ES2247697T3 - Control de flujo de oxigeno para gasificacion. - Google Patents
Control de flujo de oxigeno para gasificacion.Info
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Abstract
El sistema de control de flujo de oxígeno en un procedimiento de gasificación de la presente invención comprende una válvula de control de aspiración situada entre la fuente de oxígeno y el compresor de oxígeno. La válvula de control de aspiración está diseñada para abrirse para suministrar oxígeno desde la fuente al compresor a través del primer conducto y para desplazarse a una posición de flujo reducido para evitar una distribución excesiva de oxígeno desde la fuente al compresor. El sistema también comprende un segundo conducto que conecta operativamente el compresor de oxígeno a un orificio de un gasificador. El sistema comprende una válvula de ventilación normalmente cerrada entre el compresor de oxígeno y el orificio de un gasificador. El sistema comprende un medio situado en el gasificador o en el efluente del gasificador para detectar cuando es necesario cambiar el flujo de oxígeno hacia el gasificador y para actuar sobre la válvula de control de aspiración de manera suficientepara cambiar el flujo de oxígeno. Finalmente, el sistema comprende un medio para un medio de controlar la válvula de control de aspiración y de la válvula de ventilación para regular la cantidad de oxígeno distribuido al gasificador.
Description
Control de flujo de oxígeno para
gasificación.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y sistema para controlar el flujo de oxígeno en un
procedimiento de gasificación.
Las cargas de alimentación basadas en petróleo
incluyen coque de petróleo impuro y otros materiales
hidrocarbonáceos, como residuos sólidos carbonáceos, aceites
residuales, y subproductos de petróleo crudo pesado. Estas cargas de
alimentación se usan comúnmente para reacciones de gasificación que
producen mezclas de gases de hidrógeno y monóxido de carbono,
denominadas comúnmente "gas de síntesis" o simplemente
"syngas". Se usa syngas como carga de alimentación para
realizar una gran cantidad de compuestos orgánicos útiles y también
puede usarse como combustible limpio para generar energía.
La reacción de gasificación supone típicamente
suministrar carga de alimentación, gas que contiene oxígeno libre y
cualquier otro material a un reactor de gasificación que también se
denomina "reactor gasificador de oxidación parcial" o
simplemente un "reactor" o "gasificador". Debido a las
altas temperaturas utilizadas, el gasificador está revestido con un
material refractario diseñado para resistir la temperatura de
reacción.
La carga de alimentación y el oxígeno se mezclan
íntimamente y reaccionan en el gasificador para formar syngas.
Aunque la reacción ocurrirá en un amplio intervalo de temperaturas,
la temperatura de reacción que se utiliza debe ser suficientemente
alta para fundir cualquier metal que pueda estar en la carga de
alimentación. Si la temperatura no es suficientemente alta, la
salida del reactor puede bloquearse con metales sin fundir. Por
otra parte, la temperatura debe ser suficientemente baja para que
los materiales refractarios que revisten el reactor no se
dañen.
Una manera de controlar la temperatura de la
reacción es controlar la cantidad de oxígeno que se mezcla y
posteriormente reacciona con la carga de alimentación. De esta
manera, si se desea aumentar la temperatura de la reacción,
entonces se aumenta la cantidad de oxígeno. Por otra parte, si se
desea reducir la temperatura de la reacción, entonces se reduce la
cantidad de oxígeno.
Convencionalmente, el oxígeno que se va a
utilizar en la reacción viaja por una tubería desde una fuente de
oxígeno hasta un compresor y luego a través de una segunda tubería
desde el compresor hasta el gasificador. A menudo existe un
depósito entre el compresor y el gasificador. En el gasificador, el
oxígeno se introduce a través de un orificio en el extremo superior
del reactor para mezclarse con la carga de alimentación. El control
de la cantidad de oxígeno que entra por el orifico se logra usando
una válvula en el orificio. Cuando la válvula está abierta, fluye
oxígeno al reactor. Cuando es necesario disminuir la velocidad de
la reacción y enfriarla, por ejemplo, cuando el flujo de carga de
alimentación ha disminuido la velocidad, entonces se reduce el flujo
a través de la válvula, es decir, la válvula se mueve a una
posición de flujo reducido.
Por desgracia, el sistema de control
anteriormente descrito no controla el oxígeno con mucha precisión.
