BRPI1008804B1 - processo para a gaseificação controlada de uma carga de alimentação carbonácea - Google Patents
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Description
(54) Título: PROCESSO PARA A GASEIFICAÇÃO CONTROLADA DE UMA CARGA DE ALIMENTAÇÃO CARBONÁCEA (51) Int.CI.: C10B 57/00 (30) Prioridade Unionista: 08/06/2009 US 61/268033 (73) Titular(es): RICHARD D. TUCKER (72) Inventor(es): RICHARD D. TUCKER (85) Data do Início da Fase Nacional: 30/08/2011 / 44 “PROCESSO PARA A GASEIFICAÇÃO CONTROLADA DE UMA CARGA DE ALIMENTAÇÃO CARBONÁCEA”
REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS [0001] O presente pedido de patente/patente reivindica o benefício da prioridade do Pedido de Patente Provisório U.S. No. 61/268.033, depositado em 8 de junho de 2009, cujos conteúdos são aqui incorporados na totalidade por referência. O presente pedido de patente/patente é uma continuação-emparte o Pedido de Patente U.S. No. 12/048.906, depositado em 14 de março de 2008, que reivindica o benefício da prioridade do Pedido de Patente Provisório U.S. No. 60/906.691, depositado em 14 de março de 2007, Pedido de Patente Provisório U.S. No. 60/997.291, depositado em 03 de outubro de 2007, e Pedido de Patente Provisório U.S. No. 61/007.965, depositado em 17 de dezembro de 2007, cujos conteúdos de todos são aqui incorporados na totalidade por referência.
CAMPO DA INVENÇÃO [0002] A presente invenção refere-se de uma forma geral a um sistema e método para produzir gás metano e produtos de carbono a partir da carga de alimentação carbonácea.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [0003] As técnicas para a pirólise parcial de cargas de alimentação, assim como pirólise e gaseificação completas são conhecidas. Além disso, os processos de pirólise de alta temperatura e baixa temperatura são conhecidos, e é conhecido na técnica anterior que estes diferentes processos funcionam melhor com diferentes cargas de alimentação e fornecem resultados diferentes. No entanto, a obtenção de consistência nos produtos de pirólise tem sido a muito tempo um problema. Os sistemas anteriores tentaram passar um agente de gaseificação através de um leito fluidizado de sólidos; no entanto, isso requer um combustível altamente granular e reativo para a gaseificação, e, como tal, é limitado na sua aplicação. Outros sistemas para a
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 8/55 / 44 pirólise passam um agente de gaseificação através de um leito sólido de combustível, que requer um combustível sem aglutinação com alta resistência mecânica. Da mesma forma, os processos de pirólise de alta e baixa temperatura são cada um mais adequado para a pirólise de diferentes cargas de alimentação, o que limita a faixa de cargas de alimentação que os sistemas de pirólise da técnica anterior podem processar. Como tal, há uma necessidade na técnica para os sistemas de pirólise que podem aceitar uma ampla variedade de combustíveis.
[0004] Além disso, embora os processos de pirólise tanto de alta temperatura quanto de baixa temperatura produzam combustíveis, materiais com alto teor de BTU, estes combustíveis resultantes são muitas vezes de baixa qualidade, e eles muitas vezes contêm impurezas nocivas, tais como mercúrio e enxofre, que podem contaminar o meio ambiente quando esses materiais são queimados. Como tal, permanece uma necessidade na técnica de métodos controlados para purificar os produtos resultantes e materiais nocivos de sequestro internos e externos ao processo de pirólise, a fim de evitar que entrem no ambiente.
[0005] Além disso, os sistemas da técnica anterior não fornecem transferência de calor eficiente das cargas de alimentação, que apresentam múltiplos lóbulos em suas assinaturas de calor específicas. Portanto, ainda há uma necessidade na técnica para um método de adaptação da taxa de transferência de calor e temporização de residência do processo de pirólise com aquela da função complexa de calor específico da carga de alimentação particular para fornecer uma eficiência térmica grandemente melhorada do sistema de pirólise.
[0006] Além disso, embora os materiais orgânicos ou sintéticos aceitáveis de entrada para a pirólise tenham variado amplamente no passado, permanece uma necessidade de sistemas de pirólise que podem processar resíduos sólidos urbanos (MSW) de modo a eliminar os aterros sanitários,
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 9/55 / 44 materiais orgânicos e sintéticos residuais, e resíduos animais. Também permanece uma necessidade de limpeza, sistemas eficientes para a gaseificação de carvão para globalmente reduzir a dependência do petróleo perfurado e bombeado da crosta da Terra.
BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0007] É um objetivo da presente invenção superar as deficiências na técnica anterior mediante o fornecimento de processos, sistemas e componentes para a gaseificação de cargas de alimentação carbonáceas por pirólise.
[0008] Nas várias formas de realização, a presente invenção fornece um sistema e processo para a gaseificação controlada constituinte de gás resultante de uma carga de alimentação carbonácea e utiliza a pirólise controlado pelo circuito da carga de alimentação para produzir um produto gasoso estável e previsível a partir de uma carga de alimentação variável ou desconhecida, tal como MSW, que pode incluir metano, etano e outros gases de hidrocarboneto desejáveis, e um produto sólido, que inclui carvão ativado ou carvão. O produto gasoso é inicialmente limpo por um processo de sequestro de produto químico de alta temperatura controlado. O produto gasoso pode então ser ainda limpo usando pelo menos uma parte do carvão ativado do produto sólido como um meio de filtragem. Em uma forma de realização, pelo menos alguns dos produtos químicos nocivos são sequestrados ou removidos do produto gasoso inicialmente no processo de pirólise de alta temperatura mediante o monitoramento do gás resultante e utilização de um circuito de controle para injetar quantidades específicas de um agente de sequestro, e depois também em uma ou mais etapas de limpeza usando carvão ativado como um meio filtrante. Em uma forma de realização adicional, as etapas de filtragem são executadas em estágios utilizando carvão ativado em diferentes temperaturas. Além disso, o sistema de monitoramento e controle constituinte de gás resultante mantém um valor de BTU por pé
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 10/55 / 44 cúbico constante através da injeção controlada de um material orgânico viscoso. O sistema de monitoramento e controle constituinte de gás resultante controla o nível de metano do gás resultante e o nível de ativação de carbono (número de absorção de iodo) através de injeções controlada de vapor. Da mesma forma, o sistema de monitoramento e controle constituinte de gás resultante controla a condição não umectante (número de absorção de iodo extremamente baixo) do carbono resultante através da injeção controlada de sílica ou outros agentes não umectantes. Um sistema de pirólise de alta temperatura que produz carvão ativado pode ser combinado com outro sistema de pirólise de alta temperatura que não produz carvão ativado para permitir a filtragem de compostos nocivos usando carvão ativado a partir do primeiro sistema de pirólise de alta temperatura. Um sistema de pirólise de alta temperatura pode ser combinado com uma ou mais processos de conversão de carga de alimentação em baixa temperatura, tal que o calor residual do sistema de pirólise em alta temperatura é usado para operar o processo de baixa temperatura. Um novo carbono não umectante tendo poros fundidos com sílica pode ser produzido a partir da utilização do sistema e processo. Uma nova madeira cortada plástica reforçada com carbono e resistente a umidade pode ser produzida utilizando o carbono não umectante como os componentes de reforço e carga. As comunicações e controle do sistema e processo utilizam um empilhamento de comunicações em camadas ISO com protocolos de comunicação selecionados Smart Grid e utilizam IEEE 1703 acrescido de IP ou outros meios de comunicação em camadas inferiores para a interface WAN e LAN.
[0009] De acordo com um aspecto da presente invenção, um processo para a gaseificação de uma carga de alimentação carbonácea envolve a pirólise de pelo menos um de uma corrente de carvão, biomassa, resíduos de origem animal, ou MSW para produzir um produto gasoso, que pode incluir metano e um produto sólido, que inclui carvão ativado ou carvão não ativado.
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 11/55 / 44
Dentro da fase de processo interno de alta temperatura, um processo químico controlado, sequestro do “sítio de ácido de Lewis”, ocorre para ligar enxofre e mercúrio aos elementos de carbono resultantes. O produto gasoso é então ainda filtrado usando o carvão ativado resultante como um meio de filtragem. Em uma forma de realização, os primeiros elementos e compostos nocivos são sequestrados no processo de alta temperatura, depois pelo menos alguns dos produtos químicos nocivos remanescentes são sequestrados ou removidos do produto gasoso em uma ou mais etapas de filtração utilizando o carvão ativado resultante como um meio de filtragem. Em uma outra forma de realização, as etapas de filtragem são executadas em estágios que utilizam carvão ativado em diferentes temperaturas.
[00010] De acordo com outro aspecto da presente invenção, um sistema para a gaseificação de uma carga de alimentação carbonácea inclui um dispositivo de alimentação de fecho pneumático, um injetor de vapor, um z
injetor de agentes de sequestro de “Sítio de Ácido de Lewis”, um injetor de um material orgânico viscoso e de alto valor BTU para aumentar a densidade de BTU do gás resultante, um injetor de agentes de “carbono não umectante”, uma unidade de pirólise, uma câmara resultante, uma unidade de controle de análise de gás, uma unidade de controle de análise de carbono, uma unidade de calor interno e controle de pressão, uma unidade específica de controle de adaptação de calor, e um ou mais filtros. O dispositivo de alimentação de fecho pneumático mede a carga de alimentação no processo de pirólise, evitando qualquer introdução de gases atmosféricos externos, especialmente aquele de oxigênio. O injetor de vapor emite quantidades específicas de umidade na forma de vapor para pressão positiva ligeira atrás do fecho pneumático e produção de hidrogênio na reforma de vapor. O injetor de agentes de sequestro de “sítio de ácido de Lewis” emite quantidades complementares dos agentes no processo para aumentar quaisquer quantidades naturais encontradas na carga de alimentação e é controlado
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 12/55 / 44 através da unidade de controle de análise de gás. O injetor de material orgânico viscoso é controlado pela unidade de controle de análise de gás para permitir a mistura de cargas de alimentação orgânicas viscosas/líquidas e para alcançar um valor consistente de BTU por volume de gás, que, na maioria dos casos, seria aquele do valor de “gás natural”, 1050 BTU/pé cúbico. O injetor de agentes de “carbono não umectante” injeta (se ordenado) quantidades complementares dos agentes no processo para aumentar quaisquer quantidades naturais encontradas na carga de alimentação e é controlado através da unidade de controle de análise de carbono resultante. A unidade de pirólise inclui um aquecedor, um transportador para o transporte da carga de alimentação carbonácea através do aquecedor, e uma câmara resultante disposta a jusante do transportador para separar os produtos de pirólise gasosos e sólidos. Cada filtro sequestra os materiais nocivos dos produtos gasosos, e de preferência usa pelo menos alguns dos produtos sólidos de pirólise para filtrar pelo menos uma parte dos produtos de pirólise gasosos. Em uma forma de realização, o transportador na unidade de pirólise inclui um trado contra-rotativo e retorta. Em mais outra forma de realização, a câmara de aquecimento pode incluir um queimador e uma ramal lateral de descarga e direcionado perpendicular ao eixo longitudinal da retorta do trado de modo a criar um fluxo geralmente circular de calor ao redor da retorta do trado. Em uma outra forma de realização, a câmara resultante é mantida em uma pressão positiva, de preferência por meio de pelo menos uma de uma injeção de vapor no final da alimentação da unidade de pirólise e uma ventoinha de vácuo localizada a jusante da câmara resultante e do filtro. Em uma forma de realização, o sistema inclui pelo menos um invólucro de esfriamento/aquecimento para levar o carvão ativado no produto sólido a uma temperatura predeterminada antes da utilização do carvão ativado para filtrar os produtos de pirólise gasosos, de preferência, o sistema inclui múltiplos invólucros de esfriamento/aquecimento dispostos entre os filtros. Em uma
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 13/55 / 44 forma de realização adicional, um segundo trado giratório disposto dentro de um membro tubular é fornecido para o transporte dos produtos de pirólise sólidos na parte de filtragem do sistema através dos invólucros de esfriamento/aquecimento e da pluralidade de filtros.
