BR112019014015A2

BR112019014015A2 - Suspensão gasosa combustível transportável de partículas de combustível sólido

Info

Publication number: BR112019014015A2
Application number: BR112019014015-8A
Authority: BR
Inventors: S. Swensen James; K. Hodson Simon
Original assignee: Fenix Advanced Technologies, Limited
Priority date: 2017-01-06
Filing date: 2018-01-05
Publication date: 2020-02-11
Also published as: GB2575367B; US10669497B2; RU2019124714A3; JP2020514520A; WO2018129370A1; AU2018206411A1; RU2756517C2; US20180195018A1; GB201911039D0; GB2575367A; CA3049410A1; RU2019124714A; CN110446775B; KR20190114990A; DE112018000324T5; CN110446775A; MX2019008152A

Abstract

a presente invenção refere-se a uma suspensão gasosa combustível e transportável que inclui partículas de combustível sólido suspensas em um carreador gasoso. as partículas de combustível sólido têm um tamanho das partícula pequeno o bastante para permanecer suspensas durante o transporte. o carreador gasoso pode incluir gases reativos e inertes. as partículas de combustível sólido podem incluir matéria carbonada sólida derivada do carvão. outros exemplos de partículas de combustível sólido incluem biomassa, bioprodutos refinados e partículas de polímeros combustíveis. a suspensão gasosa combustível pode ser feita sob medida para ter uma densidade de energia a pressão atmosférica equiparável a combustíveis de hidrocarbonetos gasosos. o combustível de combustão gasoso pode ser pressurizado a uma pressão na faixa de 2 a 100 atmosferas.

Description

SUSPENSÃO GASOSA COMBUSTÍVEL TRANSPORTÁVEL DE PARTÍCULAS DE COMBUSTÍVEL SÓLIDO

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [001 ]A presente invenção refere-se a uma suspensão gasosa combustível transportável de partículas de combustível sólido. A suspensão gasosa inclui partículas de combustível sólido suspensas em um gás carreador. O gás pode ser reativo, tal como ar, oxigênio ou misturas desses, ou o gás pode ser inerte, tal como nitrogênio. A suspensão gasosa de partículas de combustível sólido pode ser configurada para ter características de energia semelhantes a combustíveis de hidrocarbonetos gasosos convencionais.

FUNDAMENTOS [002]A densidade de energia dos combustíveis é uma medida da quantidade de energia térmica produzida por combustão por unidade de volume. A Tabela 1 abaixo lista uma densidade de energia volumétrica típica para quatro gases combustíveis comuns a temperatura e pressão normais (NTP). Entende-se por temperatura e pressão normais uma temperatura de 20° C e uma pressão de 1 atm.

Tabela 1. Densidade de Energia Volumétrica de Gases Combustíveis

Selecionados

Gás combustível	Teor de calor (Btu/lb)	Densidade de energia volumétrica (Btu/m³)
Gás Natural	21.000	37.038
Metano	23.811	35.698
Propano	21.564	89.471
Butano	21.640	118.745

[003]Seria um avanço na técnica obter um substituto de preço acessível para os gases combustíveis convencionais. Também seria um avanço na técnica obter um gás combustível cuja densidade de energia volumétrica pudesse ser modificada

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2/17 conforme a necessidade para satisfazer requisitos de energia para o gás combustível. Consistiría ainda outro avanço na técnica obter um gás combustível que fosse transportável em comparação a gases combustíveis convencionais.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [004]A presente invenção refere-se a uma suspensão combustível gasosa transportável de partículas de combustível sólido. A suspensão gasosa combustível compreende predominantemente, em volume, um carreador gasoso no qual partículas de combustível sólido são suspensas para obter um gás combustível com uma densidade de energia equiparável a combustíveis de hidrocarbonetos gasosos convencionais. Exemplos não exaustivos de combustíveis de hidrocarbonetos gasosos incluem gás natural, metano, propano, butano e derivados gasosos desses. O carreador gasoso pode ser reativo ou inerte. Exemplos não exaustivos de gases reativos incluem ar, oxigênio e misturas desses. Um exemplo não exaustivo de gás inerte inclui o nitrogênio.