Esto es debido al hecho de que incluso cuando la válvula en el
orificio está en la posición de flujo reducido, aún se está
enviando oxígeno a través de la segunda tubería mediante el
compresor. El oxígeno producido viaja desde el compresor hasta la
válvula de flujo reducido y la presión de oxígeno aumenta. Por lo
tanto, es difícil lograr buen control.
Una solución es tener un gran depósito en la
salida del compresor. Sin embargo, esto es un gran riesgo para la
seguridad, ya que existen altas temperaturas y materiales
carbonáceos cerca. Sería deseable poder descubrir un procedimiento
y sistema para controlar el flujo de oxígeno en un procedimiento de
gasificación que redujera directamente la cantidad de oxígeno en el
conducto.
La presente invención proporciona un sistema para
controlar el flujo de oxígeno en un procedimiento de gasificación
que comprende:
(a) una primera tubería que conecta de manera
funcional una fuente de oxígeno a un compresor de oxígeno;
(b) una válvula de control de succión situada
entre la fuente de oxígeno y el compresor de oxígeno, estando
adaptada dicha válvula de control de succión para abrirse para
suministrar oxígeno de la fuente al compresor a través de dicha
primera tubería y para moverse a una posición de flujo reducido para
reducir el suministro de oxígeno de la fuente al compresor.
(c) al menos dos segundas tuberías que conectan
de manera funcional el compresor de oxígeno a orificios de entrada
de al menos dos gasificadores;
(d) una válvula moduladora en cada una de las
segundas tuberías, dichas válvulas adaptadas para regular el flujo
de oxígeno hacia los gasificadores desde las segundas tuberías;
(e) una válvula de ventilación situada entre el
compresor de oxígeno y la válvula moduladora en cada una de las
segundas tuberías;
(f) un detector situado en cada gasificador,
alimentación de combustible de gasificador, o efluente de
gasificador, dicho detector adaptado para detectar flujo de oxígeno
insuficiente o excesivo hacia el gasificador y adaptado para
accionar la válvula de control de succión; y
(g) un primer accionador adaptado para controlar
la válvula de control de succión y un segundo accionador adaptado
para controlar la válvula de ventilación, la válvula de control de
succión y la válvula de ventilación adaptadas para regular la
cantidad de suministro de oxígeno a cada gasificador.
Además se proporciona un procedimiento de control
de flujo de oxígeno en un procedimiento de gasificación que usa el
aparato de la presente invención, comprendiendo dicho
procedimiento:
(a) determinar las necesidades de oxígeno en cada
uno de la pluralidad de gasificadores, dichas necesidades de oxígeno
determinadas a partir de los detectores adaptados para detectar
oxígeno insuficiente o excesivo en los gasificadores, dichos
detectores situados en cada gasificador, alimentación de
combustible de gasificador, o efluente de gasificador;
(b) proporcionar un gas que comprende oxígeno
molecular a una primera tubería que conecta de manera funcional una
fuente de oxígeno a un compresor de oxígeno;
(c) proporcionar una válvula de control de
succión situada en la primera tubería entre la fuente de oxígeno y
el compresor de oxígeno;
(d) accionar dicha válvula de control de succión,
estando adaptada dicha válvula para abrirse para aumentar el flujo
de oxígeno desde la fuente hasta el compresor a través de dicha
primera tubería cuando los detectores indican que la cantidad de
oxígeno en los gasificadores es insuficiente, y para moverse a una
posición de flujo reducido para reducir el suministro de oxígeno
desde la fuente hasta el compresor cuando los detectores indican
que la cantidad de oxígeno en los gasificadores es excesiva;
(e) llevar el gas comprimido en una pluralidad de
segundas tuberías hasta la pluralidad de gasificadores, en los que
cada segunda tubería conecta de manera funcional el compresor a un
gasificador;
(f) proporcionar una válvula moduladora en cada
una de las dichas segundas tuberías, estando adaptada dicha válvula
moduladora para abrirse para aumentar el flujo de oxígeno desde el
compresor a través de dicha segunda tubería cuando el detector
indica que la cantidad de oxígeno en dicho gasificador es
insuficiente, y estando adaptada para moverse a una posición de
flujo reducido para reducir el suministro de oxígeno desde el
compresor a través de dicha segunda tubería hasta el gasificador
cuando el detector indica que la cantidad de oxígeno en el
gasificador es excesiva;
(g) accionar dicha válvula moduladora para un
gasificador en respuesta a la salida del detector procedente de
dicho gasificador;
(h) proporcionar una válvula de ventilación
situada entre el compresor de oxígeno y las válvulas moduladoras en
la pluralidad de segundas tuberías, en las que cada válvula de
ventilación se abre si el detector indica que el flujo de oxígeno
hacia el gasificador está más del 2% por encima de la cantidad
deseada.