[00011] De acordo com um outro aspecto da presente invenção, uma unidade de pirólise para a gaseificação de uma carga de alimentação inclui uma pluralidade de câmaras de aquecimento que pode ser controlada individualmente para atingir a pirólise termicamente eficiente de uma carga de alimentação com um perfil de calor específico não linear com múltiplos lóbulos diferenciados como uma função da temperatura. Em uma forma de realização, as múltiplas câmaras são ajustadas para temperaturas apropriadas e tempos de residência através das temperaturas do queimador da câmara individual e comprimentos axiais da câmara individual para corresponder às exigências térmicas de cada um dos lóbulos de calor específicos da carga de alimentação. Em ainda outra forma de realização, os comprimentos axiais da câmara podem ser ajustáveis utilizando paredes de separação móveis entre as câmaras individuais. Em outra forma de realização, as paredes de separação ajustáveis entre câmaras individuais podem ser controladas em uma base de tempo real através de um lóbulo de calor específico correspondente a unidade de controle. Em outra forma de realização, a carga de alimentação é transportada através das câmaras de aquecimento usando um trado disposto dentro de uma retorta tubular que é fixa ou rotacionado. Em uma forma de realização, a retorta tubular é rotacionado em uma direção contrária à direção de rotação do trado para reduzir os pontos quentes e melhorar a transferência térmica através da indução de um fluxo mais turbulento. Cada câmara de aquecimento da unidade de pirólise preferivelmente inclui um elemento de aquecimento na forma de um queimador que é orientado de forma perpendicular ao eixo longitudinal da retorta e lateralmente deslocado para induzir um fluxo aquecido geralmente circular em torno da retorta. Uma
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 14/55 / 44 descarga é preferivelmente formada na câmara oposta ao queimador e um defletor ou membrana divisória é posicionado entre o queimador e a descarga para promover o fluxo circular. Em uma forma de realização preferida, cada câmara de aquecimento inclui um par de queimadores dispostos em lados opostos da retorta e um par de descargas dispostas em frente aos queimadores. Em uma forma de realização, meios são providos para a manutenção de uma leve pressão positiva na retorta. Alguns meios adequados para manter uma pressão positiva mínima incluem pelo menos um de uma linha de injeção de vapor em comunicação com um alimentador fecho pneumático e uma ventoinha de vácuo a jusante.
[00012] De acordo com mais um outro aspecto da presente invenção, um sistema combinado inclui pelo menos duas unidades de pirólise para ampliar a faixa de cargas de alimentação que podem ser aceitas para a pirólise. Em uma forma de realização, a primeira unidade de pirólise aceita uma carga de alimentação que consiste de uma biomassa, um resíduo animal, uma corrente de MSW, ou outra carga de alimentação que, quando submetida a pirólise, resulta em uma resultante gasoso e um produto sólido que inclui carvão ativado após a pirólise. A segunda unidade de pirólise aceita uma carga de alimentação que consiste de carvão ou outro material carbônico que, quando submetido a pirólise, resulta em resultantes gasosos e um produto sólido que não inclui carvão ativado. Em uma outra forma de realização, o sistema inclui um ou mais filtros para a remoção de materiais nocivos dos resultantes gasosos. Em uma forma de realização adicional, o filtro inclui carvão ativado, pelo menos uma parte do qual é o resultante de carvão ativado a partir da primeira unidade de pirólise. Em outra forma de realização, a primeira unidade de pirólise é uma unidade de pirólise de alta temperatura que gera calor residual, e a segunda unidade de pirólise é uma unidade de pirólise de baixa temperatura que opera usando pelo menos uma parte do calor residual gerado pela unidade de pirólise de alta temperatura. Em uma outra
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 15/55 / 44 forma de realização, a unidade de pirólise em alta temperatura opera em temperaturas entre cerca de 700 oF (371 oC) e cerca de 2300 oF (1260 oC), enquanto a unidade de pirólise em baixa temperatura opera em temperaturas entre cerca de 300 oF (149 oC) e cerca de 1500 oF (816 oC).
[00013] De acordo com mais um aspecto adicional da presente invenção, um método para a limpeza de latas de alumínio usadas ou coisa parecida das tintas, lacas, e detritos é fornecido, com os lingotes resultantes de alumínio de qualidade de carga de alimentação, utilizando o calor residual e sistema de purificação de gás de laço fechado do sistema de pirólise em alta temperatura para aumentar uma segunda unidade de pirólise em baixa temperatura que impulsiona os voláteis, tintas e outros detritos para longe das pepitas de alumínio que passam através do processo, e captura os gases nocivos resultantes e os compostos químicos nos múltiplos leitos sorventes de carvão ativado e de laço fechado e tempera/funde as pepitas de alumínio remanescentes em um estado fundido limpo para despejar nas pepitas.
[00014] De acordo com mais um outro aspecto da presente invenção, um método para a geração de nanoestruturas de carbono envolve a pirólise de uma carga de alimentação carbonácea em uma unidade de pirólise em alta temperatura e separação dos produtos de pirólise em gases resultantes e sólidos resultantes. As nanoestruturas de carbono são depois removidas do produto gasoso através da clarificação dos materiais gasosos em um dispositivo de coleta de nanoestrutura, tal como um clarificador de pó. Em uma forma de realização, o dispositivo de coleta é um clarificador de pó que fornece uma carga eletrostática às nanoestruturas de carbono, que são depois capturadas em placas de carga opostas. Outro aspecto da invenção é um sistema que compreende uma unidade de pirólise em alta temperatura, um meio para separar os produtos de pirólise gasosos e sólidos, e um clarificador de pó para remover o pó de carbono dos produtos gasosos.
[00015] De acordo com mais um outro aspecto da presente invenção,
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 16/55 / 44 uma vedação de barreira de vapor adequada para aplicações de alta temperatura inclui pelo menos dois colares de barreira de vapor e pelo menos uma câmara de detecção que inclui um sensor para detectar pelo menos um dos gases e pressões de gás. Os dois colares de barreira de vapor envolvem um eixo, tal como um eixo de trado, e a câmara de detecção é disposta entre os dois colares de barreira de vapor. Em uma forma de realização, cada colar de barreira de vapor é um colar de aço inoxidável que envolve um eixo, com uma ranhura anular formada ao longo da circunferência interna do colar. A pressão de vapor é liberada na ranhura anular através de orifícios no colar. Em uma forma de realização, o sensor da câmara de detecção determina se os gases indesejáveis passaram através de um dos colares barreira de vapor, e se os gases indesejáveis foram detectados, depois pressão de vapor adicional é aplicada a um ou mais dos colares de barreira de vapor, envolvendo assim o eixo com vapor. Outro aspecto da invenção é um método para impedir os gases de escapar em torno de um eixo enquanto permite que o eixo gire livremente, incluindo as etapas de montagem de um eixo de modo que uma parte do eixo gire dentro de uma câmara de detecção e posicione os colares de barreira de vapor ao redor do eixo nas extremidades opostas da câmara. O método também inclui a detecção de gases indesejáveis na câmara, e elevação da pressão no colar de barreira de vapor para evitar os gases indesejáveis de percorrer através do colar de barreira de vapor.
[00016] De acordo com mais um outro aspecto da presente invenção, um material de carbono não umectante é produzido pela pirólise rápida de carvão entre cerca de 900 oF (482 oC) e cerca de 2300 oF (1260 oC). O carbono não umectante é caracterizado por uma resistência quase completa para a absorção de outros materiais, assim como a resistência quase completa à umidade. De acordo com um outro aspecto da presente invenção, o carbono não umectante pode ser usado para gerar uma madeira cortada compósita, assim como outros produtos que incluem carbono não umectante como
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 17/55 / 44 material de carga e plástico como um aglutinante. O novo produto de madeira cortada de plástico apresenta as propriedades de ser à prova de água, resistente a fungos e mofos e ter um baixo coeficiente de expansão física ao calor e umidade. Acredita-se que o carbono não umectante resulta da produção de cavidades dentro do carbono fixo da carga de alimentação de carvão durante a pirólise extremamente rápida e subsequentemente vedação das cavidades pela sílica presente de fusão ou pela adição controlada de sílica finamente triturada/pulverizada em qualquer carga de alimentação orgânica que carece de sílica suficiente para as propriedades não umectantes. O carbono resultante é analisado imediatamente após a passagem através da câmara resultante com controle retroalimentado através da unidade de controle de análise de carbono para a sílica ou outro injetor de agente de “carbono não umectante” na abertura de alimentação da unidade de pirólise. [00017] De acordo com mais um aspecto adicional da presente invenção, as camadas de controle de comunicação e coleta de dados controlam pelo menos uma das peças de equipamentos ou máquinas, grupos de máquinas dentro de uma usina, uma operação completa da usina, e um grupo de plantas dentro de uma região. Em uma forma de realização, o sistema de controle fornece instrumentação uniforme e padrão e dados para a operação da usina em uma base regional ou global. Um dos objetivos é fornecer os dados de energia e produto disponíveis destas usinas em um bloco histórico de dados de perfil de tal forma que os dados de energia gasosa/elétrica podem ser facilmente conformados com os modelos de dados de fundo comercial. Em uma forma de realização, os protocolos de comunicação padrão são usados para fornecer integração sem transições de geração de energia e medição de energia para a infra-estrutura de medição avançada. Estes podem ser gerenciados através da utilização de tabelas padrão ou definidas pelo fabricante, tabelas definidas pelo usuário, tabelas definidas pelo usuário extensivas, procedimentos padrão e procedimentos do fabricante,
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 18/55 / 44 tabela pendente e procedimento pendente, a mensagem bi-direcional e mensagens unidirecionais (expressões abruptas). Elementos de dados podem também ser codificados para uso na troca de inter-sistema global, importação e exportação de controle, dados e parâmetros. Em uma forma de realização, a codificação é executada utilizando estruturas de arquivos que definem um contexto de comunicação que é capaz de conectar sensores individuais, máquinas, usinas, municípios, regiões geográficas, regiões de usinas e/ou fundos comerciais e outras entidades que usam dados de bloco de energia e dados sensoriais de tempo crítico. Em uma forma de realização, um sistema de pirólise modular integrado inclui um MMS (Sistema de Gestão Modular) e MDMS (Medidor do Sistema de Gestão de Dados) e bancos de dados para fornecer sistema de comunicação e controle em tempo real transparente de ponta a ponta independente do sítio, independente da rede. O sistema pode fazer uso da tecnologia de melhora de transição transparente que permite o sistema de controle interoperar com segurança, em particular, e globalmente, sem degradação indesejada do desempenho do sistema de comunicação. As conexões de sinalização de realce de velocidade transparentes também podem ser usadas entre os dispositivos de sensor, controle e gerência.
