KR20150069525A

KR20150069525A - 개선된 고체 패킹을 동반하는 고체 운반 시스템

Info

Publication number: KR20150069525A
Application number: KR1020140175619A
Authority: KR
Inventors: 토마스 프레데릭 레이닝거
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴퍼니
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2015-06-23
Also published as: AU2014268286B2; EP2884179B1; AU2014268286A1; CN104709715B; US20150165394A1; US9604182B2; CN104709715A; EP2884179A1; KR102229076B1

Abstract

시스템은, 하우징, 상기 하우징 내에 배치되는 회전자, 상기 회전자와 상기 하우징 사이에 배치되는 곡선형 통로, 상기 곡선형 통로에 결합되는 고체 공급물 유입구, 및 곡선형 통로에 결합되는 고체 공급물 배출구를 갖는 고체 공급 펌프를 포함한다. 또한, 고체 패킹 장치가 고체 공급 펌프의 고체 공급물 유입구에 결합된다. 고체 패킹 장치는, 제1 범위의 크기의 고체 공급물을 수용하도록 구성되는 제1 채널, 제2 범위의 크기의 운반 지원 입자(transport assisting particles: TAP)를 수용하도록 구성되는 제2 채널을 포함한다. 제1 범위는 제2 범위와는 상이하다. 제3 채널이, 고체 공급물 사이의 틈새 공간을 채우는 TAP 를 갖는 고체 공급물-TAP 혼합물을 제공하기 위해, 고체 공급물과 TAP 를 수용 및 혼합하도록 구성된다.

Description

개선된 고체 패킹을 동반하는 고체 운반 시스템{SYSTEM TRANSPORTING SOLIDS WITH IMPROVED SOLIDS PACKING}

본 명세서에 개시되는 대상은 가압 고체(solid) 펌프에 관한 것이다.

다양한 산업 프로세스들은 고체들을 하나의 프로세스로부터 다른 프로세스로 이송하는 것을 포함한다. 각각의 프로세스는 다양한 크기, 형상, 재료 밀도, 또는 다른 재료 특성들을 갖는 고체들을 사용할 수 있다. 부가적으로, 각각의 프로세스는 다양한 온도, 압력, 습도 레벨, 또는 다른 작동 조건 하에서 고체들을 사용할 수 있다. 프로세스들 사이의 상이한 재료 특성들 및/또는 작동 조건들의 결과로서, 고체들을 하나의 프로세스로부터 다음 프로세스로 이송하는 것이 어려울 수 있다.

본래 청구된 발명의 범위에 어울리는 특정 실시예들이 이하에 개략적으로 설명된다. 이러한 실시예들은 청구된 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않으며, 오히려 이러한 실시예들은 단지 발명의 가능한 형태들의 간단한 개요를 제공하는 것으로 의도된다. 실제로, 본 발명은 이하에 설명되는 실시예들과 유사하거나 또는 상이할 수 있는 다양한 형태들을 포괄할 수 있다.

제1 실시예에서, 시스템은, 하우징, 상기 하우징에 배치되는 회전자(rotor), 상기 회전자와 상기 하우징 사이에 배치되는 곡선형 통로, 상기 곡선형 통로에 결합되는 고체 공급물 유입구, 및 곡선형 통로에 결합되는 고체 공급물 배출구를 구비하는, 고체 공급 펌프를 포함한다. 시스템은 또한, 고체 공급 펌프의 고체 공급물 유입구에 결합되는 고체 패킹(packing) 장치를 포함한다. 고체 패킹 장치는 제1 범위의 크기들의 고체 공급물(feed)을 수용하도록 구성되는 제1 채널, 제2 범위의 크기들의 운반 지원 입자(transport assisting particle: 이하, TAP)를 수용하도록 구성되는 제2 채널을 포함한다. 제1 범위의 크기들은 제2 범위의 크기들과 상이하다. 제3 채널이, 고체 공급물 사이의 틈새 공간(interspatial space)을 채우는 TAP 를 갖는 고체 공급물-TAP 혼합물을 제공하기 위해, 고체 공급물과 TAP 를 수용 및 혼합하도록 구성된다.

제2 실시예에서, 시스템은, 제1 유입구와 제2 유입구, 상기 제1 유입구에 고체를 제공하도록 구성되는 고체 공급원(source), 및 제2 유입구에 지원 고체를 제공하도록 구성되는 지원 고체 공급원을 구비하는, 고체 패킹 장치를 포함한다. 고체는 제1 범위의 크기들을 가지며, 그리고 지원 고체는 제1 범위의 크기들과는 상이한 제2 범위의 크기들을 갖는다. 시스템은 또한, 제1 압력에서 고체 패킹 장치로부터 고체와 지원 고체를 수용하며 그리고 제2 압력에서 상기 고체와 지원 고체를 가압된 최종 사용자 시스템으로 이송하도록 구성되는 고체 펌프를 포함한다.