La Fig. 1 muestra un diagrama esquemático de un
sistema de control de flujo de oxígeno fuera del ámbito de la
presente invención utilizado sobre un único gasificador.
La Fig. 2 muestra un diagrama esquemático de un
sistema de control de flujo de oxígeno de la presente invención
utilizado sobre múltiples gasificadores (no mostrados) que comparten
un compresor de oxígeno común (36) en el que cada gasificador
funciona independientemente.
Según se usa en este documento, el término
"compresor de oxígeno" significa cualquier dispositivo capaz de
producir oxígeno a presión elevada, es decir, mayor que 1 atmósfera
o 101 kPa, presión adecuada para uso en gasificación.
Según se usa en este documento, el término
"fuente de oxígeno" significa cualquier dispositivo, aparato o
fuente que proporciona oxígeno, sustancialmente oxígeno puro, o aire
enriquecido en oxígeno que tiene más del 21 por ciento molar de
oxígeno. Durante el procedimiento de gasificación puede usarse
cualquier gas que contenga oxígeno libre que contenga oxígeno en una
forma adecuada para la reacción. El oxígeno sustancialmente puro es
un gas que contiene más del 90 por ciento molar, más a menudo del
95 al 99,5 por ciento molar de oxígeno. Comúnmente, el gas que
contiene oxígeno libre contiene oxígeno más otros gases derivados
del aire a partir del que se preparó el oxígeno, como nitrógeno,
argón u otros gases inertes. Una fuente de oxígeno típica incluye
una unidad de separación de aire que separa oxígeno del aire. Tales
unidades están disponibles comercialmente.
Según se usa en este documento, "válvula de
control de succión" significa una parte móvil que está situada en
la línea entre una fuente de oxígeno y el compresor de oxígeno. La
válvula de control de succión permite que el oxígeno viaje a través
de una tubería que está conectada de manera funcional de la fuente
de oxígeno al compresor de oxígeno cuando dicha válvula está parcial
o totalmente "abierta". Cuando dicha válvula está
"cerrada", se impide que entre oxígeno en el compresor. Cuando
dicha válvula está en "posición de flujo reducido", la válvula
está parcialmente abierta, lo que reduce el flujo de oxígeno hacia
el compresor comparado con una válvula totalmente "abierta".
Las válvulas de control de succión son ajustables ventajosamente de
manera continua desde una posición abierta, a través de numerosas
"posiciones de flujo reducido", y finalmente hasta una
posición cerrada.
Según se usa en este documento, el término
"válvula de ventilación" se refiere a una válvula que cuando se
abre permite que el gas, en este caso oxígeno, sustancialmente
oxígeno puro, o gas enriquecido en oxígeno, salga de la tubería y
sea ventilado a la atmósfera, o a un tanque, o a un procedimiento en
el que pueda usarse el oxígeno, o a otro lugar. No es importante
dónde se ventila el oxígeno. El término "válvula de ventilación
normalmente cerrada" significa que la válvula está cerrada
durante el funcionamiento normal, regular. No es importante para
esta invención si la posición de fallo de la válvula es abierta o
cerrada. La válvula de ventilación está a menudo modulándose
ventajosamente, con una posición de válvula abierta, una cerrada, y
numerosas posiciones parcialmente abiertas.
Esta presente invención es útil para controlar el
flujo de oxígeno dentro de un reactor en el que la carga de
alimentación de hidrocarburo y oxígeno reacciona para formar
syngas. Puede usarse cualquier medio efectivo para suministrar la
carga de alimentación dentro del reactor. Generalmente, la carga de
alimentación, oxígeno, y cualquier otro material se añade a través
de una o más entradas o aberturas en el reactor. Típicamente, la
carga de alimentación y el gas se pasan a un inyector de
combustible que está situado en la entrada del reactor. Puede
usarse cualquier diseño efectivo de inyector de combustible para
ayudar a la adición o interacción de carga de alimentación y gas en
el reactor, como un inyector de combustible de tipo anular descrito
en la patente de EE.UU. Nº 2.928.460 de Eastman y col., la patente
de EE.UU. Nº 4.328.006 de Muenger y col., o la patente de EE.UU. Nº
4.328.008 de Muenger y col.
