de produtos de oxidação que têm menos CO2, menos H2O e mais O2. Maior calor específico leva a um maior potencial de transfe-rência de calor, com uma diferença de temperatura fixa entre as correntes quentes e frias.
[00331] O sistema 4200 incorpora um economizador 3055 que recupera calor da corrente de produto gasoso ao aumentar a temperatura da água 4230 para um pouco abaixo de seu ponto de ebulição. O sistema 4200 também inclui um recuperador 3045 que recupera calor adicional por pré-aquecimento do ar de combustão antes de sua entrada no dispositivo de oxidação 224. Este recuperador 3045 reduz ou elimina a quantidade de aquecimento auxiliar que é adicionado para iniciar o processo de oxidação gradual dentro do dispositivo de oxidação 224 e também reduz a perda de calor na exaustão.
[00332] A Figura 4-4 é uma representação esquemática de um sistema de geração de vapor de tipo água-tubo com dois estágios 4300 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Uma mistura de ar-combustível 4005 é alimentada a uma entrada inferior de um dispositivo de oxidação 4321. A mistura de ar-combustível 4005 flui através da árvore de pulverizador 4322 e entra no meio poroso 512, onde ocorre oxidação gradual e todo o combustível é consumido por uma porção do oxigênio. Uma porção 4315 do gás de combustão quente resultante sai do leito 512 e passa através de serpentinas de vapor 4325, onde calor é removido do gás, ao mesmo tempo em que uma porção menor 4314 do gás quente passa através de uma zona central onde nenhuma serpentina de vapor está localizada e nenhum calor é removido. As primeiras serpentinas de vapor 4325 estão localizadas em torno da circunferência do envoltório, de modo que os produtos gasosos 4314 que fluem para cima na proximidade do eixo central do envoltório permanecerão em uma temperatura elevada e servirão como uma fonte de ignição para o 2° estágio de oxidação gradual que ocorre apenas na seção superior.
[00333] Combustível LEC ou combustível HEC adicional com dilu- entes 4220 é injetado na zona mediana do dispositivo de oxidação 4321 e se mistura com os produtos gasosos 4315 para formar uma mistura de oxidante-diluente-combustível 4316 que entra por um cone de pulverizador invertido 4324 através de uma pluralidade de raios horizontais que penetram através das paredes do cone 4324. Estes raios têm uma pluralidade de orifícios de injeção para distribuir a mistura 4316 de uma maneira quase uniforme. A porção de gás quente 4314 entra no cone de pulverizador invertido 4324 através de uma abertura na parte inferior e serve para iniciar a oxidação gradual das correntes de mistura 4316, deste modo, consumindo o combustível adicional e gerando uma corrente resultante quente com teor reduzido de oxigênio 4317.
[00334] A corrente resultante 4317 é direcionada através de serpentinas de vapor 4326 onde calor é removido da corrente resultante 4317 a qual, em seguida, sai do dispositivo de oxidação 4321 como produtos gasosos esfriados 4318. Água 4353 em condições quase saturadas é admitida em cada uma das serpentinas de vapor 4325 e 4326 e sai como correntes de vapor saturado 4354. Um gerador de vapor do dispositivo de oxidação gradual de tipo estilo-água com dois estágios 4300 está localizado em um único compartimento e equipado com um meio para reduzir a queda de pressão do gás no segundo estágio. Um envoltório vertical incorpora um primeiro dispositivo de oxidação gradual para oxidação de combustível e criação de uma corrente de gás quente resultante, seguido por um primeiro conjunto de serpentinas de vapor (tubos de água) para remover calor da corrente resultante.
[00335] A quantidade de água ou vapor direcionada para as serpentinas 4326 finais pode ser maior do que nos estágios anteriores para remover tanto calor quanto possível do fluxo de gás 4317 antes de sair para a atmosfera como exaustão 4318. Embora seja desejável manter a temperatura do produto gasoso acima de 900 °F à m edida que ele sai dos estágios primários ou intermediários (4316), cair abaixo de 900 °F não é uma preocupação no último estágio de um si stema com múltiplos estágios, pois não há dispositivo de oxidação gradual subse-quente que venha a requer temperaturas acima de 900 °F. A área de superfície de geração de vapor e/ou qualquer área de superfície do economizador podem ser tão grandes quanto desejado para atingir o objetivo de remoção de calor no estágio final.