제3 실시예에서, 시스템은, 제1 유입구와 제2 유입구를 갖는 고체 패킹 장치, 상기 고체 패킹 장치의 제1 유입구에 고체를 제공하도록 구성되는 제1 공급원, 고체 패킹 장치의 제2 유입구에 지원 고체를 제공하도록 구성되는 제2 공급원, 고체 패킹 장치로부터 고체와 지원 고체를 수용하도록 구성되는 고체 펌프 및, 고체 펌프로부터 고체와 지원 고체를 수용하도록, 지원 고체로부터 고체를 분리하도록 그리고 지원 고체로부터 분리된 고체를 배출하도록 구성되는 고체 분리 장치를 포함한다.

본 발명의 이러한 그리고 다른 특징들, 양태들, 및 장점들은, 뒤따르는 상세한 설명이 도면들 전체에서 유사한 부호가 유사한 부분들을 나타내는 첨부 도면들을 참조하여 읽을 때, 더욱 잘 이해될 것이다.
도 1은 이하에 설명되는 시스템에 사용될 수 있는 고체 펌프의 실시예의 측단면도.
도 2는 유입구 채널, 고체 운반 채널, 및 미세하게 분쇄된 고체로 채워진 배출구 채널을 구비한 도 1의 고체 펌프를 도시하고 있다.
도 3은 3-3 선을 따라 취한 도 1 및 도 2에 도시된 고체 펌프의 유입구 채널과 배출구 채널 사이의 미세하게 분쇄된 고체로 채워진 고체 운반 채널의 실시예를 도시한 단순화된 개략도이다.
도 4는 큰 고체 입자로 채워진 도 3의 고체 운반 채널의 실시예를 도시한 단순화된 개략도이다.
도 5는 도 3 및 도 4의 큰 고체 입자 및 미세하게 분쇄된 고체로 채워진 고체 운반 채널의 실시예를 도시한 단순화된 개략도이다.
도 6은 고체 혼합물을 준비하고 또한 도 1 내지 도 5의 고체 펌프로 상기 고체 혼합물을 펌핑하는 시스템의 실시예를 도시한 블록도이다.
도 7은 도 6의 시스템을 위한 고체 혼합물을 준비하는 고체 패킹 장치의 실시예를 도시한 개략도이다.
도 8은 도 6에 도시된 시스템의 설비 구성의 실시예를 도시한 개략도이다.
도 9는 미세한 그리고 거친 입자 고체들을 혼합, 펌핑, 및 분리하기 위한 시시스템의 실시예를 도시한 블록도이다.
도 10 내지 도 12는, 도 9의 시스템 내의 고체 펌프의 하류에서 고체들을 분리하기 위해 사용될 수 있는, 고체 분리 장치의 실시예를 도시한 개략도이다.
도 13은 도 9에 도시된 시스템의 실시예를 도시한 개략도이다.

본 발명의 하나 이상의 특정한 실시예가 이하에 설명될 것이다. 이들 실시예의 간결한 설명을 제공하기 위한 노력으로, 실제 실시의 모든 특징들이 본 명세서에 설명되지 않을 수 있다. 임의의 그러한 실제 실시의 개발에서, 임의의 공학적 또는 설계 프로젝트에서와 같이, 수 많은 실시-특정(implementation-specific) 결정들이, 시스템-관련 및 업무-관련 제약들에 대한 순응과 같은, 하나의 실시로부터 다른 실시로 변할 수 있는 개발자의 특정한 목표들을 달성하도록 이루어져야만 한다는 것을 인식해야 한다. 더욱이, 그러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적일 수 있지만, 그러나 그럼에도 불구하고 본 개시의 이익을 갖는 당업자들에게는 설계, 제작, 및 제조에 대한 일상적인 과업이라는 것을 인식해야 한다.

본 발명의 다양한 실시예의 요소들을 소개할 때, "하나의(a)", "하나의(an)", "그(the)", 및 "상기"라는 관사는 하나 이상의 요소가 있음을 의미하는 것으로 의도된다. "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", 및 "갖는"이라는 용어들은 포괄적인 것으로 의도되며 그리고, 열거된 요소들 이외에 부가적인 요소들이 있을 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명은, 저압 섹션으로부터 고압 섹션으로, 또는 고압으로부터 저압으로 고체 공급물을 펌핑하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은, 고압 섹션으로부터 저압 섹션으로의 어떠한 역류를 차단하는, 운반 지원 고체로 고체 공급물을 패킹하는 채널을 갖는 고체 펌프를 사용할 수 있다. 운반 지원 고체는 고체 공급물과 동일한 물질의 더 작은 크기의 입자들을 포함하거나, 운반 지원 고체는 고체 공급물과는 상이할 수 있다. 운반 지원 고체는 전용 채널을 통해 패킹 채널 내로 공급될 수 있다. 지원 고체 및 이에 수반하는 지원 고체 채널은, 그렇지 않은 경우 고압 섹션으로부터 저압 섹션으로 상당한 누설을 허용하는, 고체 공급물에 대한 압력 차이를 시스템이 유지하는 것을 가능하게 한다.