[00018] Outros objetivos e vantagens da presente invenção se tornarão evidentes para aqueles de habilidade comum na técnica após a revisão da descrição detalhada das formas de realização preferidas e as figuras de desenho em anexo, em que números de referência semelhantes são usados para representar componentes semelhantes.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [00019] A presente invenção é aqui ilustrada e descrita com referência aos vários desenhos, em que os números de referência semelhantes são usados para indicar os componentes do sistema/etapas do método semelhantes, conforme apropriado.
[00020] A Figura 1A é um diagrama esquemático que mostra uma
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 19/55 / 44 unidade de pirólise de alta temperatura para uso em um sistema de pirólise e método de acordo com uma forma de realização da presente invenção.
[00021] A Figura 1B é um diagrama esquemático que mostra um clarificador de pó de carvão para uso em um sistema de pirólise e método de acordo com uma forma de realização da presente invenção.
[00022] A Figura 1C é um diagrama esquemático que mostra um sistema de filtração e sequestro para uso em um sistema de pirólise e método de acordo com uma forma de realização da presente invenção.
[00023] A figura 1D é um diagrama esquemático que mostra um processo de carvão ativado granulado de baixa temperatura (GAC), que pode ser opcionalmente acoplado com um sistema de pirólise de alta temperatura de acordo com uma forma de realização da presente invenção.
[00024] A Figura 1E é um diagrama esquemático que mostra um processo de destilação de batelada de baixa temperatura para pneus de veículos ou cargas de alimentação semelhantes que pode opcionalmente ser acoplado a um sistema de pirólise de alta temperatura de acordo com uma forma de realização da presente invenção.
[00025] A Figura 1F é um diagrama esquemático que mostra um sistema de recuperação de calor residual que coleta o calor residual de um sistema de pirólise e método de acordo com uma forma de realização da presente invenção.
[00026] A Figura 2A é uma vista em corte transversal de uma unidade de pirólise em alta temperatura, ou unidade de pirólise em baixa temperatura para a limpeza de alumínio, de acordo com uma forma de realização da presente invenção.
[00027] A Figura 2B é uma vista em corte transversal de uma câmara de aquecimento de uma unidade de pirólise em alta temperatura de acordo com uma forma de realização da presente invenção.
[00028] A Figura 3A é uma vista em corte transversal de um sistema
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 20/55 / 44 de vedação de barreira de vapor para um processo de alta temperatura de acordo com uma forma de realização da presente invenção.
[00029] As Figuras 3B e 3C mostram as vistas em corte transversal e frontais de um colar de barreira de vapor para uso em um sistema de vedação de barreira de vapor de acordo com uma forma de realização da presente invenção.
[00030] As Figuras 4A e 4B são vistas em corte transversal de um sistema de conversão de carga de alimentação carbonácea de ciclo combinado, em que o calor residual de uma unidade de pirólise em alta temperatura é usado para acionar um processo de carvão ativado granulado em temperatura baixa de acordo com uma forma de realização da presente invenção.
[00031] A Figura 5 é um diagrama esquemático que mostra uma tecnologia de melhora de transição transparente (TBET) que pode ser usada em combinação com um sistema de conversão de carga de alimentação carbonácea de acordo com uma forma de realização da presente invenção. [00032] A Figura 6 é um diagrama esquemático que mostra uma montagem de cabo transceptor de alta velocidade que pode ser usada para ligar dispositivos aos sistemas de comunicação em um sistema de conversão de carga de alimentação carbonácea de acordo com uma forma de realização da presente invenção.
[00033] A Figura 6B é um diagrama esquemático que mostra um par de montagens de cabo transceptor de alta velocidade que liga um dispositivo a um módulo de comunicação de acordo com uma forma de realização da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [00034] As Figuras de 1A a 1F são diagramas esquemáticos que mostra os componentes de um sistema de conversão de carga de alimentação carbonácea de ciclo combinado 10 de acordo com uma forma de realização da
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 21/55 / 44 presente invenção. O sistema 10 inclui uma unidade de pirólise em alta temperatura 12 que recebe a carga de alimentação carbonácea através de um alimentador de fecho pneumático 14 com injetor 25 (Figura 2A) que fornece um agente de sequestro para o sequestro interno controlado de elementos e compostos nocivos que produzem um produto de gás livre de enxofre e mercúrio contendo metano e um produto sólido que contém carvão ativado ou carvão não ativado, dependendo do tipo de carga de alimentação e se o injetor de agente “não umectante” 27 (Figura 2A) é usado para induzir a ação não umectante. Da mesma forma, o sistema 10 inclui outros injetores de material orgânico viscoso 23 (Figura 2A) para o conteúdo de energia de gás acentuado e um injetor de vapor 26 para pressão positiva e reforma de vapor. O sistema 10 ainda inclui um clarificador de pó 16 para a coleta de nanoestruturas de carbono a partir do gás e uma série de unidades de filtragem 18 para a remoção adicional de componentes nocivos do gás usando carvão ativado a partir da unidade de pirólise 12. Também mostrados nas Figuras de 1A a 1F são um sistema de destilação de batelada em baixa temperatura opcional 20 e um sistema de baixa temperatura 22 que são operados usando o calor residual da unidade de pirólise em alta temperatura 12.
[00035] Em uso, a carga de alimentação orgânica ou sintética 24 é condicionada pela secagem a um nível de umidade preferido e depois introduzida no sistema 10 através do alimentador de fecho pneumático 14, e o ar ambiente é deslocado através do uso de um sistema de injeção de vapor 26, que também fornece umidade aumentada para a reforma de vapor necessária para a produção de metano. A carga de alimentação orgânica ou sintética 24 entra na unidade de pirólise em alta temperatura 12, onde a carga de alimentação orgânica ou sintética 24 é submetida a pirólise nos produtos resultantes. Também, o agente de sequestro é injetado 25 com a carga de alimentação. Durante o processo de pirólise em alta temperatura de gaseificação, a limpeza imediata do gás ocorre através do sequestro do “sítio
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 22/55 / 44 de ácido de Lewis” dos compostos estáveis de Hg 2+, tais como HGS. A unidade de pirólise em alta temperatura 12 inclui de 1 a “n” câmaras de aquecimento 28, cada câmara tendo queimadores 30, paredes de separação de câmara axialmente ajustáveis 63, e orifícios de escapamento 32. Cada câmara de aquecimento 28 pode ser operada em uma temperatura diferente e tempo de residência diferente do que as outras câmaras, permitindo assim maior controle sobre o processo de pirólise e os produtos resultantes. A unidade de pirólise de alta temperatura 12 também inclui um transportador 34 na forma de um mecanismo de trado/retorta para agitar continuamente e mover o material 24 para pirólise através das múltiplas câmaras de aquecimento 28 da unidade de pirólise 12. Um sistema avançado de vedação em alta temperatura 36 permite que o eixo do trado de pirólise 38 penetre na unidade de pirólise em alta temperatura 12 enquanto impede a fuga dos gases resultantes na atmosfera.
[00036] Os produtos resultantes do processo de pirólise em alta temperatura incluem um produto gasoso 40 preparado de uma mistura de gás metano, gás etano e outros gases de hidrocarboneto desejáveis, e pó de carvão, e um produto sólido 42 incluindo carvão ativado no caso de biomassa ou carga de alimentação de MSW, ou carvão não ativado no caso de carga de alimentação de carvão ou outras cargas de alimentação injetados com agentes não umectantes 27, tais como sílica atomizada. Estes produtos são separados, e a mistura de gás metano/pó de carbono é então passada para um clarificador de pó 16, que separa o pó de carbono do gás metano. Os condensados do processo de clarificação que requer outra pirólise 44 são removidos do clarificador de pó 16 e reintroduzidos na unidade de pirólise em alta temperatura 12. Outros carbonos coletados 45, incluindo nanoestruturas de carbono, são removidos e podem ser embalados para venda e/ou expedição. [00037] De acordo com uma forma de realização da invenção, o gás resultante 40 é passado através de um meio sistemático de extrair ainda os
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 23/55 / 44 componentes nocivos, que inclui a filtragem do gás resultante 40 usando uma ou mais unidades de filtragem 18 contendo carvão ativado. No caso de biomassa ou carga de alimentação de MSW, o carvão ativado 18 da câmara resultante pode ser vantajosamente utilizado nas unidades de filtragem 46. De acordo com uma forma de realização particular da invenção, o carvão ativado 42 é inicialmente levado a uma primeira temperatura em um invólucro de esfriamento 48 antes da etapa de filtragem. A etapa de filtragem pode incluir múltiplos estágios de filtragem em diferentes temperaturas, com cada etapa de filtragem em cada temperatura servindo para remover e sequestrar as impurezas particulares do gás metano resultante. Mediante a passagem do gás impuro através de carvão ativado em duas ou mais temperaturas diferentes, as impurezas podem ser seletivamente removidas e sequestradas do gás. Por exemplo, os compostos de Hg2+ estáveis, tais como HgS, são capturados em altas temperaturas dentro do processo de pirólise ativa, enquanto que os compostos de Hg+ menos estáveis, tais como HgCl, são capturados em temperaturas mais baixas aplicáveis para os estágios de leito sorvente de filtragem externa. Após a filtragem do gás resultante parcialmente purificado através do carvão ativado, o gás purificado pode então ser comprimido por um compressor 50 e armazenado no armazenamento de gás 52.
[00038] Quando usado para filtrar o gás resultante, o carvão ativado 42 absorve e sequestra certos componentes nocivos ou materiais. Em uma forma de realização, estes componentes nocivos podem ser removidos pela passagem do carvão ativado através de um separador de metal de tambor magnético 54, que irá remover os materiais magnéticos do carvão ativado 42. Em uma forma de realização adicional, o carvão ativado é então classificado e separado, e pode então ser acondicionado para expedição ou venda.
[00039] Em uma forma de realização, o excesso de calor da descarga de uma ou mais das câmaras de aquecimento 28 pode entrar em um sistema de recuperação de calor residual 56. Este sistema de recuperação de
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 24/55 / 44 calor residual pode ser acoplado, através de um trocador térmico 58, com um gerador de vapor 60, que irá gerar vapor para uso em outras etapas do processo. Da mesma maneira, o sistema de recuperação de calor residual 56 pode ser usado para gerar calor para um ou mais processos de pirólise em baixa temperatura, tais como o processo de pirólise de batelada em baixa temperatura 20. Isso permite que o sistema processe cargas de alimentação diferentes simultaneamente. O processo de pirólise em baixa temperatura pode ser utilizado para a continuação do tempo de residência da carga de alimentação da unidade de gaseificação primária para a gaseificação mais eficiente, liquefação do carvão, destilação a vácuo de pneus de automóvel, limpeza em laço fechado de latas de alumínio, pirólise de cargas de alimentação volumosas inadequadas para uso no processo de pirólise contínua em alta temperatura, ou cargas de alimentação que são relativamente livres de componentes nocivos.