Alternativamente, la carga de alimentación puede
ser introducida en el extremo superior del reactor a través de un
orificio. El gas que contiene oxígeno libre se introduce
típicamente a gran velocidad en el reactor a través del inyector de
combustible o un orificio separado que descarga el gas de oxígeno
directamente dentro de la corriente de carga de alimentación.
Mediante esta disposición, los materiales de carga se mezclan
inmediatamente dentro de la zona de reacción y se impide que la
corriente de gas de oxígeno incida directamente en las paredes del
reactor y las dañe.
Puede emplearse cualquier diseño de reactor
efectivo para gasificación. Típicamente, puede usarse un recipiente
a presión de acero, vertical, de forma cilíndrica. Reactores
ilustrativos y aparatos relacionados están descritos en la patente
de EE.UU. Nº 2.809.104 de Strasser y col., la patente de EE.UU. Nº
2.818.326 de Eastman y col., la patente de EE.UU. Nº 3.544.291 de
Schlinger y col., la patente de EE.UU. Nº 4.637.823 de Dach, la
patente de EE.UU. Nº 4.653.677 de Peters y col., la patente de
EE.UU. Nº 4.872.886 de Henley y col., la patente de EE.UU. Nº
4.456.546 de Van der Berg, la patente de EE.UU. Nº 4.671.806 de
Stil y col., la patente de EE.UU. Nº 4.760.667 de Eckstein y col.,
la patente de EE.UU. Nº 4.146.370 de van Herwijner y col., la
patente de EE.UU. Nº 4.823.741 de Davis y col., la patente de
EE.UU. Nº 4.889.540 de Segerstrom y col., la patente de EE.UU. Nº
4.959.080 de Sternling, y la patente de EE.UU. Nº 4.979.964 de
Sternling. La zona de reacción comprende preferentemente una cámara
de flujo descendente, de flujo libre, revestida de material
refractario con una entrada situada centralmente en la parte
superior y una salida alineada axialmente en la parte inferior.
La reacción de gasificación se lleva a cabo bajo
condiciones de reacción que son suficientes para convertir una
cantidad deseada de carga de alimentación en syngas. Las
temperaturas de reacción están comprendidas típicamente entre 900ºC
y 2000ºC, preferentemente entre 1200ºC y 1500ºC. Las presiones están
comprendidas típicamente entre 101 kPa y 25,3 MPa (entre 1 y 250
atmósferas), preferentemente entre 1,01 y 15,2 MPa (entre 10 y 150
atmósferas). El tiempo medio de estancia en la zona de reacción
está comprendido generalmente entre 0,5 y 20, y normalmente entre 1
y 10, segundos.
Puede usarse cualquier gas que contiene oxígeno
libre que contenga oxígeno en una forma adecuada para reacción
durante el procedimiento de gasificación. Típicamente, el oxígeno se
prepara separando oxígeno del aire por medio de una unidad de
separación. De la unidad de separación de aire, el oxígeno viaja por
medio de una tubería a un compresor que aumenta la presión del
oxígeno y suministra el oxígeno a través de una segunda tubería a
un orificio del extremo superior del gasificador.
Las proporciones óptimas de carga de alimentación
basada en petróleo a gas que contiene oxígeno libre, así como
cualquier componente opcional, pueden variar ampliamente con
factores tales como el tipo de carga de alimentación, tipo de
oxígeno, así como la especificación de equipo para elementos tales
como materiales refractarios y reactor. Típicamente, la proporción
atómica de oxígeno en el gas que contiene oxígeno libre a carbono,
en la carga de alimentación, es de 0,6 a 1,6, preferentemente de
0,8 a 1,4. Cuando el gas que contiene oxígeno libre es
sustancialmente oxígeno puro, la proporción atómica puede ser de 0,7
a 1,5, preferentemente 0,9. Cuando el gas que contiene oxígeno es
aire, la proporción puede ser de 0,8 a 1,6, preferentemente
1,3.
El sistema de control de flujo de oxígeno de la
presente invención puede emplearse independientemente de las
proporciones óptimas de carga de alimentación basada en petróleo a
gas que contiene oxígeno libre. El sistema de control de flujo de
oxígeno detecta cuándo es necesario reducir el flujo de oxígeno
debido a una disminución en el flujo de hidrocarburo. Igualmente, el
sistema de control de flujo de oxígeno detecta cuándo es necesario
aumentar el flujo de oxígeno debido a un aumento en el flujo de
hidrocarburo. Tales detectores se pueden obtener fácilmente en el
comercio. Estos incluyen caudalímetros de hidrocarburos,
termopares, velocímetros, pirómetros, sensores de gas, u otros
dispositivos detectores y medidores.