도 1은, 이하에 설명되는 시스템에 사용될 수 있는 고체 펌프(10)(예를 들어, 로터리 디스크 타입 고체 가압 공급기)의 실시예를 도시한 측단면도이다. 로터리 디스크 타입 고체 가압 펌프(10)는 뉴욕, 스케넥터디 소재의 제너럴 일렉트릭 컴퍼니에 의해 제조된 Posimetric® 공급기일 수 있다. 도시된 바와 같이, 로터리 디스크 타입 고체 가압 펌프(10)는 압력 하우징(또는 몸체)(12), 유입구 채널(14)(예를 들어, 수렴형 유입구 채널), 배출구 채널(16)(예를 들어, 수렴형 배출구 채널), 및 회전자(18)를 포함한다. 회전자(18)는, 허브(22)에 의해 분리되며 그리고 축(24)에 결합되는, 실질적으로 대향하고 평행한 2개의 로터리 디스크(20)를 포함할 수 있으며, 축(24)은 평행한 디스크들(20)과 허브(22)에 공용이다. 도시된 바와 같이, 2개의 디스크(20)는, 도면의 요소들의 나머지와 같이, 페이지(page)의 평면에 있지 않다. 디스크들(20) 중 하나는 페이지의 평면 아래에 있으며, 그리고 다른 하나의 디스크는 평면 위에 있다. 페이지의 평면 아래의 디스크(20)는, 이것이 디스크 타입 고체 가압 펌프(10)를 포함하는 부품들의 나머지에 관련하여 보일 수 있도록, 페이지의 평면 상으로 투영된다. 허브(22)의 외측 볼록 표면(28), 허브(22)의 외측 표면과 디스크(20)의 둘레 엣지(30) 사이에서 연장되는 2개의 디스크(20)의 환형으로 성형된 부분, 및 공급기 하우징(12)의 내측 오목 표면(32)은, 수렴형 유입구 채널(14)과 수렴형 배출구 채널(16)을 연결하는 환형으로 성형된 채널(33)(예를 들어, 곡선형 통로)을 형성한다. 유입구 채널(14)과 배출구 채널(16) 사이에 배치되는 공급기 몸체(12)의 부분(34)은, 유입구 채널(14)에 들어가는 고체가 회전자 또는 축의 회전 방향(26)으로만 이동할 수 있는 방식으로 채널(33)을 분할하며, 따라서 고체들은, 허브(22)의 회전하는 외측 표면, 디스크(20)의 회전하는 노출된 환형 표면, 및 몸체(12)의 고정형 내측 표면(32)에 의해 한정되는, 회전하는 환형으로 성형된 채널(33)에 의해, 유입구 채널(14)로부터 배출구 채널(16)로 이송될 수 있다.

고체가 들어가고 그리고 수렴형 유입구 채널(14)을 통해 하향 이동함에 따라, 입자들은 점진적으로 조밀화된다. 입자들이 하향으로 그리고 회전 채널(33) 내로 계속 빠져나감에 따라, 조밀화는, 입자들이 상호잠금되고(interlocked) 그리고 채널(33)의 전체 단면을 가로질러 브릿지(bridge)를 형성하는 지점에 도달할 수 있다. 조밀화된 입자들이 회전 채널(33)을 통해 회전 방향(26)으로 계속 이동함에 따라, 채널(33)의 전체 단면을 가로질러 상호잠금 브릿지를 형성한 입자들을 수용하는 구역의 길이는, 브릿지된 입자들을 채널(33)로부터 몰아내는데 요구되는 힘이 펌프(10)의 배출구에서의 고압 환경에 의해 생성될 수 있는 힘을 초과하도록 하기에 충분하도록 길어질 수 있다. 채널(33) 내부의 상호잠금 고체가 펌프(10)의 배출구에서의 고압에 의해 몰아내질 수 없는 이러한 상태는, "잠금(lockup)"으로서 지칭된다. 잠금 상태를 달성함에 의해, 구동 모터(25)로부터 축(24)에 의해 전달되는 토크는 회전하는 고체들에 전달될 수 있고, 따라서 고체들이 유입구 채널(14)로부터 배출구 채널(16)로 배출구 채널(16)의 출구를 넘는 고압 환경의 압력에 대항하여 구동될 수 있도록 한다. 일부 실시예에서, 회전자 디스크들(20)은, 그들의 표면들 상에 형성되는, 융기된 또는 함몰된 표면 특징부들(36)을 가질 수 있다. 이러한 특징부들은 채널 내에 잠금 상태를 달성하도록 하는 입자 고체들의 능력을 향상시킬 수 있으며 그리고, 그에 따라, 토크를 회전하는 고체들로 전달하는 구동축(24)의 능력도 향상시킬 수 있다.