[005]As partículas de combustível sólido têm um tamanho das partícula pequeno o bastante para permanecer suspensas durante o transporte e o uso. Isso é influenciado tanto pela densidade das partículas de combustível sólido quanto pela densidade do carreador gasoso dentro do qual as partículas de combustível sólido são suspensas. As partículas de combustível sólido terão tipicamente um tamanho das partículas menor que 60 pm, e de preferência menor que 40 pm. Em algumas modalidades não exaustivas, as partículas de combustível sólido podem ter um tamanho das partículas menor que 30 pm. Em algumas modalidades não exaustivas, as partículas de combustível sólido podem ter um tamanho das partículas menor que 20 pm. As partículas de combustível sólido podem ter um tamanho das partículas menor que 10 pm. As partículas de combustível sólido podem ter um tamanho das partículas menor que 5 pm. Em algumas modalidades, as partículas de combustível sólido têm um tamanho médio das partículas menor

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3/17 que 20 μιτι. Em algumas modalidades não exaustivas, as partículas de combustível sólido têm um tamanho médio das partículas menor que 10 pm. Em outras modalidades não exaustivas, as partículas de combustível sólido têm um tamanho médio das partículas menor que 5 pm. As partículas de combustível sólido podem ter um tamanho médio das partículas menor que 2,5 pm.

[006]As partículas de combustível sólido compreendem partículas finamente divididas de um material de combustível energético ou combustível. As partículas de combustível sólido podem ser derivadas de uma mesma fonte de materiais de combustível energéticos ou combustíveis ou pode-se usar uma mistura ou mescla de diferentes materiais de combustível energéticos ou combustíveis. Em uma modalidade não exaustiva, as partículas de combustível sólido compreendem partículas finas de carvão, incluindo a matéria carbonada derivada do carvão. Quando a matéria carbonada derivada do carvão possui um tamanho das partículas pequeno o bastante para ser substancialmente isenta de matéria mineral inerente, ela é chamada de hidrocarboneto sólido derivado do carvão. Em algumas modalidades, as partículas de combustível sólido compreendem partículas de hidrocarboneto sólido derivado do carvão.

[007]Em algumas modalidades, a matéria carbonada sólida derivada do carvão contém quantidades reduzidas de matéria mineral derivada do carvão e quantidades reduzidas de enxofre. Em uma modalidade não exaustiva, a matéria carbonada sólida derivada do carvão contém menos de 1% em peso de matéria mineral derivada do carvão. Em uma modalidade não exaustiva, a matéria carbonada sólida derivada do carvão contém menos de 0,5% em peso de enxofre.

[008]As partículas de combustível sólido suspensas no carreador gasoso reveladas neste documento são por vezes chamadas de Micro Combustível de Carbono Limpo (pCCF).

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4/17 [009]Um dispersante pode ser usado junto com a matéria carbonada sólida derivada do carvão para inibir a aglomeração das partículas finas. Em uma modalidade não exaustiva, o dispersante compreende um ácido orgânico. O dispersante pode ser um ácido orgânico selecionado dentre ácido carboxílico linear, cíclico, saturado ou insaturado e ácidos policarboxílicos. Em uma modalidade atualmente preferida, o dispersante é ácido cítrico. Em outra modalidade não exaustiva, o dispersante é um tensoativo à base de lignossulfonato. Outra classe de dispersante que pode ser usada inclui dispersantes não iônicos, tais como dispersantes de óxido de polietileno.

[010]As partículas de combustível sólido também podem ser derivadas de materiais orgânicos, incluindo materiais orgânicos residuais. Em ainda outra modalidade, as partículas de combustível sólido são derivadas de biomassa residual. Além disso, as partículas de combustível sólido podem ser um bioproduto refinado, tal como açúcares, amidos, celulose, farinha etc. Em aditamento, as partículas de combustível sólido podem consistir em qualquer composto de combustível sólido de ocorrência natural ou sintetizado, incluindo polímeros, por exemplo, qualquer material carbonado.

[011]Um objetivo da invenção consiste em obter uma suspensão gasosa combustível de partículas de combustível sólido com uma densidade de energia volumétrica equiparável à de combustíveis de hidrocarbonetos gasosos convencionais.

[012]Em uma modalidade não exaustiva, as partículas de combustível sólido têm um tamanho menor que 30 pm e uma densidade energética maior que 5.000 Btu/lb. Em outra modalidade não exaustiva, as partículas de combustível sólido têm um tamanho menor que 30 microns e uma densidade maior que 500 kg/m³. Em ainda outra modalidade não exaustiva, as partículas de combustível sólido têm uma densidade de energia maior que 5.000 Btu/lb e uma densidade maior que 500 kg/m³.