[00040] A Figura 2A mostra uma unidade de pirólise em alta temperatura 12 em combinação com um alimentador de fecho pneumático 14 e múltiplos injetores de agente controlados 23, 25, 26, 27 de acordo com uma forma de realização da presente invenção. A unidade de pirólise em alta temperatura 12 inclui uma unidade de aquecimento de múltiplas câmaras 62, um transportador 34, uma câmara resultante 64 para a separação de resultantes gasosos 40 e sólidos 42, e um sistema de vedação de vapor em alta temperatura 36. A unidade de pirólise em alta temperatura 12 é vedada do meio ambiente, limitando assim a invasão de oxigênio para dentro e a expulsão de calor para fora do processo de pirólise. Cada câmara da unidade de aquecimento de múltiplas câmaras 62 contém pelo menos um queimador 30 e pelo menos um sistema de descarga 32 para fornecer energia para submeter a pirólise a carga de alimentação. Além disso, cada câmara pode ter diferentes comprimentos axiais com uma parede de câmara ajustável 63. O par de queimador 30 e descarga 32 é configurado para aquecer uma retorta 70
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 25/55 / 44 para uma temperatura entre cerca de 700 oF (371 oC) e cerca de 2300 oF (1260 oC). A carga de alimentação é movida através da unidade de aquecimento de múltiplas câmaras pelo transportador 34 que preferivelmente inclui um trado 68 giratoriamente disposto dentro de uma retorta tubular 70, como mostrado. A retorta 70 pode ser estacionária ou fixa no lugar, mas é de preferência rotacionado sobre um eixo longitudinal. De preferência, a retorta 70 é rotacionado em uma direção contrária à direção de rotação do trado 68 para melhorar a transferência de calor. Mais especificamente, a rotação da retorta 70 e do trado 68 em direções opostas aumenta a turbulência do material sendo submetidos a pirólise, elimina os pontos quentes, e garante maior consistência nos produtos de reação. Em uma forma de realização, o trado 68 pode ter um projeto de fuga especial que leva em conta o transporte integral da carga de alimentação no comprimento de recebimento da retorta e menos do que o transporte integral no comprimento de processamento da retorta. Isso ajuda no isolamento das reações gasosas internas do meio ambiente. Em outra forma de realização, o sistema de trado/retorta 34 possui um projeto de transporte especial que amplia a cavidade da retorta 70 e expande o trado 68 de fuga após o isolamento da atmosfera ser executado na parte de entrada de alimentação do transporte da seção do trado por compressão da unidade de pirólise em alta temperatura. O projeto de fuga do trado obstrui o comprimento do receptor através da injeção de carga de alimentação, vapor ou outro gás inerte logo após um fecho pneumático 14, criando assim o diferencial de pressão positiva leve na área de entrada de material orgânico ou sintético. Assim, a única troca gasosa através do fecho pneumático 14 é o vapor ou outro gás inerte que atravessa do interior da área de entrada através do fecho pneumático para a atmosfera ambiente. O eixo de trado 38 penetra a unidade de pirólise em alta temperatura 12 através de um sistema de vedação de vapor em alta temperatura 36, que permite que o eixo do trado 38 penetre a unidade de pirólise em alta temperatura, enquanto impede os resultantes
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 26/55 / 44 gasosos de escapar da unidade de pirólise. O processo de pirólise em alta temperatura gera uma mistura de produtos gasosos e sólidos, com os produtos gasosos 40 incluindo metano, etano e outros gases de hidrocarboneto. Para certas cargas de alimentação, tais como MSW ou biomassa, o produto sólido 42 inclui pelo menos um pouco de carvão ativado.
[00041] Como mencionado acima, o carvão, biomassa, resíduos animais, ou carga de alimentação de MSW 24 é introduzido na unidade de pirólise em alta temperatura 12 através do alimentador de fecho pneumático 14, que é combinado com um sistema de injeção de pressão 26. O sistema de injeção de pressão 26 serve para criar uma pressão positiva leve dentro das áreas de carga de alimentação carbonácea, tal que a única troca gasosa através do alimentador de fecho pneumático 14 é o gás fornecido pelo sistema de injeção de pressão 26 que atravessa a câmara para o ar ambiente externo. Em uma forma de realização preferida, uma pressão positiva entre cerca de 1 kPa e 10 kPa é mantida na unidade de pirólise em alta temperatura 12. Referindose à Figura 1A, opcionalmente, a carga de alimentação orgânica ou sintética 24 é o produto final após a entrada de orgânicos ou sintéticos ter sido processada através de um sistema de condicionamento de secagem 162. A fim de excluir o oxigênio, esta pressão diferencial pode ser criada através da injeção de vapor ou gases inertes, embora o vapor seja preferível tanto pelo seu custo baixo quanto porque fornece átomos de hidrogênio úteis para reações químicas no processo de pirólise. Pelo menos um pouco do vapor é preferivelmente introduzido na unidade de pirólise 12 para fornecer átomos de hidrogênio suficientes para a formação de ligações carbono-hidrogênio e metano resultante e outros gases de hidrocarboneto.
[00042] A injeção de vapor fornece uma pressão elevada entre o fecho pneumático 14 e a reação endotérmica interior. As moléculas pesadas de gás orgânico produzidas necessitam mais hidrogênio para produzir CH4. Todo excesso de reforma de vapor resulta em CO que é separado mais tarde por
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 27/55 / 44 osmose inversa. Meios de reforma de vapor ideal 26 são usados para fornecer apenas a quantidade suficiente de átomos de hidrogênio necessários para satisfazer a produção de metano, etano e outras moléculas de carbonohidrogênio desejadas. Vantajosamente, o sistema de condicionamento 162 e o sistema de reforma de deslocamento de vapor-ar 26 utilizam ar quente e vapor a partir do sistema de recuperação de calor residual, descrito com maiores detalhes mais abaixo. Consequentemente, os controles apropriados de ar quente 156 e os controles de vapor 158 são usados. A carga de alimentação orgânica ou sintética 24 pode incluir carvão granulado, resíduos sólidos, resíduos animais, ou qualquer outro material de carbono-hidrogênio de cadeia longa. Os resultantes podem incluir gás metano, gás etano, e muitas outras moléculas de carbono-hidrogênio, resultantes de carbono ativados, nanoestruturas de carbono incluindo fulereno cilíndrico (“nano-tubo”) e resultantes de carbono C60 Buckminsterfullerene (“bola de Bucky”), resultantes de carvão ativado, novos resultantes de carbono não umectante descritos com maiores detalhes mais abaixo, e muitos outros resultantes de carbono. Os resultantes gasosos 40 são transportados da unidade de pirólise de alta temperatura contínua 12 através de um dispositivo de transporte de gás apropriado e resultantes sólidos são transportados da unidade de pirólise de alta temperatura contínua 12 através de um dispositivo de transporte sólido apropriado. De modo a reforçar a eficiência e a eficácia da unidade de pirólise de alta temperatura contínua 12, a carga de alimentação orgânica ou sintética 24 pode ser combinada com o condensado 44 a partir de um clarificador de pó de carbono 16, descrito com maiores detalhes mais abaixo, ou outro material orgânico viscoso/líquido ou carvão alcatroado 103 a partir de um processo de carvão ativado granular (GAC) em baixa temperatura 22, também descrito com maiores detalhes mais abaixo.
[00043] Referindo-se novamente à Figura 2A, a unidade de aquecimento 62 de preferência inclui pelo menos uma câmara de aquecimento
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 28/55 / 44
28, com pelo menos um queimador 30 e pelo menos uma descarga 32, e de preferência pelo menos dois queimadores 30 e pelo menos duas descargas 32 e paredes de câmara estáticas ou axialmente ajustáveis 63. A Figura 2B mostra um desenho esquemático da configuração dos queimadores 30 em relação às descargas 32 e a retorta de aquecimento 70. O queimador 30 e a descarga 32 são preferivelmente deslocados de forma lateral e perpendicular ao eixo longitudinal da contra-rotação de retorta de aquecimento indutiva 70, que faz parte do transportador 34, em uma tal maneira como para criar um fluxo de ar em turbilhão com componentes tangencial ao redor da retorta. Os defletores 72 são de preferência intercalados entre cada queimador 30 e uma descarga oposta 32 a fim de aumentar a quantidade de tempo do calor dos queimadores 30 está em contato com a retorta 70. O fluxo de ar em turbilhão ao redor da retorta indutiva de contra-rotação 70 cria uma distribuição mais uniforme de calor, que ajuda a eliminar os pontos quentes na pirólise e atinge maior homogeneidade dos produtos de reação. Referindo-se novamente à Figura 2A, as câmaras de aquecimento 28 preferivelmente também incluem pelo menos uma camada de material refratário 74 (por exemplo, 1 a n camadas) despejado e sustentado por bastões soldados em alta temperatura (não mostrados) ou outras formas de suporte embutidas na(s) camada(s) refratária(s) para formar a câmara de alta temperatura interior, resultando em câmaras de aquecimento de alta eficiência que transferem calor mínimo para o exterior.
[00044] Cada uma das câmaras de aquecimento 28 é de temperatura controlada e tempo de residência controlado, de modo que o tempo de residência do material orgânico ou sintético em cada zona de temperatura resulta em uma reação/alteração química ou física previsível. Embora uma única câmara possa ser utilizada, tendo múltiplas câmaras de aquecimento 28 na unidade de pirólise 12, permite que os reagentes na unidade de pirólise sejam submetidos a diferentes perfis de aquecimento ao longo do curso de
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 29/55 / 44 pirólise. Em uma forma de realização, tendo múltiplas câmaras 28 com paredes da câmara estática ou axialmente ajustáveis 63 se permite submeter uma carga de alimentação à pirólise rápida em alta temperatura seguido por estágios de temperatura mais baixa. Em uma forma de realização, o tempo de residência da entrada orgânica ou sintética em cada uma da uma ou mais câmaras de aquecimento 28 está entre cerca de 40 segundos e cerca de 90 segundos. Em outra forma de realização, cada uma da uma a “n” câmaras aquecidas 28 é mantida a uma temperatura entre cerca de 700 oF (371 oC) e cerca de 2300 oF (1260 oC). Em outra forma de realização, a carga de alimentação 24 é submetida em uma primeira câmara de aquecimento a uma temperatura mais elevada, seguido por submeter os resultantes do primeiro aquecimento a uma temperatura mais baixa do que a primeira temperatura. Em outra forma de realização, o tempo de residência através de cada câmara e sua temperatura associada é ajustável através das paredes de separação da câmara ajustáveis 63 para igualar as funções calor vs tempo específicas complexas de algumas cargas de alimentação. Como se pode ver a partir destas formas de realização, tendo múltiplas câmaras 28 com paredes de câmara estáticas ou ajustáveis 63 e diferentes temperaturas na unidade de pirólise em alta temperatura 12 é vantajoso pois permite que a unidade de pirólise em alta temperatura processe uma ampla faixa de cargas de alimentação com eficiência térmica melhorada sem modificação de custo ou recalibração do sistema. Além disso, tendo múltiplas câmaras 28 na unidade de pirólise em alta temperatura 12 se permite submeter a pirólise o material de carga de alimentação diferente na unidade de pirólise em alta temperatura sem interrupção da operação contínua da unidade de pirólise de alta temperatura visto que a temperatura da câmara e tempos de residência e os constituintes de gás resultantes podem ser monitorados e ajustado com base na carga de alimentação.