입자들이 수렴형 배출구 채널(16)을 통해 이동함에 따라, 이들을 잠금 상태로 유지하는 힘들은, 배출구 채널(16)의 하류 출구에서, 입자들이 배출구 채널(16)로부터 자유롭게 해방되는 것을 점진적으로 가능하게 하며 그리고 하류로 이어지는, 지점에서 느슨해지기 시작한다. 그러나, 수렴형 배출구 채널(16)에서, 고체들은, 잠금되며 그리고 회전자(18)에 의해 전방으로 구동되는 일정하게 나아가는 고체들에 대한 상류측 힘 및 고체들이 그 내부로 운반되는 고압 환경의 하류측 힘을 받게 된다. 이들 압축성 힘들 하에서, 상류와 하류 모두로부터, 배출구 채널(16)의 상류 부분(17)(예를 들어, 유입구)의 고체들은 더욱 더 조밀화될 수 있으며, 그리고 펌프(10)의 방출부에서의 고압 환경에 의한 유체들(예를 들어, 가스들 또는 액체들)의 역류에 고도로 저항하는 동적 패킹된 층(bed)(예를 들어, 동적 시일)을 형성할 수 있다. 고도로 패킹된 유동 저항 입자 고체들의 이러한 구역은, 펌프(10)의 배출구 채널(16)(예를 들어, 고압 배출구)로부터 유입구 채널(14)(예를 들어, 저압 유입구)로 유체(예를 들어, 공정 기체 또는 액체)의 임의의 상당한 역류를 차단할 수 있다. 이러한 고도로 패킹된 유동 저항 구역은 불완전한 시일을 형성할 수 있으며, 그리고 일부 유체는 배출구 채널(16)의 상류 유입구(17)에서 빽빽하게 패킹된 고체들을 통해 후방으로 누설될 수 있다. 그러나, 역류의 양은 적을 것이며, 그리고 빽빽하게 패킹된 고체들을 통하는 방식으로 작용하는 소량의 유체는 배기부(38)를 통해 해방될 수 있으며, 따라서 채널(33)을 통해 유입구 채널(14)로 계속 후방으로 유동하는 것이 차단될 있다. 배기부(38)에서 수집될 수 있는 소량의 유체(가스 또는 액체)는 프로세스 내에서 제거되거나 어떤 다른 적절한 위치에서 재활용될 수 있을 것이다. 유체 역류에 고도로 저항하는 배출구 채널(16)의 유입구(17)에서 동적 패킹되는 층의 결과로서, 그리고 고체의 동적 패킹된 층을 통해 방식으로 후방으로 작용할 수 있는 소량의 유체를 배기시킴으로써, 로터리 디스크 타입 고체 가압 펌프(10)는 상이한 압력 및/또는 상이한 화학 조성을 갖는 2개의 프로세스를 분리시키도록 기능할 수 있다.

도 1에 도시된 로터리 디스크 타입 고체 가압 펌프(10)의 작동은, 환형으로 성형된 채널(33)의 회전이 저압 상태의 유입구 채널(14)로부터 고압 상태의 배출구 채널(16)로 이루어지는, 실시예에 대해 위에서 설명되었다. 펌프(10)의 이러한 작동 모드는 "가압 모드"로서 지칭될 수 있다. 그러나, 디스크(20) 및 그에 따른 환형으로 성형된 채널(33)의 회전은 역전될 수 있고, 따라서 회전 방향(27)은 고압 배출구 채널(16)로부터 저압 유입구 채널(14)로 연장될 수 있다. 이러한 역전된 회전 방향(27)에 있어서, 로터리 디스크 타입 고체 가압 펌프(10)는, 예를 들어 "감압 모드"에서, 고체 감압 공급기로서 작동한다. 감압 모드로 작동할 때, 고압 구역으로부터의 고체 입자들은 채널(16)(예를 들어, 배출구 채널이 아니라 유입구 채널로서 기능하는)에 들어간다. 감압 공급기는 또한, 채널뿐만 아니라 유입구/배출구에 대해 상이한 형상을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 감압 공급기를 위한 유입구는 더 크거나 또는 더 작은 채널을 가질 수 있다. 달리 말하면, 감압 공급기는 가압 공급기와 동일한 공급기일 수 있으며, 단순히 역으로 작동한다. 또는 감압 공급기는 감압을 위해 특별히 설계될 수도 있을 것이다.

고체들이 채널(16)을 통해 하향으로 이동함에 따라, 고체들은, 배출구 채널(16)의 고압 영역으로부터 채널(14)의 저압 영역으로의 원하지 않는 역류를 방지하는 고도의 역류 저항 구역을 형성하는, 채널(16) 바닥의 동적의 고도로 조밀화된 구역을 통해 이동한다. 환형으로 성형된 채널(33)이 역전된 방향(27)으로 계속 회전함에 따라, 고체들은, 고체들을 회전하는 채널 내부의 위치에 유지하는 잠금 힘들이 느슨해지며 그리고, 고체들이 펌프(10)의 저압측 상에서 유입구 채널(14)을 빠져나감에 따라, 고체들이 서로로부터 해방되는 것을 허용하는, 채널(14)까지 후방으로 이동하게 된다. 특정 실시예에서, 저압 반응기(reactor) 용기가 고압 반응기 용기와 함께 결합되며, 그리고 가압 모드에서 작동하는 적어도 하나의 고체 가압 공급기(16) 및 감압 모드에서 작동하는 하나의 고체 가압 펌프(10)가, 용기들 및/또는 다른 설비들 사이에서 고체들을 운반하기 위해, 사용될 수 있다. 본질적으로 동일한 압력에서 작동하는 2개의 용기를 갖는 실시예에서, 하나, 둘, 또는 그 이상의 고체 가압 공급기(10)는 모두 가압 모드에서 작동할 수 있다.