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Perceber-se-á que o tamanho das partículas de combustível sólido, a densidade de energia e os valores de densidade podem variar. Por exemplo, carvões betuminosos podem ter uma densidade de energia em base seca na faixa de 12.500 a 15.000 Btu/lb, ao passo que carvões de rank mais baixo e biossólidos podem ter uma densidade de energia em base seca na faixa de 10.000 a 13.000 Btu/lb. A água associada ao combustível sólido reduz a densidade de energia. As partículas de combustível sólido parcialmente oxidadas têm uma densidade de energia mais baixa em comparação a partículas de combustível não oxidadas.

[013]Em uma modalidade não exaustiva, o carreador gasoso é o ar, as partículas de combustível sólido compreendem uma matéria carbonada sólida derivada do carvão e têm um tamanho das partículas menor que 10 pm, e a suspensão gasosa combustível de partículas de combustível sólido possui uma densidade de energia volumétrica a pressão atmosférica na faixa de 25.000 a 120.000 Btu/m³.

[014]Em uma modalidade não exaustiva, a suspensão gasosa combustível possui uma pressão na faixa de 2 a 100 atmosferas. A pressurização permite que a suspensão gasosa combustível seja transportada via gasodutos pressurizados. Na China, por exemplo, o gás natural é distribuído a uma pressão de cerca de 60 atmosferas. Nos Estados Unidos, o gás natural é distribuído a uma pressão de cerca de 100 atmosferas.

[015]Um método para transportar uma suspensão gasosa combustível pode incluir suspender partículas de combustível sólido em um carreador gasoso para formar uma suspensão gasosa combustível. A suspensão gasosa combustível pode ser pressurizada a uma pressão adequada para transporte. Essas pressões geralmente variam de cerca de 60 a 100 atmosferas (atm) para transporte de longa distância. Linhas de distribuição de gás residenciais variam de cerca de 7 atm (15 a

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120 libras por polegada quadrada (psi)). A distribuição de gás aos lares geralmente é regulada para baixo para cerca de 0,25 psi.

[016]Em uma modalidade não exaustiva do método para transportar uma suspensão gasosa combustível, a suspensão gasosa combustível compreende mais de 90% em volume de gás carreador, e as partículas de combustível sólido compreendem uma matéria carbonada sólida derivada do carvão e têm um tamanho das partículas menor que 30 pm.

BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS DOS DESENHOS [017]Para que o modo como são obtidas as características e vantagens supramencionadas da invenção, além de outras características e vantagens, seja entendido com facilidade, uma descrição mais específica da invenção resumida acima será apresentada com referência a concretizações específicas da mesma, as quais são ilustradas nos desenhos anexos. Sem esquecer que esses desenhos representam somente concretizações habituais da invenção e, portanto, não devem ser interpretados de modo a limitar-lhe o âmbito, descrever-se-á e explicar-se-á a invenção com especificidade e detalhes adicionais tomando como referência os desenhos anexos, dentre os quais:

[018]A Fig. 1 ilustra uma representação esquemática de um ciclone usado em alguns exemplos para separar partículas de combustível sólido pelo tamanho das partículas.

[019]A Fig. 2 é um gráfico do volume diferencial por diâmetro das partículas das partículas finas que saem pelo topo do ciclone ilustrado na Fig. 1 e das partículas mais grossas que saem pela base do ciclone. A Fig. 2 também ilustra a distribuição do tamanho das partículas das partículas de carvão alimentadas ao ciclone.

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7/17 [020]A Fig. 3 ilustra uma representação esquemática de um ciclone usado em alguns exemplos para separar partículas de combustível sólido por tamanho das partículas.

[021 ]A Fig. 4 é um gráfico do volume diferencial por diâmetro das partículas das partículas finas que saem pelo topo do ciclone ilustrado na Fig. 3 e das partículas mais grossas que saem pela base do ciclone.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [022]A presente invenção refere-se a uma suspensão combustível gasosa de partículas de combustível sólido. A suspensão gasosa de partículas de combustível sólido pode ser configurada para ter características de energia semelhantes a combustíveis de hidrocarbonetos gasosos convencionais.