[00045] Referindo-se ainda à Figura 2A, a unidade de pirólise em alta
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 30/55 / 44 temperatura 12 também inclui uma câmara resultante 64 para o monitoramento dos produtos de pirólise. Em uma forma de realização preferida, a câmara resultante 64 é equipada com um ou mais sensores infravermelhos 75 que medem a temperatura e a análise de espectro constituinte elementar/composto dos resultantes para os dados de carga de alimentação para os propósitos de controle de qualidade para os módulos de controle de comunicação, descritos mais abaixo. Os produtos gasosos de pirólise 40, incluindo, mas não limitado a estes, metano, etano, butano e outros hidrocarbonetos de baixo peso molecular, e produtos sólidos da pirólise, que podem incluir carvão ativado, podem ser separados na câmara resultante 64 e direcionados para outras etapas no sistema. Os produtos gasosos 40 são de preferência extraídos através do sistema mediante o uso de uma ventoinha de vácuo 76 localizado a jusante das etapas de filtragem, como mostrado na Figura 1C. Em uma forma de realização, a ventoinha de vácuo 76 pode ter uma válvula de desvio automático 78 em comunicação com a câmara resultante e controlada por um sistema informatizado em resposta aos dados de um ou mais dos sensores na câmara resultante para manter uma pressão positiva em pelo menos parcialmente abrir e fechar a válvula. A ventoinha de vácuo 76 é preferivelmente colocada em direção ao final do sistema para manter uma leve pressão positiva na unidade de pirólise 12 e uma pressão negativa suficiente no final do sistema para conduzir os gases resultantes através das etapas ou estágios restantes do sistema. De preferência, a leve pressão positiva na unidade de pirólise 12 está entre cerca de 1 kPa e cerca de 10 kPa presentes na unidade de pirólise em um momento particular. Assim, pode-se alimentar os MSW para dentro da unidade de pirólise em alta temperatura 12, seguido pela biomassa, seguido de carvão alcatroado, e o sistema pode ser ajustado “em movimento” para ser responsável pelos calores específicos diferentes e perfis de aquecimento destas cargas de alimentação, assim como as diferentes temperaturas e tempos de residência requeridos para
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 31/55 / 44 submeter a pirólise estes materiais.
[00046] Referindo-se ainda à Figura 2A, um outro aspecto da presente invenção é um sistema vedado de alta temperatura durável e seguro 36 que permite que o eixo de trado muito quente 38 penetre na unidade de pirólise em alta temperatura 12, sem permitir que os gases resultantes 40 escapem para a atmosfera. Em uma forma de realização, o eixo do trado penetra a unidade de pirólise em alta temperatura por meio de um sistema de vedação de barreira de vapor movido a vapor 36. O sistema de barreira de vapor conduzido por vapor cobre o eixo da unidade de pirólise em um cobertor sob pressão de vapor, evitando outros gases de escapar através do cobertor de vapor.
[00047] A Figura 3A mostra um sistema de barreira de vapor 36 de acordo com uma forma de realização da presente invenção. O sistema de barreira de vapor 36 inclui pelo menos dois colares de barreira de vapor 80, combinados com pelo menos uma câmara de detecção 82, que inclui pelo menos um sensor 84 para detecção dos gases resultantes. Em uma forma de realização preferida, o sistema de barreira de vapor compreende n colares de barreira de vapor e n-1 câmaras de detecção. Em uma outra forma de realização, n é 3. A câmara de detecção 82 é disposta entre os colares de barreira de vapor 80 de modo a detectar quaisquer gases resultantes que passam através do primeiro colar de barreira de vapor. Quando o sensor 84 detecta os gases resultantes na câmara de detecção, a pressão de vapor aplicada aos colares 80 pode ser aumentada, com o colar mais distante da câmara resultante recebendo o maior aumento na pressão de vapor, o segundo colar mais distante da câmara resultante recebendo o segundo maior aumento na pressão de vapor, etc., com o colar instalado entre a câmara resultante e a primeira câmara de detecção que não recebe nenhuma pressão adicional até que os gases resultantes sejam forçados a partir das câmaras de detecção 82 dentro da câmara resultante 64. De preferência, a pressão em cada coleira
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 32/55 / 44 aumenta não linearmente quando se move para fora da câmara de resultante 64.
[00048] As Figuras 3B e 3C mostram as vistas em corte transversal e frontal, respectivamente, de um colar de barreira de vapor 80 de acordo com uma forma de realização da presente invenção. O colar de barreira de vapor 80 pode ser um colar de aço inoxidável que envolve o eixo 38 do trado 68 sem propriamente dito tocar no eixo. Em uma forma de realização, não há mais do que 1/100 de uma polegada entre o eixo do trado 38 e o colar de barreira de vapor 80, e preferivelmente menos do que 5/1000 de uma polegada entre o colar de barreira de vapor e o eixo. A pressão de vapor é fornecida à abertura entre o colar 80 e o eixo através do corpo do colar através de uma ranhura anular 86 formada ao redor da circunferência interna do colar alimentado por um ou mais orifícios 88 perfurados através do colar, com quatro orifícios radiais sendo preferidos. Alternativamente, o vapor pode ser aplicado a partir do colar no eixo através de um ou mais bicos localizados sobre a circunferência interna do colar, ou qualquer outro mecanismo adequado de liberação de gás ou vapor gás. Quando a pressão de vapor for aplicada, o vapor flui através dos orifícios 88 na ranhura 86 e fora do eixo 38, criando um fluxo de massa de vapor em ambas as direções ao longo do eixo da ranhura. De preferência, o vapor é o vapor, que preferivelmente é mantido a uma temperatura de cerca de 500 oF (260 oC), a fim de esfriar os colares barreira de vapor 80 e eixo 38.
[00049] Referindo-se novamente à Figura 3A, a câmara de detecção inclui pelo menos um sensor 84 capaz de detectar os gases resultantes. As câmaras de detecção 82 efetivamente controlam o sistema de vedação mediante a comparação da pressão na câmara resultante 64 com a pressão nas câmaras de detecção e geração de pressão através dos colares de barreira de vapor 80 de modo a conduzir os gases resultantes a partir da câmara de detecção para dentro da câmara resultante, se necessário. Em uma forma de
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 33/55 / 44 realização preferida, o sensor de 84 é um sensor de pressão, que fornece informações sobre a pressão nas câmaras de detecção. Em outra forma de realização, o sensor de 84 é um sensor de gás resultante infravermelho. O sensor de gás resultante infravermelho 84 pode incluir lentes de safira em duas paredes opostas das câmaras de detecção 82, tal que a transmissão de infravermelho através das lentes, e assim através da câmara, seja interrompida e sensibilizada no lado do receptor se os gases resultantes tiverem vazado para a câmara. Em uma outra forma de realização, as câmaras de detecção 82 incluem tanto um sensor de pressão quanto um sensor de gás resultante infravermelho. No entanto, aqueles versados na técnica irão observar que qualquer método de detecção dos gases resultantes pode ser aplicado.
[00050] O sistema de barreira de vapor 36 é vantajoso por três razões. Em primeiro lugar, impede que os gases resultantes escapem para a atmosfera, evitando assim a perda de produtos gasosos do sistema. Em segundo lugar, mantém a segurança, visto que os gases resultantes na câmara resultante estão bem acima da temperatura de cintilação para tais gases; onde os gases resultantes escapam da câmara de combustão, pode-se criar uma explosão ou outra condição perigosa. Em terceiro lugar, e finalmente, permite o uso de uma tração de trado para aplicações de alta temperatura. Visto que os rolamentos utilizados com o eixo do trado 38 não devem suportar as temperaturas na unidade de pirólise 12, é necessário colocar os rolamentos suficientemente longe da unidade de pirólise de tal forma que eles possam ser mantidos em uma temperatura que os rolamentos podem suportar. Além disso, a manta de vapor esfria o eixo do trado 38, possibilitando o uso de rolamentos ajustados em temperatura mais baixa no eixo de trado. A vedação da barreira de vapor 36 se permite vedar a unidade de pirólise 12, enquanto localiza o mecanismo de acionamento e os rolamentos para o trado bem fora da unidade de pirólise. Tais vedações 36 podem ser estabelecidas no ponto de penetração do eixo do trado 38 dentro da unidade de pirólise em alta
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 34/55 / 44 temperatura 12, assim como o ponto de saída do eixo do trado da unidade de pirólise em alta temperatura.
[00051] Referindo-se à Figura 1B, um outro aspecto da invenção é usar a pirólise de alta temperatura das cargas de alimentação para gerar e capturar as nanoestruturas de carbono. Após sair da câmara resultante 64, os gases resultantes 40 frequentemente contêm uma quantidade significativa de pó de carbono, que contém concentrações significativas de nanoestruturas de carbono, incluindo (mas não limitado a eles) nanotubos de carbono e fulerenos, tais como Cóü “bolas de Bucky”. Estas nanoestruturas podem ser removidas dos gases resultantes através do uso de um clarificador de pó 16. O clarificador de pó 16 isobaricamente retarda a taxa de fluxo dos gases resultantes mediante o aumento do volume do gás, transmite uma carga para a nanoestrutura de carbono no bocal de expansão 89, e depois coleta as nanoestruturas de carbono nas placas carregadas 90. O diferencial de tensão usado pode estar entre cerca de 1 e cerca de 1000 V. No entanto, qualquer meio adequado para separar o pó de carbono do material gasoso conhecido na técnica, tal como aqueles que utilizam forças eletrostáticas ou forças centrífugas, pode ser usado. Os gases clarificados são depois direcionados para fora do clarificador de pó 16. As nanoestruturas de carbono podem então ser acondicionadas e preparadas para expedição, ou submetidas a outras etapas de purificação. Em uma forma de realização adicional da invenção, o clarificador de pó 16 pode separar os materiais que requerem outra pirólise 44 dos gases resultantes e nanoestruturas de carbono e reintroduzir estes materiais dentro da unidade de pirólise em alta temperatura.