도 2는, 유입구 채널(14), 고체 운반 채널(33)[즉, 볼록한 표면(28) 및 오목한 표면(32)에 의해 한정되는 채널], 및 미세하게 분쇄된 운반 지원 고체들(41)[예를 들어, 모래, 분쇄된 바이오매스(biomass), 석탄 미립자(coal fine), 석유 코크스 미립자, 분쇄된 석회암(pulverized limestone), 분쇄된 유리, 작은 가요성 폴리머 비드(bead), 고무 분말(crumb rubber), 및 이와 유사한 것, 또는 이들의 임의의 조합]의 고체 유동(40)을 운반하는 배출구 채널(16)을 구비한, 도 1에 도시된 고체 펌프(10)를 도시하고 있다. 운반 지원 고체(41)는, 각각의 입자가 입자 직경(42)에 의해 한정되는 어떠한 방법으로, 분쇄되고, 빻고, 파쇄되고, 제조되는, 형성되는 및/또는 처리되는 고체들이다. 입자 직경(42)은 각각의 입자에 대한 최대값에 의해 한정될 수 있으며, 또는 운반 지원 고체(41)는 최대값 보다 작은 특정 비율에 의해 한정될 수 있다. 다른 예에 의해, 운반 지원 고체(41)는 모두 약 30 내지 50 메시(Mesh)(즉, 0.599-0.297 ㎛) 보다 작을 수 있다. 예를 들어, 운반 지원 고체(41)는 입자들의 60, 70, 80, 또는 90 퍼센트가 약 100 메시(즉, 0.152 ㎛) 보다 작은 재료를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 작은 직경[채널(33)의 크기에 비해]의 입자들은 다양한 입자들로 나타나며, 그리고 입자들(40)이, 배출구 채널(16)에서의 고압 구역과 유입구 채널(14)에서의 저압 구역 사이에서, 높은 압력 강하를 유지할 수 있는 펌프(10) 내부에 빽빽하게 패킹된 칼럼(column)을 형성할 수 있다는 것을 도시하고 있다.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 고체 펌프(10)의 유입구 채널(14)과 배출구 채널(16) 사이의 곡선형 고체 운반 채널(33)의 섹션(46)에 대한 실시예의 단순화된 개략도로서, 펌프(10)를 통해 이동하는 상대적으로 미세한 입자 고체(41)의 고체 유동(40)을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 고체 유동(40)[예를 들어, 저압 미분 입자 고체(41)]은, 펌프(10) 내부에서 대향하는 회전 디스크들(20)의 영향 하에서 하류 방향(26)으로(예를 들어 좌측으로부터 우측으로) 채널(33)을 통해 이동한다. 이하에 논의되는 바와 같이, 미립자 고체(41)는 가스 또는 액체 유동과 같은 유체 유동을 차단하는 것을 돕기 위해 비교적 밀접하게 함께 패킹된다. 예를 들어, 빽빽한 패킹을 동반하는 미립자 고체들(41)은 배출구 채널(16)에서의 고압 구역으로부터 유입구 채널(14)에서의 저압 구역으로 상류 방향(27)으로(예를 들어, 우측으로부터 좌측으로) 유동하는 가스 유동(44)[예를 들어, 고압 가스 흐름(44)]에 저항할 수 있다. 미세하게 분쇄된 고체(40)는, 채널(33) 및 배출구 채널(16) 내에서와 같이, 펌프(10) 내에 빽빽하게 패킹된 고체들을 형성하는데 도움이되는 입자 크기(42) 분포를 갖는다. 입자 크기(42)의 분포는 빽빽한 패킹을 달성하기 위해 광범위한 입자 크기들을 포함할 수 있으며, 또는 일부 실시예에서 입자 크기(42)는 협소한 크기 분포를 가질 수 있다. 그러나 고체들(41)의 입자 크기(42)는 비교적 작을 수 있다. 이러한 경우들에서, 고체들(41) 사이의 개방된 공간 또는 공극들(void)은 크기가 제한된다. 고체들(40) 사이의 작은 공간들로 인해, 고압 가스(44)는 우측으로부터 좌측으로 흐르기에 힘든 시간을 갖는다. 즉, 배출구 채널(16)로부터 유입구 채널(14)로의 가스 유동(44)을 위한 통로들(52)은 거의 없고 작다. 따라서 높은 압력 강하가 배출구 채널(16)과 유입구 채널(14) 사이에 지속된다.