Una vez que se detecta una necesidad de reducir
el flujo de oxígeno, se envía una señal a la válvula de control de
succión para que se mueva a una posición de flujo reducido o que se
cierre, lo que minimiza o impide totalmente el flujo de oxígeno
dentro del compresor. La señal puede ser enviada por cualquier medio
de transmisión de señales, por ejemplo, puede emplearse un
controlador de radio como los comercializados por varias
fuentes.
Cuando se necesita de nuevo flujo de oxígeno
aumentado, se envía una señal a la válvula de control de succión
para que se abra parcial o totalmente, lo que aumenta el flujo de
oxígeno dentro del compresor y aumenta la salida del compresor.
Esta señal puede ser enviada por el mismo dispositivo que envió la
señal anterior para cerrar la válvula de control de succión o un
segundo medio de transmisión de señales. De esta manera, puede
controlarse el flujo de oxígeno hasta el 3, preferentemente el 2,
más preferentemente el 1 por ciento de la cantidad deseada.
Para mantener respuesta rápida a cambios en el
sensor, ventajosamente no existe depósito de oxígeno, cámara de
compensación, o tambor en la salida del compresor. Igualmente, la
longitud de tuberías entre el compresor y la entrada del
gasificador se mantiene en un mínimo, preferentemente menos de 60,96
m (2000 pies).
Aunque normalmente no es necesario usar la
válvula moduladora de cierre situada en el orificio del reactor ni
la válvula de descarga del compresor una vez que ha comenzado la
reacción de gasificación, puede ser deseable usarlas en conjunción
con el presente sistema inventivo. De esta manera, el flujo de
oxígeno puede reducirse al menos el 10, preferentemente al menos el
15, más preferentemente al menos el 20 por ciento de oxígeno total
por segundo cuando se produce bajo flujo de hidrocarburo.
Cuando el flujo de oxígeno no puede reducirse
suficientemente rápido reduciendo el flujo hacia el compresor, por
ejemplo cuando un gasificador se apaga debido a un mal
funcionamiento operacional, puede abrirse una válvula de
ventilación. El oxígeno fluye a la atmósfera o a otra aplicación de
baja presión más fácilmente que al gasificador, reduciendo así el
flujo de oxígeno hacia el gasificador. Esto es especialmente
crítico cuando uno o más gasificadores están funcionando a partir
de un solo compresor de oxígeno. La válvula de ventilación puede
abrirse rápidamente de manera que no se producirá cambio
significativo (< 1%) en la presión de oxígeno cuando se corta
rápidamente (< 5 segundos) todo el oxígeno hacia un gasificador
en un sistema de gasificador múltiple.
Cuando está funcionando más de un gasificador a
partir de un solo compresor de oxígeno y un gasificador funciona
mal, la válvula de ventilación en el gasificador que funciona mal
se abre cuando se cierra la válvula de control para el gasificador
que funciona mal. Esta operación permite que continúe una cantidad
significativa de flujo de oxígeno del compresor a los gasificadores
que no funcionan mal. Además, debido a limitaciones mecánicas del
compresor, el flujo reducido podría hacer que el compresor fallara
y/o causar daños graves al compresor. Una avería del compresor
haría que el gasificador que no funciona mal se parara. Por lo
tanto, la capacidad del sistema de control de flujo de ventilar
oxígeno a la atmósfera cuando se interrumpe el flujo de oxígeno a un
gasificador es a menudo crítica cuando los gasificadores están
compartiendo un compresor de oxígeno común.
El sistema de control de flujo de oxígeno
descrito en este documento se utiliza para controlar el flujo de
oxígeno a dos o más gasificadores que comparten una fuente de
oxígeno y compresor de oxígeno comunes. Esto puede lograrse, por
ejemplo, utilizando el sistema mostrado en la Figura 2.
El uso del sistema de control de flujo de oxígeno
de la presente invención permite que el flujo de oxígeno hacia el
gasificador sea controlado hasta el 1%. El flujo de oxígeno hacia
el gasificador puede reducirse rápidamente cuando se produce poco
flujo de carga de alimentación (hasta 20%/s) sin causar un cambio
significativo (< 1%) en la presión de oxígeno usando
conjuntamente una válvula moduladora de cierre y una válvula de
ventilación cuando se produce poco flujo de combustible. El sistema
también puede configurarse para reducir rápidamente el flujo de
combustible (hasta 10% por segundo) cuando se produce poco flujo de
oxígeno. Estas acciones mantienen una proporción constante de
oxígeno/hidrocarburo en el gasificador.