[00052] Referindo-se à Figura 1C, um outro aspecto da presente invenção é purificar os gases de pirólise resultantes mediante a sua filtração através de carvão ativado no sistema de filtração e sequestro 18. Isto permite a produção de resultantes gasosos de limpeza do processo puro de pirólise do que aqueles produzidos pelos processos anteriores de pirólise. Em uma forma
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 35/55 / 44 de realização adicional, os materiais gasosos nocivos são sequestrados no processo ativo através do sistema de sequestro do “sítio de ácido de Lewis” e logo após a câmara resultante filtrada através de múltiplas unidades de filtro 46 contendo leitos de carvão ativado em diferentes temperaturas. No local da câmara resultante, a unidade de controle de análise de gás aplica quantidades apropriadas de agentes de sequestro de “sítio de ácido de Lewis” através do injetor 25 para remover todos os compostos de Hg+2 estáveis nas câmaras de pirólise em alta temperatura. Através de outra filtragem dos gases resultantes através de múltiplos leitos de carvão ativado 46 em diferentes temperaturas, pode-se controlar quais as impurezas são absorvidas pelo carvão ativado. Por exemplo, em altas temperaturas no processo ativo de pirólise, as impurezas tais como sulfeto de mercúrio (II) (HgS) são quimicamente ligadas, através da quimissorção, em sítios de ácido de Lewis no carvão ativado, enquanto que outras impurezas, tais como os compostos de mercúrio (I) e outros compostos nocivos, podem ser capturadas nos estágios de leito sorvente de carvão ativado em temperatura mais baixa do processo de filtragem. Cloro ou outros halogêneos presentes no carbono também serão ligados quimicamente nos estágios do processo de pirólise em alta temperatura, que ainda ativará os sítios de ácido de Lewis no carvão ativado. Além disso, por causa da quantidade de oxigênio introduzido no processo de pirólise ser rigidamente controlada, os gases resultantes têm uma concentração muito baixa de SO2 e NO2; como tal, há pouca ou nenhuma formação de H2SO4 ou HNO3, que poderia envenenar os sítios de ácido de Lewis no carbono e impedir as quimiossorções no processo de pirólise em alta temperatura. Além disso, o carvão ativado irá absorver várias outras impurezas através da fisiossorção, em que os produtos químicos se tornarão capturados na superfície altamente corroída do carvão ativado. As funções de quimiossorção e fisiossorção do carvão ativado servem não apenas para remover e sequestrar as impurezas nocivas dos gases resultantes, mas também sequestrar estas impurezas no
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 36/55 / 44 carvão ativado, impedindo-os assim de escapar para o ambiente ou escoar para as águas subterrâneas.
[00053] Em uma forma de realização adicional da invenção, o carvão ativado usado para filtrar os gases resultantes pode ser o carvão ativado resultante de um processo de pirólise em baixa ou alta temperatura. Isso reduz o custo de filtração além de possibilitar a produção de carvão ativado com propriedades físicas e químicas específicas no processo de pirólise em alta temperatura. O carvão ativado é primeiro produzido pela pirólise em alta temperatura de uma carga de alimentação orgânica, seguido por estágios em temperatura mais baixa. O processo de pirólise em alta temperatura facilita a criação de sítios de ácido de Lewis sobre os átomos de carbono, que são necessários para a absorção de produtos químicos nocivos. O carvão ativado resultante é movido da câmara resultante por meio de um transportador tubular na forma de um trado em um cano ou tubo, ou de transportador adequado ou outro mecanismo de transporte, e é preferivelmente direcionado através de pelo menos um envoltório de esfriamento/aquecimento 48, que pode cercar o tubo de transporte. O ar é soprado através do envoltório 48 por meio de uma ventoinha 47; o calor residual do envoltório de esfriamento/aquecimento entra no sistema de recuperação de calor residual, descrito mais tarde neste documento. O envoltório de esfriamento/aquecimento 48 pode ser usado para reduzir a temperatura do carvão ativado em uma primeira temperatura predeterminada. O carvão ativado esfriado é então direcionado através de um primeiro estágio de filtragem 46 na forma de uma câmara de leito sorvente, através da qual os gases resultantes são deixados passar. A câmara de leito sorvente pode ter orifícios de escapamento de malha ou grades no tubo de transporte para deixar o gás passar através do carvão ativado. Em uma forma de realização adicional, o carvão ativado então passa através de um segundo tubo de esfriamento/aquecimento 48 para levar o carvão ativado a segunda uma
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 37/55 / 44 temperatura predeterminada. O carvão ativado pode então passar novamente através de um segundo estágio de filtragem na forma de uma câmara de leito sorvente para remover e sequestrar uma segunda série de impurezas dos gases resultantes. De preferência, os gases resultantes são passados através de três diferentes câmaras de leito sorvente com carvão ativado em três temperaturas distintas. De preferência, cada uma destes estágios de filtragem 46 possui uma temperatura progressivamente reduzida, variando de cerca de 2000 oF (1093 oC) a cerca de 700 oF (371 oC). Em geral, os tempos de permanência do gás durante estes estágios são lentos e os leitos de carvão ativado utilizados são grandes. Vantajosamente, os leitos de carvão ativado são continuamente renovados através do mecanismo de transporte. Como um resultado, os materiais nocivos são serialmente limpos a partir do gás metano através da quimiossorção e fisiossorção.
[00054] As câmaras de leito sorvente estão em comunicação fluida com um filtro 77, uma ventoinha a vácuo 76, e um compressor 50 operável para manter a pressão positiva leve em todo o sistema. De preferência, este sistema de manutenção da pressão positiva incorpora um desvio automatizado 78 e é monitorado e controlado pelas comunicações e sistema de controle que recebe os dados de sensibilização da pressão diferencial de dentro da câmara resultante 64. O gás é então coletado em um tanque de armazenamento de gás 52 e seletivamente liberado para um regulador 100, um gerador 92, e uma interface de co-geração 94. O resultado é a liberação de gás a um sistema queimador cliente 98 ou um sistema de energia elétrica cliente 96. Opcionalmente, a descarga do gerador 97 também é liberada ao sistema de recuperação de calor residual 56. No lado sólido, o carvão ativado e outros materiais são transportados para um separador de tambor de metal magnético 54, produzindo produtos de metal limpo, e um sistema de classificação do separador de carbono 55, produzindo grãos de carbono limpos e produtos de carbono classificados.
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 38/55 / 44 [00055] Em uma forma de realização preferida do sistema, duas ou mais unidades de pirólise em alta temperatura 12 são operadas em paralelo. Cada unidade de pirólise em alta temperatura 12 aceita uma carga de alimentação diferente 24, que resulta em diferentes materiais resultantes. Por exemplo, uma primeira unidade de pirólise em alta temperatura pode ser operada para submeter a pirólise o carvão ou alcatrões de carvão, enquanto que simultaneamente opera uma segunda unidade de pirólise em alta temperatura para submeter a pirólise os resíduos sólidos urbanos ou biomassa. Mediante a operação de duas unidades de pirólise em paralelo, pode-se ampliar ainda mais a faixa de cargas de alimentação que um tal sistema pode aceitar.
[00056] Em uma outra forma de realização da invenção, mostrada na Figura 4A, um sistema de carbono ativado granulado em baixa temperatura (GAC) 22 é acoplado com uma unidade de pirólise em alta temperatura 12. O acoplamento pode ocorrer mediante a utilização do calor residual dos orifícios de escapamento de descarga 32 da unidade de pirólise em alta temperatura 12 para impulsionar a segunda unidade de pirólise em baixa temperatura 22, por exemplo, como mostrado na Figura 4. O processo de pirólise em alta temperatura pode operar em temperaturas entre cerca de 700 oF (371 oC) e 2300 oF (1260 oC); um processo de pirólise em baixa temperatura, tal como o processo de carvão ativado granulado em baixa temperatura 22, ou um processo de destilação de batelada para girar os pneus de veículos em óleos combustíveis e aço 20, pode operar em temperaturas que variam de cerca de 300 oF (149 oC) a cerca de 700 oF (371 oC). O acoplamento do processo de pirólise em alta temperatura com um processo de pirólise em baixa temperatura em um sistema de pirólise de ciclo combinado amplia a faixa de materiais orgânicos e sintéticos que podem ser submetidos a pirólise no sistema, assim como uma faixa ampliada de resultantes além do processo de alta ou baixa temperatura isoladamente. Por exemplo, no processo de pirólise
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 39/55 / 44 em alta temperatura, o processo pode utilizar a entrada contínua de carga de alimentação consistindo de partículas menores; cargas de alimentação volumosas (tais como pneus de automóvel) podem precisar ser rasgadas em tiras, congeladas, rasgadas, ou de outra maneira reduzidas a um tamanho menor para serem submetidas à pirólise na unidade de pirólise em alta temperatura resultando em energia excessiva utilizada para a redução do tamanho da carga de alimentação. Da mesma forma, a pirólise em baixa temperatura é inadequada para as cargas de alimentação tais como resíduos sólidos urbanos, que possuem materiais nocivos que necessitam ser submetidos a pirólise em temperaturas mais elevadas de modo a remover as impurezas. Além disso, a pirólise em baixa temperatura de certas cargas de alimentação, tais como o carvão, resulta em alcatrões que devem ser convertidos em gases resultantes por um processo de pirólise em alta temperatura. Como tais, os dois sistemas podem operar em sinergia, visto que o processo de pirólise em alta temperatura fornece calor para conduzir o processo de pirólise em baixa temperatura através de dutos térmicos 102, e o processo de pirólise em baixa temperatura pode gerar carga de alimentação que pode ser usada no processo de pirólise em alta temperatura.
[00057] Em uma forma de realização adicional da invenção, conforme mostrado na Figura 4A, o mecanismo de transporte de múltiplas passagens (1 - n) pode ser usado no sistema de pirólise em alta temperatura 12. Nesta forma de realização, o transporte de carga de alimentação de passagem tripla ou passagem (1 - n) através das câmaras de aquecimento acomoda cargas de alimentação que requerem longo tempo de residência para a gaseificação completa.
[00058] O processo de pirólise em baixa temperatura GAC 22 é mostrado na figura 1D. A carga de alimentação de carvão 168 é em primeiro lugar passada através de um sistema de secagem e condicionamento 162 que utiliza de vapor proveniente do gerador de vapor 60, e depois através de um
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 40/55 / 44 alimentador de fecho pneumático 14. O GAC é ativado por vapor 152 que também utiliza o vapor que emana do gerador de vapor 60. Toda a descarga deste processo é enviada para o sistema de recuperação de calor residual 56. Assim, a presente invenção fornece um sistema de pirólise em alta temperatura contínuo de ciclo combinado que utiliza o calor residual do sistema de pirólise em alta temperatura contínuo 12 para abastecer as tecnologias de baixa temperatura. Isso amplia a faixa de entradas orgânicas ou sintéticas que podem ser utilizadas, assim como a faixa de resultantes que podem ser alcançados. Uma conexão simbiótica resulta. Por exemplo, o sistema de pirólise em alta temperatura contínuo tipicamente requer uma entrada de tamanho limitado de partícula, que já não é absolutamente necessária, e o processo GAC em baixa temperatura 22 fornece carvão alcatroado que pode ser usado para elevar o valor de BTU dos gases resultantes.
[00059] Em uma forma de realização preferida, o calor residual da unidade de pirólise em alta temperatura contínua pode ser utilizado para acionar um processo de pirólise em baixa temperatura 22 para a produção de carvão ativado granulado (GAC) e carvão alcatroado, como é mostrado na Figura 1D, ou um processo de destilação a vácuo de pirólise em baixa temperatura 20, como é mostrado na Figura 1E, ou ambos. Referindo-se novamente à Figura 1D, o processo GAC de baixa temperatura utiliza carvão 168 como uma carga de alimentação e obtém carvão alcatroado líquido 103 e carvão alcatroado condensado 106 e carvão ativado granulado 104 como produtos; vapor pode ser usado para ainda ativar o produto de carvão ativado, igualmente. O carvão alcatroado pode ser introduzido na unidade de pirólise em alta temperatura 12, como descrito acima, para convertê-los em gases combustíveis.