도 4는 큰 입자 고체들(48)(예를 들어, 거친 입자 고체들)로 채워진 곡선형 고체 운반 채널(33)의 섹션(46)에 대한 개략도이며, 이것은 협소한 입자 크기(50) 분포[즉, 도 3의 빽빽하게 패킹된 미립자 고체들(41)에 비해]를 가질 수 있다. 협소한 크기 분포는, 예를 들어 제한된 범위의 입자 크기(틈새들을 채우는 작은 입자가 없는), 또는 입자들의 무작위적이고 비규칙적인 형상으로 인해, 입자들은 빈약한 패킹 작업을 하며, 그리고 결과적인 빈약하게 패킹된 고체들은 배출구 채널(16)로부터 유입구 채널(14)로의 가스 유동에 대해 작은 저항을 제공한다. 가스 유동을 위한 통로들[즉, 공간들, 공극들, 또는 틈새들(52)]은 많으며 그리고 크다. 결과적으로, 높은 압력 강하에 대항하여 이러한 고체들(48)을 운반하는 것이 어려울 수 있다. 특정 실시예에서, 고압 하류 시스템에서 거친 입자 고체들(48)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

도 5는 도 3 및 도 4의 곡선형 고체 운반 채널(33)의 섹션(46)에 대한 개략도이며, 큰 입자 고체들(48)(예를 들어, 도 4의)와 미세하게 분쇄된 고체들(41)(예를 들어, 도 2 및 3의)의 고체 혼합물의 운반을 도시하고 있다. 작고 빽빽하게-패킹된 고체(41)는 큰 입자 고체들(48) 사이의 모든 공간들을 채울 수 있다. 따라서 가스 유동(44)을 위한 통로들(52)은 적으며 그리고 작다. 도 3에 도시된 펌프(10)의 실시예와 마찬가지로, 거친 입자 고체들(48)과 연관된 틈새들(52)을 또한 채우는, 미립자 고체들(41)에 의해 달성되는 빽빽한 패킹의 고체 유동(40)은, 펌프(10)가 배출구 채널(16)과 유입구 채널(14) 사이에 높은 압력 강하를 유지할 수 있도록 한다. 따라서, 작은 입자들[예를 들어, 운반 지원 고체(41)]와 큰 입자들[예를 들어, 고체 공급물(48)] 모두, 고압 가스(44)에 대항하여 펌프(10)에 의해 운반될 수 있다. 지원 고체(41)는 넓은 범위의 적절한 물질로부터 이루어질 수 있다. 예를 들어, 고체 패킹 장치(64)(도 6 참조)가 고체 공급물(48) 재료와는 상이한 마멸(attrition) 저항 재료를 사용할 수 있다. 이러한 재료들은 이하에 상세히 설명되는 바와 같이 운반 지원 고체 재활용 실시예에 사용된다. 지원 고체들(41)은 또한 고체 공급물(48)과 동일한 재료를 포함할 수도 있다. 즉, 고체 공급물(48)의 일부는, 고체 유동(40)을 패킹하는데 더욱 효과적인 입자 크기 분포를 달성하기 위해 분쇄될 수 있다. 지원 고체들(41)은 또한, 가요성, 탄성, 및 압축성이며 그리고 이들이 고체 펌프(10)를 통과함에 따라 큰 고체들(특히, 깨질 수 있는 덩어리 고체) 둘레에서 변형할 수 있고 큰 고체들을 완충시킬 수 있는, 폴리머 또는 고무 볼들(rubber balls) 또는 비드들로 이루어질 수도 있다. 지원 고체들(41)은 덩어리 고체들(48)의 후속 공정에서 바람직한 참여자(participant)인 재료들[예를 들어, 용제(fluxant), 첨가제, 반응제]로 이루어질 수 있다. 이러한 타입의 운반 지원 고체들(41)의 전부 또는 단지 일부는 최종 사용자 프로세스 내로 공급되는 가압된 덩어리로 머문다.