[00336] A Figura 4-5 é uma representação esquemática de um sistema de geração de vapor de tipo de tubo de queima com dois estágios 4400 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Uma mistura de ar-combustível 4005 entra na zona inferior de uma árvore de pulverizador 4422. A mistura de ar-combustível 4005 flui através da árvore de pulverizador 4422 e entra no leito de cerâmica porosa 512, onde ocorre oxidação gradual e todo o combustível é con-sumido por uma parte do oxigênio. O produto gasoso quente 4419 sai do meio poroso 512 e entra em tubos de queima 4425, onde o calor é removido do gás pela água 4451 em circulação.
[00337] Combustível LEC ou HEC 4220 adicional e, opcionalmente, diluentes (não mostrados) são misturados com a corrente resultante esfriada 4419 para formar uma mistura de oxidante-diluente- combustível, a qual é admitida no segundo pulverizador 4426 e no segundo leito de meio poroso 512, em que o combustível adicional é consumido e uma corrente de produto quente com teor reduzido de oxigênio 4415 é gerada e direcionada através de tubos de queima 4429, onde o calor é removido pela água 4451 em circulação. Os produtos gasosos esfriados 4415 se acumulam em uma câmara de pressão 4430 e saem do dispositivo de oxidação como uma corrente de exaustão esfriada 4417. As duas zonas de oxidação gradual têm paredes isoladas 4424, 4428 para evitar o resfriamento excessivo dos gases reagentes, o que leva à dissipação indesejada das reações de oxidação gradual. Água 4451 em condições sub-resfriada ou quase saturada é admitida no envoltório do dispositivo de oxidação gradual 4401 e sai como vapor saturado 4452. Em determinados aspectos, superfícies de aquecimento são adicionadas para superaquecimento do vapor 4452 em uma temperatura substancialmente mais elevada do que seu ponto de ebulição. Em determinados aspectos, a água 4451 é pressurizada, levando a maiores temperaturas do vapor saturado.
[00338] Ao reduzir o oxigênio na corrente de gases de exaustão final de 1,5-5,0%, ao mesmo tempo em que reduz a temperatura do gás de saída para 250-400 °F, a eficiência global do ci clo é estimada como sendo de 85-90%, o que representa um aprimoramento em relação geradores de vapor convencionais que operam em uma eficiência de ciclo de 80-86%. O aumento da eficiência de ciclo corresponde a um consumo de combustível reduzido para a mesma produção de calor útil.
[00339] Mantendo as temperaturas de oxidação gradual abaixo cerca de 1260°C (2300°F) e, de preferência, abaixo de 2000 °F, a formação de NOx térmico é reduzida. Queimadores convencionais têm chamas com temperaturas máximas de reação acima de 1260°C (2300°F) e geram substancialmente mais NOx do que um processo de oxidação gradual.
[00340] Em determinados aspectos, elementos de aquecimento elétricos (não mostrados na Figura 4-5) estão localizados na entrada de um ou ambos os estágios do dispositivo de oxidação para ajudar a iniciar a oxidação da mistura de ar-combustível 4005 ou mistura de oxi- dante-diluente-combustível neste local.
[00341] Em determinados aspectos, a quantidade de meio cerâmico poroso 512 é reduzida ou não está presente e a temperatura da reação é deixada subir no volume aberto. Além disso, se o meio poroso é removido, uma maior fração do fluxo total pode ser distribuída para o pulverizador final 4426.
[00342] Em determinados aspectos, a pressão interna é mantida suficientemente baixa para que combustível possa ser adicionado em cada estágio usando apenas pressão de linha, ou seja, sem um reforço de pressão de gás.
[00343] Em determinados aspectos, um economizador ou recupe- rador (não mostrado na Figura 4-4 ou 4-5) é adicionado para condensar a umidade de combustão proveniente dos produtos gasosos ou, alternativamente, deixar a água na fase vapor.
[00344] Em determinados aspectos, um leito fluidizado (não mostrado na Figura 4-4 ou 4-5) similar ao sistema mostrado na Figura 1-13 substitui o meio poroso 512 para facilitar o feedback de calor e ignição no dispositivo de oxidação 4321, 4401, bem como aumentar a transferência de calor para as serpentinas de vapor. Outras opções incluem recirculação de gás de combustão e meios estruturados, similar aos sistemas mostrados nas Figuras 1-15 e 1-16A/16B.