[023]Partículas de combustível sólido finas, tais como partículas de carvão finas, podem ser suspensas no ar e transportadas. Essa mistura de partículas de combustível sólido finas no ar comporta-se como um gás combustível quando transportada no gasoduto e queimada ao fim do uso para produzir calor e trabalho. Essa mistura usada para transporte é uma nova composição da matéria. A Tabela 2 abaixo traz a porcentagem em peso, porcentagem em volume e densidade de energia volumétrica para misturas exemplificativas de partículas de combustível sólido finas suspensas no ar a temperatura e pressão normais. Utilizou-se carvão fino como partículas de combustível sólido finas nos resultados na tabela abaixo. As partículas de carvão finas exibiram uma densidade de 1,2 kg/m³ e um teor de calor de 14.500 Btu/lb. O gás natural é o gás combustível usado com mais frequência. Uma mistura de 50% em peso de partículas de combustível sólido finas como a que acabamos de descrever possui uma densidade de energia volumétrica de 39.120 Btu/m³, a qual assemelha-se à do gás natural. A porcentagem em volume de partículas de combustível sólido a 50% em peso é de 0,1%. À medida que a porcentagem em massa e volume aumenta, o teor de energia volumétrica do gás

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8/17 combustível formado ao suspender partículas de combustível sólido finas no ar continua aumentando. Uma mistura de 95% em peso de partículas de combustível sólido possui uma porcentagem em volume de apenas 1,9%, e a densidade de energia volumétrica é de 729.877 Btu/m³, que é cerca de 20 vezes maior que o teor de energia volumétrica do gás natural a temperatura e pressão normais.

Tabela 2

Gás combustível de ar e partículas de combustível sólido finas
% em massa de pCCF	% em volume de pCCF	Densidade de energia volumétrica (Btu/m³)
1%	0%	396
10%	0,01%	4.351
20%	0,03%	9.787
30%	0,04%	16.775
40%	0,07%	26.089
50%	0,10%	39.120
60%	0,15%	58.650
70%	0,24%	91.155
80%	0,41%	156.002
85%	0,58%	220.628
90%	0,91%	349.228
95%	1,90%	729.877

[024]A suspensão gasosa combustível de partículas de combustível sólido é uma composição de combustível multifásica que compreende uma mistura de partículas de combustível sólido suspensas e um carreador gasoso. O carreador gasoso pode ser reativo ou inerte. Exemplos não exaustivos de gases reativos incluem ar, oxigênio e misturas desses. Um exemplo não exaustivo de um gás inerte é o nitrogênio.

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9/17 [025]As partículas de combustível sólido compreendem partículas finamente divididas de um material de combustível energético ou combustível. Em uma modalidade não exaustiva, as partículas de combustível sólido compreendem partículas finas de carvão. Mais especificamente, as partículas de carvão finas compreendem matéria carbonada derivada do carvão. Quando triturada a um tamanho pequeno o bastante para que seja substancialmente isenta de matéria mineral inerente, a matéria carbonada derivada do carvão existe como um hidrocarboneto sólido derivado do carvão. Em outras modalidades não exaustivas, as partículas de combustível sólido compreendem partículas de hidrocarboneto sólido derivado do carvão.

[026]Em outra modalidade, as partículas de combustível sólido são derivadas de materiais orgânicos, incluindo materiais orgânicos residuais. Em ainda outra modalidade, as partículas de combustível sólido são derivadas de biomassa residual. Exemplos não exaustivos de biomassa residual incluem serragem, mudas, lascas de madeira e pedúnculos. Além disso, as partículas de combustível sólido podem ser um bioproduto refinado. Exemplos não exaustivos de um bioproduto refinado incluem açúcares, amidos, celulose, farinha etc. Em aditamento, as partículas de combustível sólido podem consistir em qualquer composto de combustível sólido sintetizado. Exemplos não exaustivos de compostos de combustível sólido sintetizados incluem os que contêm polímeros, tais como polietilenos, polipropilenos, policarbonatos, poliestirenos, borrachas etc. Os compostos de combustível sólido sintetizados podem ser materiais orgânicos residuais, incluindo polímeros residuais. Exemplos não exaustivos de polímeros residuais incluem pneumáticos usados, sacolas de mercado de polipropileno e isopor.

[027]As partículas de combustível sólido podem ser derivadas de uma mesma fonte de materiais de combustível energéticos ou combustíveis. Como

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10/17 alternativa, as partículas de combustível sólido podem ser derivadas de uma mistura ou mescla de diferentes materiais de combustível energéticos ou combustíveis.