도 6은 도 5에 도시된 개념을 사용하는 시스템의 일 실시예에 대한 블록 흐름도를 도시하고 있다. 특히 큰(oversize) 고체들의 공급원(54)으로부터의 고체들(48)은, 고체 펌프(10)를 통과하기에 충분히 작은 크기의 크기-감소된 고체들(48)을 생성하기 위해, 분쇄기 또는 파쇄기(crusher)와 같은 고체 크기 조절(sizing) 장치(56)를 통과한다. 특히 큰 고체들의 공급원(54)은 고체들(48)을 저장하는 호퍼 또는 통(bin)일 수 있으며, 그리고 고체들(48)을 고체 크기 조절 장치(56)로 지속적으로 이송하는 컨베이어일 수 있다. 특히 큰 고체들의 공급원(54)은 다른 구조적 부품일 수도 있다. 특히 큰 고체들(48)이 이미 펌프(10)를 통과하기에 충분히 작다면, 크기 감소 단계가 제거될 수 있다. 크기-감소된 고체들(48)은 추가적인 사용을 위해 크기 조절된 덩어리 고체 통(58) 내에 저장된다. 이하의 설명에서, 크기 조절된 덩어리, 덩어리, 및 덩어리 고체들과 같은 용어들은, 큰 것들[예를 들어, 도 4에 도시된 고체들(48)] 사이의 틈새들(52)을 채우는데 유용한 더 작은 입자들을 비교적 적게 갖거나 또는 전혀 갖지 않는 협소한 입자 크기 분포에 의해 특징지어지는, 고체들을 지칭하는 것임을 인식해야 한다. 특히 큰 고체들(48)의 크기 조절 및 저장 단계들과 병행하여, 운반 지원 고체의 공급원(60)으로부터의 고체들(41)[예를 들어, 상대적으로 미세한 입자 고체들(41)]은 추가적인 사용을 위해 운반 지원 고체 통(62) 내로 로딩된다. 이러한 고체들(41)은, 이들이 본질적으로 모든 큰 입자들(48) 사이의 모든 틈새들(52)을 채울 수 있는 미세한 입자 및 매우 미세한 입자를 포함하는 넓은 범위의 입자 크기들(42)을 포함하기 때문에, 빽빽하게 패킹된 칼럼을 형성할 수 있다. 덩어리 고체 및 운반 지원 고체 저장 단계에 이어, 덩어리 고체들(48) 및 운반 지원 고체들(41)이 고체 패킹 장치(64) 내에서 조합 또는 혼합된다. 고체 패킹 장치(64)는 유입구 채널(14)의 바로 상류에 위치될 수 있으며 그리고 더 미세한 운반 지원 고체들(41)로 고체 공급물(48)을 완전히 둘러싸도록 구성되며, 따라서 그렇지 않은 경우 개방된 상태로 남게 될 고체 공급물들(48) 사이의 모든 틈새들(52)이 운반 지원 고체들(41)로 채워지도록 한다. 덩어리(48)와 운반 지원 고체들(41)의 조합물(66)[예를 들어, 고체 혼합물(43)]은 그 후, 조합물(66)을 계량공급하고, 기화 장치(gasifier), 반응기, 노(furnace), 보일러, 연소기, 고압 처리 프로세스, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 최종 사용자 프로세스(68) 내로 가압하는, 고체 펌프(10)에 들어간다.

도 7은 도 6의 고체 패킹 장치(64)의 실시예의 개략도이다. 장치(64)의 상부 부분(70)은 2개의 동심 고체 전달 노즐(72, 74)을 포함한다. 중심 노즐(72)은 크기 조절된 고체 공급물(48)을 고체 패킹 장치(64)의 중심 부분 내로 도입하며, 그리고 외측 노즐(74)은 운반 지원 고체들(41)을 고체 공급물(48)의 외부의 둘레에서 장치(64) 내로 도입한다. 두 노즐[즉, 중심 노즐(72) 및 외측 노즐(74)]은 장치(64) 내로의 그리고 장치를 통한 고체들(40)[예를 들어 고체 공급물(48) 및 지원 고체들(41)]의 유동을 개선하기 위해, 내향으로 좁아지는(tapered) 또는 수렴하는 벽들(71, 73) 및 외측 표면 상에 배치되는 외부 진동기들(vibrator)(76)을 갖는다. 중심 노즐(72)은 외측 노즐(74)의 출구 오리피스(75)와 동일 평면에 있거나 또는 이로부터 후퇴될 수 있다. 도시된 바와 같이, 중심 노즐(72)은 외측 노즐(74)의 출구 오리피스(75)로부터 후퇴되어 있다(예를 들어, 축방향으로 오프셋되어 있다). 고체 패킹 장치(64)의 중간 부분(78)은, 고체 공급물(48) 및 운반 지원 고체(41)가 잘 혼합되고 또한 잘 패킹되는 것을 보장하는 진동 패킹 칼럼을 포함한다[예를 들어, 칼럼(77)은 고체 공급물들(48) 사이의 모든 틈새들(52)이 운반 지원 고체들(41)로 완전히 채워지는 것을 보장한다]. 외부 진동기(76) 및 고체들(48)과 운반 지원 고체들(41)의 유동 경로 내부에 배치되는 하나 이상의 내부 진동기(80) 모두, 2 종류의 고체(41, 48) 흐름들의 철저한 혼합 및 패킹이 일어나는 것을 보장하기 위해, 제공된다. 다른 실시예들은 오직 하나의 진동기(76 또는 80)만을 포함할 수 있으며, 그리고 또 다른 실시예는 진동기를 포함하지 않거나 또는 장치(64) 내부에 그리고 외부에 부가적인 진동기들을 포함할 수 있다. 고체 패킹 장치(64)의 바닥 부분(82)이, 패킹된 고체 혼합물(66)을 장치(64)의 출구(84) 바로 아래에 부착되는 고체 펌프(10)의 유입구 채널(14) 내로 능동적으로 운반하는, 활동적인 벽 칼럼(81)을 포함한다. 바닥 부분(82)의 활동적인 벽 칼럼(81)은, 혼합된 고체 흐름(66)[예를 들어, 고체 혼합물(43)]을 채널(83)을 통해 하방으로 능동적으로 이동시키는 나사 컨베이어로서 작용하는, 내부 나선형 홈들(flute)(86)을 갖는 회전 채널(83)을 갖는다. 회전 채널(83)은 외부 웜 기어(87)와 같은 기어에 의해 구동된다.