La Fig. 1 muestra un diagrama esquemático de un
sistema de control de flujo de oxígeno fuera del ámbito de la
presente invención utilizado sobre un único gasificador. El gas que
contiene oxígeno entra desde una fuente como una unidad de
separación de aire (no mostrada) y se pasa a través de una válvula
de control de succión (12) al compresor de aire (14). El gas
comprimido sale del compresor a través de una tubería hacia el
gasificador (10). Existe una válvula de ventilación (16) situada en
esta tubería. También existe una válvula moduladora opcional (18)
en el orificio del gasificador. Dentro del gasificador (10) está un
detector (26) capaz de detectar cuándo es necesario cambiar el flujo
de oxígeno hacia el gasificador y accionar la válvula de control de
succión (12) lo suficiente para cambiar el flujo de oxígeno. En
esta realización están representados la fuente de combustible
carbonáceo (22) y el controlador de flujo de combustible (22). El
medio de control (24) compara la entrada de combustible en el
reactor (10) y la salida del detector (26) dentro del gasificador y,
si el procedimiento se desequilibra lo suficiente, el medio de
control (24) puede cerrar la válvula moduladora opcional (18) y
abrir la válvula de ventilación (16). Esto reducirá rápidamente el
flujo de gas al gasificador (10) antes de que se cierre la válvula
de control de succión (12).
La Fig. 2 muestra un diagrama esquemático de un
sistema de control de flujo de oxígeno de la presente invención
utilizado sobre múltiples gasificadores (no mostrados) que comparten
un compresor de oxígeno común (36) en el que cada gasificador
funciona independientemente. El gas que contiene oxígeno viene de
una unidad de separación de aire (no mostrada) por la tubería de
conexión (30). El gas que contiene oxígeno debe pasar a través de
la válvula de control de succión (34) hasta la entrada del
compresor (36). En la tubería de conexión (30) está instalada una
válvula de ventilación (32) para desviar el gas que contiene
oxígeno a baja presión en el caso de que el compresor no pueda
funcionar o si la válvula de control de succión esté totalmente
cerrada. El gas que contiene oxígeno es comprimido en el compresor
(36), y la salida está separada para ir a dos o más gasificadores.
Existe una válvula de ventilación de gran capacidad (38) en la
línea antes de que se separe el gas comprimido. Después de la
separación, existe un dispositivo medidor de flujo en cada línea (40
y 42). Después existe una segunda válvula de ventilación en cada
línea (44 y 46). Esta es la válvula de ventilación que actúa según
se necesite en cooperación con las válvulas moduladoras de cada
línea (48 y 50) para reducir rápidamente el flujo de oxígeno a los
gasificadores (no mostrados) cuando sea necesario.
Alternativamente, las funciones de la válvula de ventilación (32) y
las válvulas de ventilación (44 y 46) pueden invertirse. El control
primario de las necesidades de oxígeno para el sistema de todos los
gasificadores se realiza con la válvula de control de succión (34),
y las válvulas moduladoras (48 y 50) reparten flujo de gas a los
gasificadores individuales. También existen válvulas de cierre de
reserva en cada una de las líneas que van a los gasificadores (56 y
58), ya que las válvulas moduladoras (48 y 50) a menudo no son
fiables para detener completamente el flujo. Después de que el gas
pasa a través de estas válvulas de cierre (52 y 54), el gas entra en
los gasificadores (no mostrados) a través de medios de conexión (56
y 58). La Figura 2 también muestra el flujo de combustible a uno de
los gasificadores, donde la fuente del combustible carbonáceo (60)
envía el combustible como una suspensión espesa al dispositivo
medidor de flujo (62) y después a un gasificador. La proporción de
gas llevado a un gasificador individual depende de la proporción de
flujo de combustible al gasificador (de 62) y de la salida de un
detector (no mostrado) en el gasificador o efluente de gasificador
que detecta si existe un excedente o un déficit de oxígeno en el
reactor.
Ejemplo
antecedente
Se hace funcionar un gasificador en un modo de
oxidación parcial. El reactor está equipado con un pirómetro y
termopares, no mostrados, para monitorizar la temperatura del
reactor en la parte superior, media e inferior de la cámara de
reacción.