[028]As partículas de combustível sólido têm um tamanho que as permite ser facilmente suspensas e permanecer suspensas no carreador gasoso por um período de tempo prático durante o armazenamento, transporte e/ou uso. A lei de Stokes define a força de atrito ou força de arrasto quando o número de Reynold é baixo (por exemplo, para partículas esféricas minúsculas) à medida que atravessa-se um fluido ou gás. Quando a força de arrasto é igual à força da aceleração gravitacional, podese calcular uma velocidade terminal para essas partículas minúsculas. Este caso não pressupõe nenhuma outra força que não o arrasto do ar calmo. Assim, a lei de Stokes pode ser usada para calcular a velocidade de sedimentação de uma esfera de dada densidade no ar ou em outros gases ou líquidos se o diâmetro for menor que cerca de 250 microns:

A ·£Γ

V = ^—-tfrs-Wa]

18*7 onde d = diâmetro geométrico da esfera (m) l/Vs = densidade da esfera (kg/m³) l/Va = densidade do ar (kg/m³) g = aceleração em função da gravidade (m/s²) η = viscosidade do fluido (kg/(m s)) [029]A Tabela 3 traz a velocidade de sedimentação calculada de partículas esféricas no ar a temperatura e pressão normais para diâmetros de 0,5 micron até 60 microns quando l/Vs = 1.200 kg/m³, l/Va = 1,2 kg/m³, g = 9,8 m/s² e η = 1,81 x 10’⁵kg/(m s) usando um modelo baseado na lei de Stokes.

Tabela 3

diâmetro (pm)	Velocidade de sedimentação (m/s)
0,5	9,01 x 10’⁶
1	3,61 x 10’⁵

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2,5	2,25 x 10’⁴
5	9,01 x 10’⁴
10	3,61 x 10’³
20	1,44 x 10’²
30	3,25 x W²
60	1,19 x W¹

[030]Uma suspensão combustível gasosa movendo-se a uma velocidade que ultrapassa a velocidade de sedimentação das partículas na suspensão manterá as partículas suspensas.

[031]Com base na lei de Stokes e na discussão precedente, perceber-se-á também que partículas com uma densidade mais baixa também possuirão uma velocidade de sedimentação mais baixa. É possível suspender em um carreador gasoso partículas de combustível sólido com um tamanho das partículas mais alto e uma densidade mais baixa em comparação a partículas de combustível sólido menores e mais densas. Assim, diferentes tipos e tamanhos de partículas de combustível sólido podem ser suspensos e permanecer suspensos no combustível gasoso.

[032]Como mencionado acima, as partículas de combustível sólido devem ter um tamanho das partículas menor que 60 pm, mais preferivelmente menor que 40 pm. Em uma modalidade não exaustiva, as partículas de combustível sólido têm um diâmetro menor que 30 pm. Em outra modalidade não exaustiva, as partículas de combustível sólido têm um diâmetro menor que 20 pm. Em ainda outra modalidade não exaustiva, as partículas de combustível sólido têm um diâmetro menor que 10 pm. Em uma modalidade não exaustiva, as partículas de combustível sólido têm um diâmetro menor que 5 pm. Em algumas modalidades, as partículas de combustível sólido têm um tamanho médio das partículas menor que 20 pm. Em algumas modalidades não exaustivas, as partículas de combustível sólido têm um

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12/17 tamanho médio das partículas menor que 10 pm. Em outra modalidade não exaustiva, as partículas de combustível sólido têm um diâmetro médio menor que 5 pm. Em ainda outra modalidade não exaustiva, as partículas de combustível sólido têm um tamanho médio menor que 2,5 pm. Em uma modalidade não exaustiva, 99% das partículas de combustível sólido são menores que 40 pm. Em uma modalidade não exaustiva, 99% das partículas de combustível sólido são todas menores que 20 pm. Em outra modalidade não exaustiva, 99% das partículas de combustível sólido são todas menores que 10 pm. Em outras modalidades não exaustivas, partículas de combustível sólido mais grossas e menos densas podem ser usadas com êxito.

[033]O período de tempo durante o qual as partículas de combustível sólido permanecem suspensas pode variar dependendo do uso tencionado da suspensão gasosa combustível. Por exemplo, se a suspensão gasosa combustível for preparada sob demanda para uso imediato, o período de tempo da suspensão pode ser curto, tal como de segundos, minutos ou horas. Em contrapartida, se a suspensão gasosa combustível for armazenada por um período de tempo, o período de tempo de suspensão prático pode ser medido em dias, semanas ou meses. Perceber-se-á que partículas de combustível sólido mais finas permanecerão naturalmente suspensas por um período de tempo mais longo em comparação a partículas de combustível sólido mais grossas. Uma partícula com tamanho de cerca de 10 pm permanece suspensa por minutos a horas, ao passo que uma partícula com tamanho de cerca de 2,5 pm pode permanecer suspensa por dias ou semanas.