[00060] Referindo-se agora à Figura 1E, em uma forma de realização exemplar, uma unidade de destilação por batelada em baixa temperatura 20
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 41/55 / 44 para o processamento de pneus de veículos ou coisa parecida é seletivamente acoplada com o sistema de pirólise em alta temperatura contínuo 12 (Figura 1A). A unidade de destilação por batelada em baixa temperatura 20 inclui um processo de destilação por batelada em baixa temperatura 172 que separa carbono e aço, que são liberados a um mecanismo de acondicionamento e expedição de carbono/aço, a partir do gás, que é liberado a um condensador 150. Para cada composto de borracha, a temperatura/vácuo é definida para a sublimação em gás, começando com o material de borracha ou sintético com pressão de vapor mais baixa no grupo e progredindo até que todos os tipos de borracha ou sintéticos diferentes sejam sublimados, deixando apenas o carbono e o aço fixos, se os pneus contiverem aço. Os pneus 174 processados são em primeiro lugar limpos com vapor 176, e subsequentemente secos com ar quente 178, utilizando o vapor e o ar quente que emanam do sistema de recuperação de calor residual, descrito com maiores detalhes mais abaixo. O gás condensado é bombeado através de um filtro 144 por uma bomba de combustível 142, e armazenado em um recipiente de armazenamento de óleo 140 para a expedição e uso posterior. No caso dos pneus, grandes quantidades de energia teriam que ser gastas para rasgar, congelar e quebrar, ou de outra maneira reduzir os pneus para um tamanho de entrada aceitável para uso com o sistema de pirólise em alta temperatura contínuo 12. Para esta tecnologia de temperatura mais baixa, os pneus podem simplesmente ser rolados ou colocados dentro da câmara de processo de destilação por batelada em baixa temperatura, sem nenhuma preparação que não seja a limpeza dos pneus para remover os materiais censuráveis, tais como sujeira e outros detritos. O sistema de destilação por batelada em baixa temperatura 20 não seria, no entanto, adequada para o processamento de resíduos sólidos urbanos, que tipicamente contêm materiais censuráveis que devem ser submetidos a pirólise em temperaturas muito mais elevadas - por dissociação completa em elementos seguros e compostos que podem ser sequestrados, de tal forma que
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 42/55 / 44 não exista nenhuma lixiviação no sistema de águas subterrâneas se um campo de terra for utilizado para a recuperação, por exemplo. Da mesma forma, o processo de destilação por batelada em baixa temperatura não é adequado para a produção de carvão ativado granular (GAC), devido à sua falta de capacidade de manipulação de carvão alcatroado. Assim, a presente invenção fornece um sistema de pirólise em alta temperatura contínuo de ciclo combinado que utiliza o calor residual do sistema de pirólise em alta temperatura contínuo 12 para abastecer as tecnologias de baixa temperatura. Isso amplia a faixa de entradas de orgânicos ou sintéticos que podem ser utilizados, assim como a faixa de resultantes que pode ser alcançada. A conexão simbiótica novamente resulta.
[00061] Referindo-se à Figura 1F, o calor residual da unidade de pirólise em alta temperatura também pode ser recuperado através de um sistema de recuperação de calor residual 56. O sistema de recuperação de calor residual inclui pelo menos um trocador térmico 58, que pode ser acoplado com outros dispositivos, tais como um gerador de vapor 60 para gerar vapor, ou uma ventoinha 138 para gerar ar quente. O vapor produzido pelo gerador de vapor 60 pode ser usado para fornecer vapor a outras partes do sistema, incluindo, mas não limitado a estas, vapor para o processo de pirólise em alta temperatura, o deslocamento de ar na câmara de fecho pneumático 14 no processo de pirólise em alta temperatura, para o sistema de barreira de vapor 36 que circunda o eixo do trado 38, para uso em uma turbina de ciclo combinado para produzir eletricidade, ou para a limpeza com vapor de pneus de automóveis 176 para que eles possam ser usados como uma carga de alimentação para o processo de destilação à vácuo de pirólise em baixa temperatura. O injetor de vapor 26 também pode ser usado para fornecer vapor para o processo de pirólise em alta temperatura; a reforma de vapor é necessária porque fornece átomos de hidrogênio necessários para a produção de metano, etano e outros gases de hidrocarboneto desejáveis. Da mesma
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 43/55 / 44 forma, o acoplamento de uma ventoinha 138 ao sistema de recuperação de calor residual gera ar quente, que pode ser usado no sistema de condicionamento 162 para a carga de alimentação orgânica ou sintética antes de introduzi-la na unidade de pirólise em alta temperatura 12 ou para controlar a temperatura do leito de carvão ativado utilizada para filtrar a corrente de gás resultante. O calor residual também pode ser reintroduzido nos queimadores 30 da unidade de pirólise em alta temperatura 12 mediante o envio do ar dos invólucros de esfriamento/aquecimento 48 através do sistema de recuperação de calor residual 56 e o fornecimento ao queimador na forma de ar para a combustão. Isso aumenta a eficiência da unidade de pirólise em alta temperatura.
[00062] A pirólise de certas cargas de alimentação na unidade de pirólise em alta temperatura pode resultar em produtos particulares que não são obtidos com outras cargas de alimentação. Um novo produto que foi obtido é um carbono não umectante. Este resultante de carbono não umectante possui poros que são abertos durante o processo de pirólise e subsequentemente vedados com sílica, que pode opcionalmente ser adicionada durante o processamento de resíduos sólidos, se necessário. Este carbono não umectante flutua e demonstra propriedades não absortivas desejáveis. A fabricação tipicamente envolve cavidades abertas dentro da carga de alimentação de carbono ou carvão fixa durante a pirolização extremamente rápida, seguido pela fusão de sílica residente para vedar as cavidades abertas. O carvão que é rapidamente pirolizado entre cerca de 900 oF (482 oC) e cerca de 2300 oF (1260 oC), e de preferência ao redor de 2000 °F (1093 oC), pode formar cavidades vedadas criadas pela sílica fundida durante o processo de pirolização rápida. Além disso, o carbono não umectante pode ser produzido mediante a pirolização de outras cargas de alimentação orgânicas, enquanto introduz a sílica ou outros agentes não umectantes na corrente de carga de alimentação. As propriedades essenciais
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 44/55 / 44 típicas do carvão ativado não umectante são apresentadas na Tabela 1.
| Amostra | Operação de carbonização |
| Umidade, Leco, % em peso | 1,9 |
| Cinza, Leco, d.b., % em peso | 12,9 |
| VCM, % em peso | 4,1 |
| VFAD, d.b., g/ml | 0,393 |
| pH, Granular, d.b. | 7 |
| Molasses D.E., de qualquer forma | ~0 |
| Número de Iodo, d.b., mg/g | ~0 |
| Densidade de Partícula, d.b., g/ml | 1,28 |
| Densidade de Hélio, d.b., g/ml | 1,72 |
| Volume Estrutural, d.b., ml/g | 0,58 |
| Vol. de Poro Total, d.b., ml/g | 0,20 |
| Análise de Triagem Rotap, % em peso | |
| +1/2 polegada | 6,6 |
| */2 polegada x 3,5 malha | 68,2 |
| 3,5 x 4 malha | 7,7 |
| 4 x 5 malha | 4,9 |
| 5 x 6 malha | 3,5 |
| -6 malha | 10,0 |
Tabela 1 [00063] Este carbono não umectante pode ser usado como uma carga de materiais impermeáveis tais como madeira cortada. Um outro aspecto da invenção é uma madeira cortada compósita resistente à umidade que utiliza um carbono não umectante como uma carga e plástico reciclado, tal como polietileno de alta densidade (HDPE), como o aglutinante para uma madeira cortada compósita resistente à umidade. O carbono não umectante é perfeitamente adequado para a madeira cortada compósita superior que é destituída de problemas induzidos pela umidade da madeira cortada compósita atualmente fabricada. O problema de expansão de fungos, mofo e umidade da madeira compósita existente é eliminado devido à resistência de umidade da carga de carbono não umectante desta invenção.
[00064] Em outra forma de realização, a invenção compreende um sistema de controle e coleta de dados para uma usina de pirólise. Um objetivo da invenção é a utilização de camadas de controle de comunicação e coleta de dados para o controle das unidades individuais de pirólise e outros aspectos do sistema e para a operação de todo o sistema. Em uma forma de realização adicional, o sistema de controle pode estender o controle sobre a operação de
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 45/55 / 44 pelo menos um sistema em uma municipalidade ou múltiplos sistemas dentro de uma região. Em uma forma de realização adicional, o sistema de controle fornece instrumentação uniforme e padrão e dados para a operação de usinas em uma base regional e global. O objetivo também é fornecer os dados de energia e produtos disponíveis a partir destas usinas regionais em um bloco histórico de dados de perfil de tal forma que os dados de energia gasosa e/ou elétrica podem ser facilmente conformados com os modelos de dados de fundo comercial.
[00065] O sistema de controle de usina de pirólise compreende um protocolo de comunicação que é ISO em camadas para controlar e comunicar com os sensores de processo em protocolos de comunicação padrão através de tabelas definidas pelo usuário ampliadas, estruturas EDL (Exchange Data Language), estruturas TDL (Table Definition Language), e estruturas XML, tal que as máquinas individuais, usinas, municipalidade, regiões das usinas, fundos comerciais e outras entidades possam utilizar os dados de bloco de energia. Em uma forma de realização, um processador de pirólise eletronicamente controlado incorpora um conjunto de protocolos TCP/IP e um servidor HTTP para fornecer acesso unidirecional e bidirecional aos dados do sensor. Em outra forma de realização, o conjunto de protocolos TCP/IP pode ser incorporado a uma entrada, que serve de múltiplas unidades de processamento de pirólise e sensores associados e para a transmissão de dados para as unidades de pirólise individuais e sensores associados. Os sensores associados (End Devices) utilizam um receptáculo de comunicações fêmea IEEE 1703 que permite a conectividade com um módulo de comunicação macho IEEE 1703 acrescido de IP. O módulo de comunicação macho IEEE 1703 pode incorporar qualquer outro meio de comunicação de camada inferior ou rede para a liberação de dados/comunicação de controle. Em uma forma de realização adicional, o sistema de controle pode usar uma interface de portal comum para o acesso remoto aos dados da unidade de pirólise e
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 46/55 / 44 definir os parâmetros da unidade de pirólise usando as formas HTML em navegadores HTTP, leitura remota e configuração de múltiplos parâmetros de pirólise utilizando um conjunto de protocolo TCP/IP, um conjunto de protocolo TCP/IP implementado em nodos designados em uma CEBus LAN com acesso remoto através de TCP/IP para roteadores e roteadores de transição e para unidades de pirólise individuais na LAN; e um portal habilitado SLIPP-PPP para acesso TCP/IP remoto através de uma interface serial para o único ou múltiplos parâmetros da unidade de pirólise.