[00345] A Figura 4-6 representa esquematicamente o fluxo através de um sistema de oxidação gradual 4600 tendo um pulverizador de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Os processos e os elementos da Figura 4-6 são descritos em relação ao sistema 4500 da Figura 1-12, em que as etapas 1-6 são realizadas, o qual é mostrado como recebendo a saída a partir do ponto A do sistema 4500. Em determinados aspectos, ar 4602 e combustível 4220 são misturados, por exemplo, usando um misturador similar ao misturador 4510 do sistema 4500 e alimentados em lugar do ponto A na Figura 4 6. A mistura gasosa que entra a partir do ponto A é submetida às seguintes etapas de processo: 7. O gás quente que deixa a seção inferior é dividido em porções 4315 e 4314, em que a porção 4315 é passada através de um permutador de calor, tal como as serpentinas 4325 da Figura 4-4, e uma porção do calor extraída do gás quente, deste modo, esfriando o gás para temperaturas próximas da temperatura de autoignição. Este estágio usa o calor extraído para gerar vapor ou vaporizar outro líquido. 8. Neste exemplo, combustível 4220 é injetado em ambas as correntes 4314 e 4315. A porção 4314 está suficientemente quente para iniciar a oxidação gradual nas porções que são misturadas em cada estágio 4630.
[00346] A Figura 5-1 é um diagrama esquemático de um sistema de oxidação gradual 5100 exemplificativo que incorpora a geração de vapor e injeção de combustível adicional de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Um compressor 410 é acoplado a um eixo que está ainda acoplado a uma turbina 414 e um gerador de energia 416, conforme anteriormente mostrado na Figura 1-9. Uma mistura de ar-combustível 5102 é alimentada a um compressor 410 que fornece uma mistura de ar-combustível pressurizada 206f para um permutador de calor 418 que aquece esta mistura 206f com calor proveniente da exaustão da turbina 42. A mistura quente, pressurizada 206g é transportada para o dispositivo de oxidação 224. Em determinados aspectos, uma mistura de ar-combustível 5104 adicional é injetada no dispositivo de oxidação. Em determinados aspectos, a mistura de ar-combustível 5104 compreende apenas combustível LEC ou HEC. As misturas de ar-combustível 206 g e 5104 são gradualmente oxidadas no dispositivo de oxidação 224 e o gás quente de combustão 226 é expelido para a turbina 414. Ao passar através da turbina, energia é extraída do gás de combustão quente 226 e a exaustão da turbina esfriada, expandida 420 é passada de volta para o permutador de calor 418. Após passar através do permutador de calor 418, o gás de combustão 420 ainda pode compreender oxigênio livre. Mistura de ar- combustível 5112 adicional é injetada no gás de combustão 420 dentro de um queimador de duto 5110 para aquecer o gás de combustão para produzir um gás de combustão quente 5111 o qual, em seguida, passa através de um permutador de calor 422 onde o calor é transferido do gás de combustão quente 5111 para a água 430, deste modo, produzindo vapor 5108 que é alimentado para um uso final (não mostrado na Figura 5-1). O gás de combustão esfriado é agora expelido como corrente de exaustão 5106 para o ambiente. Em determinados aspectos, a mistura de ar-combustível 5102 compreende apenas ar e combustível é alimentado a partir de mistura de ar-combustível 5104.
[00347] A Figura 5-2 é um diagrama esquemático de um sistema de oxidação gradual 5200 exemplificativo que incorpora geração e coge- ração de vapor segundo a determinados aspectos da presente descrição. Muitos elementos do sistema 5200 são comuns ao sistema 5100 previamente discutido e sua descrição não é repetida em relação à Figura 5-2. No sistema 5200, serpentinas 5220 para geração de vapor são incorporadas no dispositivo de oxidação 224. Extração de calor do processo de oxidação dentro do dispositivo de oxidação 224 reduz a temperatura máxima de reação, deste modo, reduzindo a formação de NOx, ao mesmo tempo em que gera vapor 5204. A mistura de ar- combustível 5104 é, então, injetada no gás esfriado dentro do dispositivo de oxidação 224 que está "a jusante" das serpentinas 5220, deste modo, permitindo combustão adicional de modo a reduzir o nível de oxigênio na exaustão 226 que entra na turbina 414. Esta injeção de combustível adicional e a combustão adicional que reduz o oxigênio dentro da exaustão 226 aumentam o fluxo de massa através da turbina 414, aumenta o calor específico do gás de exaustão 226 e diminui a proporção de calores específicos, deste modo, aumentando a potência de saída da turbina 414. O sistema 5200 elimina o queimador de duto 5110, ao mesmo tempo que ainda produz vapor pelas serpentinas 5220. Uma vez que as serpentinas 5220 operam em temperaturas de pico do sistema 5200, o vapor 5204 estará em uma temperatura ou pressão maior do que o vapor 5108 produzido no sistema 5100.