[034]Em uma modalidade revelada, o carreador gasoso compreende ar, e as partículas de combustível sólido suspensas compreendem partículas de carvão finas que incluem matéria carbonada derivada do carvão. A quantidade de partículas de carvão misturadas a ar pode variar de cerca de 5% em volume ou menos, a pressão atmosférica. As partículas de carvão podem ter um tamanho médio das partículas menor que 30 pm.

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13/17 [035]Um dispersante pode ser adicionado às partículas de carvão finas para reduzir a aglomeração de partículas Em uma modalidade não exaustiva, o dispersante é um ácido orgânico. O dispersante pode ser um ácido orgânico selecionado dentre ácido carboxílico linear, cíclico, saturado ou insaturado e ácidos policarboxílicos. Em uma modalidade atualmente preferida, o dispersante é ácido cítrico. Em outra modalidade não exaustiva, o dispersante é um tensoativo à base de lignossulfonato. Outra classe de dispersante que pode ser usada é a de dispersantes não iônicos, tais como um dispersante de óxido de polietileno.

[036]Os exemplos não exaustivos a seguir são dados para ilustrar várias modalidades relacionadas à suspensão gasosa combustível de partículas de combustível sólido revelada. Deve-se ter em mente que esses exemplos não são abrangentes nem exaustivos dos muitos tipos de modalidades que podem ser praticados de acordo com a invenção aqui revelada.

EXEMPLO 1 [037]Elaborou-se um experimento para testar se as partículas de carvão finas sedimentam no ar calmo como prevê a lei de Stokes. Em primeiro lugar, obtiveram-se partículas de carvão finas passando as partículas de carvão através de um pequeno ciclone. Ciclones são dispositivos que podem ser usados para classificar partículas em água corrente ou corrente de ar com base no tamanho.

[038]O ciclone usado nesse experimento é ilustrado na Figura 1. Ele teve uma abertura de base de cerca de 4,7 mm e uma abertura de topo de 14,5 mm, além de 105 mm de altura. Uma pequena bomba a vácuo operando a uma velocidade de 1,9 litros por minuto foi conectada à porta superior do ciclone. As partículas grandes que saíram pela porta inferior foram coletadas em uma cápsula ou pote de grânulos. As partículas pequenas transportadas pelo topo do ciclone na corrente de ar foram coletadas em um papel-filtro fino antes de adentrar no vácuo. A Figura 2 ilustra um gráfico de análise do tamanho das partículas para as partículas

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14/17 menores que saíram pelo topo do ciclone e as partículas maiores que saíram pela base do ciclone. A Figura 2 também ilustra a distribuição de tamanho das partículas para as partículas de carvão alimentadas ao ciclone. As partículas finas que saíram pelo topo exibiram um tamanho médio das partículas de 4,4 pm. As partículas grandes que saíram pela base do ciclone exibiram um tamanho médio das partículas de 18,8 pm.

[039]O ciclone foi então configurado conforme ilustra a Figura 3. Nessa configuração, as partículas finas que deixavam o ciclone foram passadas através de uma caixa cúbica de aço inoxidável com paredes internas com comprimento de 2,25 polegadas (5,715 cm) e uma janela de 1,5 polegadas (3,81 cm) de diâmetro em dois lados para que se pudesse ver através da caixa e observar as partículas suspensas. O fluxo de ar volumétrico da bomba a vácuo foi medido em 1,9 litros por minuto. A tubulação do ciclone à caixa de aço e da caixa de aço à bomba a vácuo teve um diâmetro interno de 6,9 mm. Com base na taxa de fluxo de ar volumétrico da bomba a vácuo, a velocidade do ar no tubo foi calculada em 0,85 m/s. A velocidade do ar na caixa cai graças à maior superfície transversal do recipiente e foi calculada em 0,0096 m/s.

[040]De acordo com a Tabela 3, a velocidade de sedimentação para partículas suspensas no ar de uma partícula de 60 pm de diâmetro é de 0,12 m/s, a velocidade de sedimentação de uma partícula de 30 pm é de 0,033 m/s, a velocidade de sedimentação de uma partícula de 20 pm é de 0,014 m/s, e a velocidade de sedimentação de uma partícula de 10 pm é de 0,0036 m/s. Com base na Figura 2, algumas partículas de 30 e 60 pm encontram-se entre as partículas alimentadas. A velocidade do ar na tubulação é superior à velocidade de sedimentação para partículas nessa faixa e, portanto, elas devem poder ser transportadas na tubulação. No entanto, a velocidade do ar dentro da caixa é mais baixa do que a velocidade de sedimentação dessas partículas. Logo, não espera-se

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15/17 que partículas maiores que 30 microns permaneçam em suspensão dentro da caixa com a taxa de fluxo de ar volumétrico dessa configuração experimental.