[00066] Uma outra forma de realização da invenção compreende um controle e protocolo de comunicações para a usina de pirólise inteira. O sistema de controle é único em que um sistema de pirólise modular integrado pode incluir também um Sistema de Gestão de Módulo (MMS), tal como o Sistema de Gestão de Dados de Medição (MDMS) e integração distribuída de banco de dados que pode fornecer sistema de comunicação e controle em tempo real transparente de ponta a ponta independente do sítio, independente da rede que utiliza os métodos Transparent Bridging Enhancement Technology (TBET) e Transparent Speed Enhancement Signaling (TSES) requeridos pelos módulos de comunicação em tempo real de alta velocidade. [00067] Uma outra forma de realização compreende a tecnologia de melhora de transição transparente. A tecnologia de transição transparente facilita o registro de qualquer sistema de comunicação que utiliza os padrões de comunicação anteriormente mencionados através dos segmentos de rede que são de outra maneira inacessível para as entidades de comunicação de uma forma transparente, sem a necessidade de alteração do hardware, software ou firmware de comunicação com base no segmento. A tecnologia de transição compreende um protocolo de transferência por emparelhamento através do qual o hardware e software de transição recuam permitindo a comunicação não hierárquica em todos os segmentos de rede que era de outra maneira inacessível durante a fase de registro do módulo, sem o uso de um
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 47/55 / 44 relé.
[00068] Esta invenção utiliza os protocolos de comunicação padrão para fornecer camadas de comunicação. Estes protocolos de comunicação incluem, mas não estão limitados a eles, IEEE 1377, IEEE1701, IEEE1702, IEEE1703, e IEEE 1704, os protocolos ANSI C12.19, ANSI C12.18, ANSI C12.21, e ANSI C12.22 correspondentes, os protocolos MC12.19, MC12.18, MC12.21, MC12.22, e MCP1704 correspondentes, e portal de internet UCA/IEC 61850, ISO/IEC 62056-62, ISO/IEC 15955, ISO/IEC 15954, ISO/IEC 8824, ISO/IEC 8825, IANA TCP/LJDP 1153 ou equivalentes, e W3C XML, que são aqui incorporados por referência. Estes protocolos de comunicação, pela primeira vez, fornecerão uma integração sem transições de geração de energia e medição de energia para uma Infraestrutura de Medição Avançada (AMI).
[00069] A AMI é gerenciada através do uso de tabelas definidas Padrão ou do Fabricante, tabelas definidas pelo usuário, tabelas definidas pelo usuário ampliadas, procedimentos padrão e procedimentos de fabricação, tabela pendente e procedimento pendente, mensagens bi-direcionais e mensagens uni-direcionais (expressões abruptas). Os elementos de dados são codificados para uso na troca do inter-sistema global, importação e exportação de controle, dados e parâmetros usando os EDLs que são especificados e são totalmente qualificados usando os TDLs para a criação e documentação de modelos de dados sensoriais e arquivos de configuração com supervisão do sítio usando um registro de dados global. Estes são codificados usando estruturas XML, TDL e EDL que definem um contexto de comunicação, um sistema que é capaz de conectar os sensores individuais, máquinas, usinas, municipalidades, regiões geográficas, regiões de usinas, e fundos comerciais e outras entidades que usam os dados de bloco de energia e dados sensoriais de tempo crítico.
[00070] Um sistema de pirólise modular integrado também pode
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 48/55 / 44 incluir um MMS e MDM e bancos de dados para fornecer o sistema de comunicação e controle em tempo real transparente de ponta a ponta independente do sítio, independente da rede. A tecnologia que permite a globalização de comunicação do processo é fornecida pela tecnologia de melhora de transição transparente da invenção, que permite o sistema de controle interoperar com segurança, em particular e globalmente sem a degradação indesejada de desempenho do sistema de comunicação, enquanto mantém a capacidade em tempo real. A transição transparente une os nodos e relés de registro que de outra forma não poderia intercomunicar diretamente um com o outro porque eles residem nos locais que estão localizados em diferentes segmentos de rede que de outra maneira exigiriam relés. Após a ligação inicial, as transições transparentes recuam e não mais participam das transferências de comunicação e dados. O efeito líquido é que os segmentos de rede que normalmente requerem relés a fim de sustentar a comunicação não requerem tais relés, eliminando assim a necessidade de hardware e/ou software que podem aumentar o custo de integração ou diminuir a eficiência global do sistema.
[00071] A Figura 5 mostra um desenho detalhado da tecnologia de melhora de transição transparente (TBET) lógica usada para ligar os nodos da rede com relés que não estão co-localizados no mesmo segmento de rede como aquele dos nodos. Após a atividade de transição inicial a transição é retirada, e os dois segmentos de rede são “corrigidos”, apresentando assim efetivamente relés para os nodos registrados como se o relé fosse ser colocalizado no mesmo segmento de rede. Em uma forma de realização preferida, um nodo IEEE 1703 / C12.22 / MC12.22 não registrado 106 transmite um ACSE PDU que contém um EPSEM Registration Service Request. A mensagem contém o endereço de rede de origem de fonte de nó. Roteador de rede 108 não irá transmitir a solicitação para a WAN 110 por razões de segurança ou outras razões de restrição da conectividade. O TBET
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112 recebe a solicitação de registro do nodo e encaminha para o ApTMe do IEEE 1703 / C 12.22 / MC 12.22 mais próximo do relé 114 (ou relé mestre), através do roteador de rede 108, enquanto disfarça do originador da mensagem mediante o uso do endereço de origem da fonte do Nodo como seu. Em uma internet, este é o endereço IP do nodo. O relé 114 processa o pedido de registro e responde ao nodo de origem 106 através do roteador de rede 108. Finalmente, o nodo 106 é apropriadamente registrado. Qualquer Nodo IEEE 1703 / C12.22 / MC 12.22 na rede de área local IEEE 1703 MC / C12.22 / MC 12.22 116 pode agora localizar e comunicar com o nodo registrado. O TBET 112 não está mais envolvido nessas transações e pode ser removido.
[00072] O uso de conexões de sinalização de melhora da velocidade transparente entre os dispositivos de sensor, controle e gerenciamento e seu módulo de comunicação correspondente permite o uso de conectores e interfaces que foram de outra maneira limitados no projeto para operar em velocidades lentas a moderadas de 256.000 bits por segundo e distâncias de 1m, para operar em velocidades que são ordens de grandeza mais rápidas (por exemplo, 4.000.000 bits por segundo ou mais) em distâncias maiores do que 1m, transparentemente usando os links de comunicação assíncronas em série existentes. Outro aspecto desta conexão é que ele fornece os meios para reconhecer a presença de tal link de alta velocidade, permitindo assim a detecção e ativação da interface de alta velocidade. A Figura 6A mostra um exemplo de um sistema transceptor de alta velocidade 118 usando cabos de melhora da velocidade transparentes 128 que podem ser usados para conectar os dispositivos aos módulos de comunicação que são compatíveis com os requerimentos de interface do módulo de comunicação IEEE 1703, ANSI C12.22, ou MC12.22 e manter mais do que 4 % do período máximo de bit nos locais de conector. O sistema de transceptor de alta velocidade 118 aceita entradas do TxD pino 120 de um dispositivo IEEE 1703, ANSI C12,22, ou
Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 50/55 / 44 em MC12.22 no transmissor de alta velocidade 122, juntamente com V+ 124 e Terra 126. Estes sinais são transmitidos através de um cabo 128, que emite RxD+ e RxD- ao receptor de alta velocidade 126, que depois emite ao RxD pino 130, V+ 124, e Terra 126 de um dispositivo IEEE 1703, ANSI C12.22, ou MC12.22. A Figura 6B mostra dois conjuntos de cabo de transceptor de alta velocidade 118 interpostos entre um IEEE 1703, ANSI C12.22, ou MC12.22 Device Connector 132 e um IEEE 1703, ANSI C12.22, ou MC12.22 Communications Module Connector 134. O uso dos dois conjuntos permite comunicações de alta velocidade a partir do conector do dispositivo 132 para o conector do módulo de comunicação 134 e vice-versa. Este é apenas um exemplo usando uma interface diferencial; outras variações sobre este circuito ou um método de transmissão (por exemplo, fibras óticas) são possíveis.
[00073] Embora a presente invenção tenha sido particularmente ensinada e descrita com referência a certas formas de realização preferidas, aqueles versados na técnica irão observar que pequenas modificações na forma e detalhes podem ser feitas sem se afastar do espírito e escopo da invenção.
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Claims (15)
- REIVINDICAÇÕES1. Processo para a gaseificação controlada de uma carga de alimentação carbonácea, caracterizado pelo fato de que compreende:a pirólise da carga de alimentação, que é transportada através de uma pluralidade de câmaras de aquecimento sucessivas utilizando um transportador na forma de um mecanismo de trado/retorta, cada uma compreendendo um queimador, um orifício de escapamento e uma parede de separação de câmara axialmente ajustável e cada uma sendo operada em uma temperatura específica e em um tempo de residência específico para produzir um produto gasoso e um produto sólido, em que o produto gasoso compreende metano e produtos químicos nocivos e o produto sólido compreende carbono; e o controle da etapa de pirólise usando um controle retroalimentado em relação aos constituintes do produto gasoso, fornecendo assim um produto gasoso previsível e estável de uma carga de alimentação desconhecida e variável.
- 2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a remoção de pelo menos alguns dos produtos nocivos do produto gasoso usando carvão ativado como um meio filtrante, em que a etapa de remoção ocorre em uma temperatura controlada.
- 3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a injeção de vapor na ou ao redor da carga de alimentação antes ou junto da etapa de pirólise.
- 4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de injeção de vapor é executada de modo responsivo e controlada com base nos constituintes do produto gasoso.
- 5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a injeção de material orgânico viscoso/líquido na ou ao redor da carga de alimentação antes ou junto daPetição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 52/552 / 3 etapa de pirólise.
- 6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a etapa de injeção de material orgânico viscoso/líquido é realizada de modo responsivo e controlada com base nos constituintes do produto gasoso.
- 7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende o monitoramento do produto gasoso com relação ao valor coletivo BTU por pés cúbicos e a modificação da etapa de pirólise consequentemente.
- 8. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a etapa de remoção compreende a remoção de pelo menos alguns dos produtos químicos nocivos do produto gasoso usando carvão ativado como o meio filtrante em uma pluralidade de etapas, em que a etapa de remoção ocorre em uma pluralidade de temperaturas controladas.
- 9. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte do carvão ativado é obtido da etapa de pirólise.
- 10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de pirólise compreende o transporte da carga de alimentação através da pluralidade de câmaras de aquecimento usando um ou mais trados dispostos dentro de uma retorta.
- 11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a retorta é rotacionada.
- 12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a retorta é rotacionada em uma direção oposta a uma direção de rotação do um ou mais trados.
- 13. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a manutenção de uma pressão positiva na retorta.Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 53/553 / 3
- 14. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a coleta de nanoestruturas de carbono do produto sólido antes da etapa de remoção.
- 15. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que as nanoestruturas de carbono são coletadas mediante a imposição de uma carga eletrostática sobre elas e a sua concentração usando uma placa eletricamente carregada.Petição 870180045874, de 29/05/2018, pág. 54/551/15CO2/153/15 metano do clarificador de pó de carbono4/15GAC ativado por vapor para ο acondicionamento e expediçãoΟ οLL φ
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