[00348] Em determinados aspectos, o vapor 5230 é injetado no fluido de trabalho dentro dispositivo de oxidação 224. A injeção de vapor no processo de oxidação gradual dentro dispositivo de oxidação 224 poderia ajudar a reduzir emissões, ao mesmo tempo em que queima proporções quase estequiométricas de ar-combustível. Em determinados aspectos, a injeção de vapor 5230 permite que misturas de ar- combustível pré-misturadas 206g estejam mais próximas de uma proporção estequiométrica sem exceder a faixa de inflamabilidade da mistura de ar-combustível 206g em virtude do vapor de água inerte presente. Em determinados aspectos, o vapor é injetado de forma a criar um padrão de fluxo turbulento dentro do dispositivo de oxidação 224, auxiliando ainda mais no processo de oxidação gradual. Em determinados aspectos, o vapor 5230 é introduzido através de tubos axiais (não mostrados na Figura 5-2) tendo furos radiais e posicionados em torno do perímetro do dispositivo de oxidação 224. Em determinados aspectos, o vapor 5204 das serpentinas 5220 é retornado como vapor 5230 e, se o vapor 5204 está em uma pressão igual ou maior do que a pressão dentro de dispositivo de oxidação 224, há menos perda de energia parasítica porque o vapor 5230 já está pressurizado.
[00349] A Figura 5-3 é um diagrama esquemático de um sistema de oxidação gradual 5300 exemplificativo que incorpora dois compresso- res 410, 5308, com um intercooler de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Muitos elementos do sistema 5300 são comuns aos sistemas 5100 e 5200 anteriormente discutidos e sua descrição não é repetida em relação à Figura 5-3. O uso do intercooler 5304 permite uma compressão total maior através dos compressores 410 e 5308, deste modo, aprimorando a eficiência do sistema 5300. O intercooler 5304 esfria o fluxo 5302, o qual é ainda comprimido por 5308. Uma menor temperatura no compressor 5308 reduz a quantidade de trabalho termodinâmico, ou seja, potência, usada para comprimir o gás. O intercooler permite que o fluxo 5310 esteja em uma temperatura menor do que seria possível sem o intercooler 5304. Isto permite que mais energia térmica seja recuperada no recuperador 418. A quantidade de energia recuperada no recuperador 418 é proporcional à diferença de temperatura entre a exaustão da turbina 420 e a temperatura de entrada no recuperador 5310.
[00350] A Figura 5-4 é um diagrama esquemático de um sistema de oxidação gradual exemplificativo que incorpora um dispositivo de oxidação gradual de inicialização de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Muitos elementos do sistema 5400 são comuns aos sistemas 5100, 5200 e 5300 anteriormente discutidos e sua descrição não é repetida em relação à Figura 5-4. A mistura de ar- combustível 5102 é alimentada como um fluxo de mistura de ar- combustível aquecida, comprimida 5408 para uma entrada do dispositivo de oxidação 224. Uso de um dispositivo de oxidação de inicialização 5420 permite que o principal dispositivo de oxidação 224 seja levado para a temperatura de funcionamento, ou seja, acima da temperatura de autoignição da mistura de ar-combustível aquecida, comprimida 5408, com uma quantidade reduzida de formação de NOx comparado com o uso de um combustor convencional que queima de um combustível HEC em uma chama aberta (por exemplo, Figura 1-10). O dispositivo de oxidação de inicialização 5420 é alimentado com um suprimento de uma mistura de ar-combustível 5428 e, em determinadas modalidades, pressurizado com um soprador 5422. Os gases quentes resultantes de combustão, isto é, os gases de combustão, são alimentados de uma saída do dispositivo de oxidação de inicialização 5420 para uma entrada no dispositivo de oxidação 224. Em determinadas modalidades, o gás de combustão do dispositivo de oxidação de inicialização 5420 entra no dispositivo de oxidação 224 através da mesma entrada que a mistura de ar-combustível aquecida, comprimida 5408. Uma válvula 5426 é fornecida para desligar este subsistema de inicialização quando o principal dispositivo de oxidação 224 atinge a temperatura de funcionamento e o subsistema de compressor/turbina 410/414 é inicializado. No sistema 5400, filtros 5402 e 5424 são fornecidos para remover partículas e outros componentes indesejáveis das respectivas misturas de ar-combustível 5102 e 5428.