[041 ]De acordo com a Tabela 3, a velocidade de sedimentação de uma partícula de 10 pm é de 0,0036 m/s. A velocidade do ar dentro da caixa é de 0,0096 m/s, que é maior que a velocidade de sedimentação de partículas de 10 pm. Logo, espera-se que partículas de 10 pm ou menos estejam em suspensão na caixa quando o ar fluir através dela à taxa volumétrica de 1,9 litros por minuto.

[042]Enquanto a configuração experimental descrita neste documento e ilustrada na Figura 3 operava, as partículas que deixavam o topo do ciclone e deslocavam-se à caixa exibiram um tamanho médio das partículas de 4,4 pm. Uma luz irradiou através da janela negra da caixa. Pôde-se observar as partículas deslocando-se na corrente de ar à medida que ela expandia-se do volume do tubo penetrando na caixa ao volume da caixa. Enquanto a bomba foi mantida ligada e as partículas eram distribuídas ao ciclone, as partículas entraram e saíram da caixa sem sedimentar no fundo da caixa.

[043]Quando a bomba foi desligada, o fluxo de ar cessou. Pôde-se observar então as partículas descendo lentamente ao fundo da caixa. O tempo necessário para que as partículas se deslocassem 1 cm foi medido em cerca de 10 segundos, correspondentes a uma velocidade de sedimentação de 0,001 m/s. Essa velocidade de sedimentação coincide com a velocidade de sedimentação calculada de 0,0009 m/s para uma partícula de 5 pm de diâmetro.

[044]Em seguida, removeu-se o ciclone da configuração experimental de modo que o tubo de sucção alimentasse as partículas à caixa. Como mencionado acima, espera-se que quaisquer partículas de 30 pm e 60 pm desloquem-se na tubulação, mas espera-se que então sedimentem logo após entrarem na caixa, com base na velocidade do ar calculada para as duas áreas transversais diferentes. Espera-se que as partículas na faixa de tamanho de cerca de 10 pm no insumo

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16/17 permaneçam suspensas na caixa porque a velocidade do ar na caixa ultrapassa sua velocidade de sedimentação.

[045]Quando o insumo foi introduzido diretamente na caixa ao remover o ciclone da configuração experimental, uma maior densidade de partículas foi observada visualmente na caixa. Quando a bomba a vácuo foi desligada e a velocidade do ar caiu para zero, observaram-se as partículas sedimentarem com mais rapidez, indicando uma população de partículas de diâmetro maior. O tempo necessário para que as partículas se deslocassem 1 cm foi medido em cerca de 0,8 segundos, correspondentes a uma velocidade de sedimentação de 0,012 m/s. A velocidade do ar dentro da caixa calculada com base na taxa de fluxo volumétrico e na área transversal foi calculada em 0,0096 m/s, que é um pouco mais baixa do que a taxa de sedimentação medida de 0,012 m/s. O método visual para medir a taxa de sedimentação pode não ser preciso o bastante. No entanto, o fato de que as duas velocidades encontram-se na mesma ordem e tão próximas uma da outra confirma a suposição de que uma velocidade do ar mais alta do que a velocidade de sedimentação de uma partícula manterá essa partícula em suspensão em um gás corrente. A velocidade de sedimentação para uma partícula de 10 pm de diâmetro foi calculada em 0,0026 m/s. Logo, as partículas devem ter em média mais de 10 pm e menos de 30 pm. Na verdade, uma partícula com um diâmetro de 18,25 pm teria uma velocidade de sedimentação no ar a pressão e temperatura normais de 0,012 m/s.

EXEMPLO 2 [046]Utilizou-se um ciclone maior como parte de um sistema de captura de pó. As dimensões maior e menor do cone foram de 27,5 cm e 7,3 cm, respectivamente. O ciclone tinha 61 cm de altura. A Figura 4 ilustra um gráfico do volume diferencial por diâmetro das partículas das partículas grandes que saem pela abertura pequena na base do ciclone e das partículas pequenas levadas junto com o

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17/17 fluxo de ar que saem pelo topo do ciclone. Os tamanhos médios das partículas foram de 21,4 pm e 6,2 pm, respectivamente. Note-se que as partículas maiores foram o insumo usado para o experimento com o ciclone pequeno discutido no Exemplo 1 acima. As partículas finas com um tamanho médio das partículas foram transportadas em dutos de metal por mais de 50 pés (15,24 m) de distância sem sedimentação significativa às paredes laterais dos dutos. Uma vez que os dutos foram revestidos com um filme fino de partículas finas em função das cargas estáticas, as perdas foram negligenciáveis.