El oxígeno se controla por medio de un sistema de
control de flujo de oxígeno que se muestra en detalle en la Fig. 1.
La reacción de gasificación se lleva a cabo a temperaturas de
1200ºC (2192ºF) a 1500ºC (2732ºF) y a presiones de 1,01 MPa a 20,3
MPa (10 a 200 atmósferas). La carga de alimentación reacciona con
el gas en el gasificador creando gas de síntesis y subproductos. El
gas de síntesis y los subproductos fluidos abandonan el reactor
para entrar en una cámara o recipiente de enfriamiento, no
mostrado, para nuevo procesamiento y recuperación.
El uso del sistema de control de flujo de oxígeno
de la Fig. 1 permite que el flujo de oxígeno hacia el gasificador
sea controlado hasta el 1%. El flujo de oxígeno hacia el
gasificador puede reducirse rápidamente cuando se produce poco
flujo de carga de alimentación (hasta 20%/s) sin causar un cambio
significativo (< 1%) en la presión de oxígeno usando
conjuntamente una válvula moduladora de cierre y una válvula de
ventilación cuando se produce poco flujo de suspensión espesa. El
sistema también puede configurarse para reducir rápidamente el flujo
de suspensión espesa (hasta 10% por segundo) cuando se produce poco
flujo de oxígeno. Estas acciones mantienen una proporción constante
de oxígeno/hidrocarburo en el gasificador. No existe tambor de
compensación o válvula de control de presión necesarios y hay
mínima longitud de tuberías (<60,96 m (<2000 pies)) entre el
compresor de oxígeno y el gasificador.
Dos gasificadores de oxidación parcial se hacen
funcionar en un modo de oxidación parcial como se muestra en la Fig.
2. Los reactores están equipados con un pirómetro y termopares, no
mostrados, para monitorizar la temperatura del reactor en la parte
superior, media e inferior de la cámara de reacción.
El gas que contiene oxígeno libre se suministra
desde un compresor (36). El procedimiento de hacer funcionar dos
reactores de oxidación parcial en paralelo usa el sistema que se
muestra en la Fig. 2. Debe observarse que los dos gasificadores
comparten una unidad de separación de aire y un compresor comunes.
La reacción de oxidación parcial se lleva a cabo a temperaturas de
1200ºC (2192ºF) a 1500ºC (2732ºF) y a presiones de 1,01 MPa a 20,3
MPa (10 a 200 atmósferas). La carga de alimentación reacciona con el
gas en los gasificadores (no mostrados) creando gas de síntesis y
subproductos. El gas de síntesis y los subproductos fluidos
abandonan el gasificador para entrar en una cámara o recipiente de
enfriamiento, no mostrado, para nuevo procesamiento y
recuperación.
El uso del sistema de control de flujo de oxígeno
de la Fig. 2 permite que el flujo de oxígeno hacia el gasificador
sea controlado hasta el 1%. El flujo de oxígeno hacia el
gasificador puede reducirse rápidamente cuando se produce poco
flujo de carga de alimentación (hasta 20%/s) sin causar un cambio
significativo (< 1%) en la presión de oxígeno usando
conjuntamente una válvula moduladora de cierre (48 y 50) y una
válvula de ventilación (44 y 46) cuando se produce poco flujo de
suspensión espesa. El sistema también puede configurarse para
reducir rápidamente el flujo de suspensión espesa (62) (hasta 10%
por segundo) cuando se produce poco flujo de oxígeno. Estas
acciones mantienen una proporción constante de oxígeno/hidrocarburo
en el gasificador. No existe tambor de compensación o válvula de
control de presión necesarios y hay mínima longitud de tuberías
(<60,96 m (<2000 pies)) entre el compresor de oxígeno y el
gasificador. Además, la válvula de ventilación (38) puede abrirse
rápidamente de manera que no se producirá cambio significativo
(<1%) en la presión de oxígeno cuando se corta rápidamente
(<5 segundos) todo el oxígeno hacia un gasificador.