[00351] As vantagens de usar um dispositivo de oxidação gradual de inicialização da Figura 5-4 incluem redução de emissões poluentes, por exemplo, NOx, durante inicialização do sistema. Ele também permite usar o gás LEC nativo no local, em vez de manter um fornecimento separado de combustível HEC para inicialização de sistemas de combustão.
[00352] A Figura 5-5 é um diagrama esquemático de um sistema de oxidação gradual 5500 exemplificativo que incorpora vários pontos 5504, 5510, 5516 e 5522 de injeção de água 430 de acordo com determinados aspectos da presente descrição. Muitos elementos do sistema 5500 são comuns aos sistemas 5100-5400 discutidos anteriormente e sua descrição não é repetida em relação à Figura 5-1 à Figura 5-4. Processos subsequentes para cada ponto de injeção 5504, 5510, 5516 e 5522 vaporizarão uma determinada quantidade de água no entrada do processo em um gás, ao mesmo tempo em que resfria o fluxo de gás de saída de processo em virtude do calor latente de evaporação da água injetada. A injeção de água pode ser realizada estrategicamente em locais individuais apenas ou em combinação com outros locais de injeção de água.
[00353] A injeção de água no local 5504 pode ser usada para esfriar a temperatura da corrente de fluxo de entrada do compressor 410. Temperaturas de entrada menores aumentam a densidade do fluido que entra no ciclo de turbina a gás, aumentando a potência de saída. Temperaturas de entrada do compressor mais frias também reduzem a quantidade de trabalho (potência) usado para comprimir o gás 5508, deixando mais energia no eixo 412 disponível para acionamento do gerador 416.
[00354] A injeção de água nos locais 5510, 5516 e no permutador de calor 418 aumenta a potência de saída do ciclo da turbina. Compressão de água líquida, conforme tipicamente realizado por uma bomba, pode ser mais eficiente do que compressão de uma mistura gasosa no compressor 410. A turbina 414 gerará mais trabalho em virtude da maior quantidade de fluxo de massa do gás de combustão. Estes ciclos são, muitas vezes,ditos como "ciclos de ar úmido" na técnica. O sistema 5500 pode, portanto, aproveitar os efeitos benéficos de injeção de água em um ciclo, ao mesmo tempo em que não produz NOx térmico, em virtude do processo de oxidação gradual.
[00355] Injeção e evaporação de água no recuperador 418 podem representar mais do que apenas as vantagens de desempenho de ciclo termodinâmico listadas no parágrafo anterior. O recuperador 418 está sendo naturalmente aquecido pelo fluxo de exaustão 5526. Evaporação da água pode aumentar o coeficiente de transferência de calor real do fluxo entre 5512 e 5514, deste modo, permitindo um permu- tador de calor físico menor.
[00356] Outras modalidades e métodos de injeção de água também podem ser usados de acordo com a descrição fornecida aqui. Por exemplo, outros sistemas e métodos de injeção de água ao sistema de oxidação estão descritos no Pedido dos Estados Unidos N° de Série 13/048.796, depositado em 15 de Março de 2011, a totalidade do qual é incorporada por referência, na medida em que os ensinamentos do Pedido não sejam incompatíveis com a presente descrição.
[00357] A Figura 5-6 é um diagrama 5600 do teor de gás da exaustão de vários sistemas. Pode ser visto que turbinas a gás convencionais operam geralmente com mais de aproximadamente 9% em massa de oxigênio residual livre na corrente de exaustão. Usando as técnicas de oxidação gradual no dispositivo de oxidação da Figura 5-2 e Figura 5-3, enquanto gera vapor simultâneo, o teor de oxigênio que sai dos dispositivos de oxidação e ciclos de turbina a gás será menor, de preferência na faixa de 1,5-5%. A Figura 5-6 mostra que isso está bem abaixo da faixa para turbinas a gás convencionais. Consequentemente, a geração simultânea de gás de combustão sem poluente e vapor em um dispositivo de oxidação/ gerador de vapor, por exemplo, o sistema 5200 da Figura 5-2, é nova na técnica. E, conforme anteriormente discutido neste documento, níveis menores de oxigênio e níveis maiores de CO2 e H2O são benéficos para o ciclo de turbina a gás de Brayton.