[047]Todas as modalidades e exemplos descritos devem ser considerados, para todos os fins, como meramente ilustrativos e não exaustivos. Portanto, o âmbito da invenção é indicado pelas reivindicações anexas, em vez de pela descrição precedente. Todas as alterações que se enquadrarem no significado e na faixa de equivalência das reivindicações deverão ser tidas como dentro de seu âmbito.

Claims

1. Suspensão gasosa combustível transportável CARACTERIZADA por compreender:

um carreador gasoso; e partículas de combustível sólido suspensas no carreador gasoso, em que as partículas de combustível sólido têm um tamanho das partículas menor que 40 pm.

2. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o carreador gasoso é selecionado dentre ar, oxigênio e misturas desses.

3. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as partículas de combustível sólido compreendem partículas combustíveis com um teor de calor superior a 5.000 Btu/lb.

4. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as partículas de combustível sólido compreendem partículas combustíveis com uma densidade superior a 500 kg/m³.

5. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as partículas de combustível sólido compreendem partículas combustíveis com um teor de calor superior a 5.000 Btu/lb e uma densidade superior a 500 kg/m³.

6. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as partículas de combustível sólido compreendem uma matéria carbonada sólida derivada do carvão.

7. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato de que a matéria carbonada sólida

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2/4 derivada do carvão contém menos de 1% em peso de matéria mineral derivada do carvão.

8. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato de que a matéria carbonada sólida derivada do carvão contém menos de 0,5% em peso de enxofre.

9. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA por compreender ainda um dispersante associado à matéria carbonada sólida derivada do carvão.

10. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA pelo fato de que o dispersante compreende um ácido orgânico.

11. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADA pelo fato de que o dispersante é ácido cítrico.

12. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADA pelo fato de que o dispersante é selecionado dentre ácido linear, cíclico, saturado ou insaturado e ácidos policarboxílicos.

13. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as partículas de combustível sólido compreendem biomassa residual.

14. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as partículas de combustível sólido compreendem um bioproduto refinado selecionado dentre açúcares, amidos e celulose.

15. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as partículas de combustível sólido compreendem partículas de polímeros orgânicos combustíveis.

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16. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as partículas de combustível sólido têm um tamanho médio das partículas inferior a 30 pm.

17. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as partículas de combustível sólido têm um tamanho das partículas inferior a 20 pm.

18. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as partículas de combustível sólido têm um tamanho das partículas inferior a 10 pm.

19. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que as partículas de combustível sólido têm um tamanho das partículas inferior a 5 pm.

20. Suspensão gasosa combustível transportável, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a suspensão gasosa combustível possui uma pressão na faixa de 2 a 100 atmosferas.

21. Método para transportar uma suspensão gasosa combustível, o método sendo CARACTERIZADO por compreender:

suspender partículas de combustível sólido em um carreador gasoso para formar uma suspensão gasosa combustível; e pressurizar a suspensão gasosa combustível a uma pressão adequada ao transporte na faixa de cerca de 2 a 100 atmosferas, em que as partículas de combustível sólido têm um tamanho pequeno o bastante para permitir que permaneçam suspensas no carreador gasoso durante o transporte.

22. Método para transportar uma suspensão gasosa combustível, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas de combustível sólido compreendem uma matéria carbonada sólida derivada do carvão e têm um tamanho das partículas inferior a 40 pm.

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23. Método para transportar uma suspensão gasosa combustível, de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas de combustível sólido compreendem uma matéria carbonada sólida derivada do carvão e têm um tamanho das partículas inferior a 20 pm.

24. Método para transportar uma suspensão gasosa combustível, o método sendo CARACTERIZADO por compreender:

suspender partículas de combustível sólido em um carreador gasoso para formar uma suspensão gasosa combustível; e fluir a suspensão gasosa combustível através de um duto de distribuição de combustível gasoso a uma velocidade que ultrapasse a velocidade de sedimentação das partículas de combustível sólido.

25. Método para transportar uma suspensão gasosa combustível, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículas de combustível sólido compreendem uma matéria carbonada sólida derivada do carvão e têm um tamanho médio das partículas inferior a 30 pm e pelo fato de que a velocidade ultrapassa 3,25 x 10’² m/s.