Claims (8)
1. Un sistema para controlar el flujo de oxígeno
en un procedimiento de gasificación que comprende:
- (a)
- una primera tubería que conecta de manera funcional una fuente de oxígeno a un compresor de oxígeno;
- (b)
- una válvula de control de succión situada entre la fuente de oxígeno y el compresor de oxígeno, estando adaptada dicha válvula de control de succión para abrirse para suministrar oxígeno de la fuente al compresor a través de dicha primera tubería y para moverse a una posición de flujo reducido para reducir el suministro de oxígeno de la fuente al compresor;
- (c)
- al menos dos segundas tuberías que conectan de manera funcional el compresor de oxígeno a orificios de entrada de al menos dos gasificadores;
- (d)
- una válvula moduladora en cada una de las segundas tuberías, dichas válvulas adaptadas para regular el flujo de oxígeno hacia los gasificadores desde las segundas tuberías;
- (e)
- una válvula de ventilación situada entre el compresor de oxígeno y la válvula moduladora en cada una de las segundas tuberías;
- (f)
- un detector situado en cada gasificador, alimentación de combustible de gasificador, o efluente de gasificador, dicho detector adaptado para detectar flujo de oxígeno insuficiente o excesivo hacia el gasificador y adaptado para accionar la válvula de control de succión; y
- (g)
- un primer accionador adaptado para controlar la válvula de control de succión y un segundo accionador adaptado para controlar la válvula de ventilación, la válvula de control de succión y la válvula de ventilación adaptadas para regular la cantidad de oxígeno suministrado a cada gasificador.
2. El sistema de la reivindicación 1 que además
comprende una válvula moduladora en el orificio del gasificador
adaptada para regular el flujo de oxígeno hacia el gasificador
desde la segunda tubería.
3. El sistema de la reivindicación 1 en el que el
detector se selecciona del grupo que consta de un termopar, un
pirómetro, y un sensor de velocidad de gas efluente.
4. El sistema de la reivindicación 1 en el que el
detector es un pirómetro.
5. El sistema de la reivindicación 1 en el que la
longitud de cada una de las segundas tuberías es menos de 60,96 m
(2000 pies).
6. El sistema de la reivindicación 1 en el que la
segunda tubería no está conectada de manera funcional a una cámara
de compensación.
7. Un procedimiento de control de flujo de
oxígeno en un procedimiento de gasificación que usa el aparato de la
reivindicación 1, comprendiendo dicho procedimiento:
- (a)
- determinar las necesidades de oxígeno en cada uno de una pluralidad de gasificadores, dichas necesidades de oxígeno determinadas a partir de los detectores adaptados para detectar oxígeno insuficiente o excesivo en los gasificadores, dichos detectores situados en cada gasificador, alimentación de combustible de gasificador, o efluente de gasificador;
- (b)
- proporcionar un gas que comprende oxígeno molecular a una primera tubería que conecta de manera funcional una fuente de oxígeno a un compresor de oxígeno;
- (c)
- proporcionar una válvula de control de succión situada en la primera tubería entre la fuente de oxígeno y el compresor de oxígeno;
- (d)
- accionar dicha válvula de control de succión, estando adaptada dicha válvula para abrirse para aumentar el flujo de oxígeno desde la fuente hasta el compresor a través de dicha primera tubería cuando los detectores indican que la cantidad de oxígeno en los gasificadores es insuficiente, y para moverse a una posición de flujo reducido para reducir el suministro de oxígeno desde la fuente hasta el compresor cuando los detectores indican que la cantidad de oxígeno en los gasificadores es excesiva;
- (e)
- llevar el gas comprimido en una pluralidad de segundas tuberías hasta la pluralidad de gasificadores, en los que cada segunda tubería conecta de manera funcional el compresor a un gasificador;
- (f)
- proporcionar una válvula moduladora en cada una de las dichas segundas tuberías, estando adaptada dicha válvula moduladora para abrirse para aumentar el flujo de oxígeno desde el compresor a través de dicha segunda tubería cuando el detector indica que la cantidad de oxígeno en dicho gasificador es insuficiente, y estando adaptada para moverse a una posición de flujo reducido para reducir el suministro de oxígeno desde el compresor a través de dicha segunda tubería hasta el gasificador cuando el detector indica que la cantidad de oxígeno en el gasificador es excesiva;
- (g)
- accionar dicha válvula moduladora para un gasificador en respuesta a la salida del detector procedente de dicho gasificador;
- (h)
- proporcionar una válvula de ventilación situada entre el compresor de oxígeno y las válvulas moduladoras en la pluralidad de segundas tuberías, en las que cada válvula de ventilación se abre si el detector indica que el flujo de oxígeno hacia el gasificador está más del 2% por encima de la cantidad deseada.
8. El procedimiento de la reivindicación 7 en el
que la presión diferencial a través de cada válvula moduladora es
280 kPa o menos.
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