[00358] O controle do sistema de oxidação gradual pode ser executado em uma série de maneiras. Em determinados aspectos, um método para assegurar a oxidação completa muda o tempo de residência da mistura de combustível e ar dentro do vaso de oxidação. Em determinados aspectos, uma turbina a gás supre o dispositivo de oxidação gradual e a turbina está configurada para variar sua velocidade rotacional usando, por exemplo, geradores de velocidade variável e aparelhos eletrônicos ou conversores, os quais são conhecidos por aqueles versados na técnica. Em determinados aspectos, um ventila- dor alimenta uma mistura de combustível e ar a um dispositivo de oxidação, por exemplo, conforme mostrado na Figura 2-1, e o ventilador é suprido por uma unidade de velocidade variável, com a velocidade do ventilador reduzida para aumentar o tempo de residência dentro do dispositivo de oxidação.
[00359] Em algumas modalidades, os sistemas de oxidação descrito aqui podem ser usados para oxidação de combustível de modo flexível, eficiente e limpo. As reações de oxidação descritas aqui constituem métodos para oxidação de materiais residuais e prevenção ou minimização de poluição do ar pelos mesmos. Por exemplo, métodos e sistemas de como as reações de oxidação podem ser usadas são fornecidos no Pedido de Patente dos Estados Unidos Nos de Série 13/115.910, depositado em 25 de Maio de 2011 e 13/115.902, depositado em 25 de Maio de 2011, ambos os quais são aqui incorporados por referência na íntegra, na medida em que seus ensinamentos não sejam incompatíveis com as descrições fornecidas aqui.
[00360] A descrição precedente é proporcionada para permitir que uma pessoa com conhecimentos correntes na técnica pratique os vários aspectos descritos aqui. Embora o precedente tenha descrito o que se considera ser o melhor modo e/ou outros exemplos, deverá ser entendido que várias modificações nestes aspectos serão prontamente evidentes para aqueles versados na técnica e os princípios genéricos definidos aqui poderão ser aplicados a outros aspectos. Adicionalmente, embora as várias modalidades sejam descritas em diferentes se-ções, parágrafos e em relação à diferentes figuras, a menos que expresso de outra forma, várias modalidades podem ser combinadas com outras modalidades descritas. Assim, as reivindicações não se destinam a estar limitadas aos aspectos mostrados aqui, mas devem estar de acordo com o escopo completo consistente com as reivindicações de linguagem, em que referência a um elemento no singular não se destina a significar "um e apenas um", a menos que especificamente indicado de outro modo, mas sim "um ou mais". Salvo indicação em contrário, os termos "um conjunto" e "alguns" referem-se a um ou mais. Títulos e subtítulos, se houver, são usados apenas para conveniência e não limitar a descrição.
[00361] Deverá ser entendido que a ordem específica ou hierarquia de etapas dos processos descritos é uma ilustração de abordagens exemplificativas. Com base em preferências de design, deverá ser entendido que a ordem ou hierarquia de etapas específicas nos processos podem ser alteradas. Algumas das etapas podem ser executadas simultaneamente. As reivindicações de método associadas apresentam elementos das várias etapas em uma ordem de amostra e não se destinam a estar limitadas à ordem ou hierarquia específica apresentada.
[00362] Termos tais como "superior", "inferior", "frontal", "posterior" e similares, conforme usado no presente relatório descritivo, deve ser entendido como referindo-se a um quadro de referência arbitrário, em vez de ao quadro de referência gravitacional normal. Assim, uma superfície superior, uma superfície inferior, uma superfície frontal e uma superfície posterior podem estender-se para cima, para baixo, na diagonal ou horizontalmente em um quadro de uma referência gravitacio- nal.
[00363] Uma frase tal como um "aspecto" não implica que tal aspecto é essencial para a tecnologia em questão ou que esse aspecto se aplica a todas as configurações da tecnologia em questão. Uma descrição relativa a um aspecto pode se aplicar a todas as configurações ou uma ou mais configurações. Uma frase, tal como um aspecto, pode referir-se a um ou mais aspectos e vice-versa. Uma frase, tal como uma "modalidade", não implica que tal modalidade é essencial para a tecnologia em questão ou que tal modalidade é aplicável a to das as configurações da tecnologia em questão. Uma descrição relativa a uma modalidade pode ser aplicada a todas as modalidades ou uma ou mais modalidades. Uma frase, tal como uma modalidade, pode referir-se a uma ou mais modalidades e vice-versa.
[00364] A palavra "exemplificativo(a)" é usada aqui para significar "servir como um exemplo ou ilustração". Qualquer aspecto ou design descrito aqui como "exemplificativo" não deve ser necessariamente interpretado como preferido ou vantajoso em relação a outros aspectos ou designs.
[00365] Conforme usado aqui, listagens que citam "pelo menos um de A, B e C" ou "pelo menos um de A, B ou C" se destinam a significar apenas A, apenas B, apenas C ou qualquer combinação de A, B e C, incluindo todos de A, B e C.
[00366] Todos os equivalentes estruturais e funcionais aos elementos dos vários aspectos descritos ao longo da presente descrição que são conhecidos ou mais tarde venham a ser conhecidos por aqueles versados na técnica são aqui expressamente incorporados por referência e se destinam a ser abrangidos pelas reivindicações. Além disso, nada descrito aqui se destina a ser dedicada ao público, independentemente da presente descrição ser expressamente citada nas reivindicações. Nenhum elemento reivindicado deve ser interpretado de acordo com as disposições do 35 USC §112, parágrafo sexto, a menos que o elemento seja expressamente citado usando a frase "meios para" ou, no caso de uma reivindicação de método, o elemento seja citado usando a frase "etapa para". Além disso, na medida em que o termo "inclui", "tem" ou similar é usado na descrição ou nas reivindicações, tal termo se destina a ser inclusivo, de maneira similar ao termo "compreende", tal como "compreendem", que é interpretado quando empregado como uma palavra de transição em uma reivindicação.
Claims (10)
1. Sistema para oxidação de combustível (400, 450, 3000, 3100, 4500) compreendendo: um dispositivo de oxidação (224) que tem uma câmara de reação com uma entrada(206 g, 515) e uma saída (226), a câmara de reação (500) configurada para receber um gás (206d, 530, 604, 3005, 4005) que compreende um combustível oxidável através da entrada, o dispositivo de oxidação (224) configurado para manter um processo de oxidação sem um catalisador; um módulo de detecção (527) configurado para detectar quando pelo menos um de (a) a temperatura de reação dentro da câmara de reação se aproxima da temperatura de extinção de chama do combustível dentro da câmara de reação ou (b) a temperatura de entrada na câmara de reação do combustível oxidável na entrada se aproxima de um limiar de autoignição; e um módulo de correção (528) configurado para emitir instruções, com base no módulo de detecção (527) e enquanto uma temperatura de reação adiabática calculada excede a temperatura de extinção de chama, para (i) um meio de remoção de calor da câmara de reação (500) ou (ii) um meio de reduzir a temperatura de entrada na câmara de reação (500); caracterizado pelo fato de que o módulo de correção (528) é configurado para (i) manter a temperatura real dentro da câmara de reação (500) abaixo da temperatura de extinção de chama, (ii) manter a temperatura de entrada acima do limiar de autoignição do combustível e (iii) manter a temperatura de reação adiabática calculada acima da temperatura de extinção de chama.
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo de correção (528) emite instruções para remover calor da câmara de reação (500) através de um trocador de calor.
3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo de correção (528) emite instruções para remover calor da câmara de reação (500) através de um fluido.
4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo de correção (528) emite instruções para elevar a temperatura de entrada.
5. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de ainda compreender um trocador de calor (1060) posicionado dentro da câmara de reação.
6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a câmara de reação (500) é configurada para manter a oxidação do combustível oxidável abaixo da temperatura de extinção de chama.
7. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo de correção (528) emite instruções para remover calor da câmara de reação (500) quando a temperatura dentro da câmara de reação (500) excede 1260°C (2300° F).
8. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender uma turbina (414) que recebe o gás da câmara de reação (500) e expande o gás.
9. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender um compressor (410, 3010, 5308) que recebe e comprime o gás compreendendo uma mistura de combustível antes de introdução da mistura de combustível na câmara de reação (500).
10. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o combustível oxidável compreende pelo menos um de hidrogênio, metano, etano, etileno, gás natural, propano, propileno, propadieno, n-butano, iso-butano, butileno-1, butadieno, iso pentano, n-pentano, acetileno, hexano e monóxido de carbono.
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