도 7의 설비 구성의 특정 적용들에서, 고체 공급물(48)은 다소 깨질 수 있는 재료를 포함할 수 있다. 깨질 수 있는 재료(48)는, 펌프(10)의 부분들 내부에서 발달하는 압축력 및 마찰력 때문에, 고체 펌프(10)에 의해 손상될 수 있다. 깨질 수 있는 고체 공급물(48)에 대한 손상을 최소화하기 위해, 운반 지원 고체들(41)은 작은 가요성 폴리머 또는 고무 비드를 포함할 수 있다. 장치(64)에 부가되는 비드들(41)은 장치(64)를 통해 공급되는 고체 공급물(48)의 효과적인 패킹을 촉진시키는 형상 및 입자 크기 분포를 포함한다. 고체 패킹 장치(64)가 가요성, 압축성 비드들(41)을 크기가 큰 깨질 수 있는 고체 공급물(48)과 혼합할 때, 고체 공급물(48)은 비드들(41)에 의해 둘러싸이며, 그리고 조합물(66)의 모든 틈새들(52)(예를 들어, 빈 공간들)이 비드들(41)로 채워진다. 조합물(66)[예를 들어, 고체 혼합물(43)]이 고체 펌프(10)를 통해 이동함에 따라, 가요성, 압축성 비드들(41)은 펌프(10)를 가로지르는 압력 강하를 지속하기 위한 빽빽한 패킹을 제공할 뿐만 아니라, 비드들(41)은 깨질 수 있는 고체 공급물(48)을 완충시키며, 그에 따라 덩어리 고체들(48)이 고체 펌프(10)를 통한 그들의 통과 도중에 손상될 수 있는 가능성을 감소시킨다.

도 8은 도 6에 도시된 프로세스 실시예를 위한 설비 구성의 실시예의 개략도이다. 특히 큰 고체들의 공급원(54)이, 고체 펌프(10)를 효과적으로 통과할 수 있는(예를 들어, 막힘없이) 덩어리로 고체들을 감소시키는, 분쇄기(56)를 통해 고체들(48)[예를 들어, 석탄, 석유 코크스, 석회암, 광석(ore), 목재, 바이오매스, 탄소-함유 폐기물 또는 그들의 임의의 조합]을 통과시킨다. 파쇄기(56)는 원하는 입자 크기를 갖는 고체를 생성하는 임의의 적절한 파쇄기일 수 있다. 파쇄기(56)는 또한 큰 고체들(54)의 일부를 운반 지원 고체(60)의 크기로 크기 조절할 수 있다.

고체 공급물(48)(예를 들어, 석탄)은 그 후 크기 조절된 덩어리 고체 통 또는 호퍼(58)에 저장된다. 미분탄(pulverized coal)(41)(예를 들어, 동일한 공급원으로부터 가능하게 준비되는)과 같은 운반 지원 고체의 공급원(60)은 운반 지원 고체 통 또는 호퍼(62) 내로 로딩된다. 운반 지원 고체 통 또는 호퍼(62)는, 고체 패킹 장치(64) 내부에서의 사용을 위해 저장하는, 운반 지원 고체(41)와 호환되는 임의의 적절한 구조일 수 있다. 통 또는 호퍼(62)는 고체(41)를 고체 패킹 장치(64)로 계속 이송하는 컨베이어 벨트, 튜브, 또는 펌프일 수도 있다. 또한 큰 고체들(54)의 공급원은 다른 구조적 부품을 가질 수도 있다. 운반 지원 고체 통(62)과 크기 조절된 덩어리 고체 통(58) 모두의 바닥들은, 회전하는 별 모양 밸브(star valve)(88) 또는, 고체 패킹 장치(64) 내로의 2가지 고체들(41, 48)을 계량공급하는 다른 유사한 장치와 조립될 수 있다. 2개의 별 모양 밸브(88)는 지원 고체(41) 및 고체 공급물(48)을, 효과적인 패킹을 달성하는 비율로, 고체 패킹 장치(64) 내로 공급하도록 제어기에 의해 제어될 수 있다. 고체 패킹 장치(64)는 2 종류의 고체[즉, 덩어리 석탄과 같은 고체 공급물 및 미분탄과 같은 지원 고체(41)]를 함께 혼합 및 패킹하고, 그 후 그러한 조합물(66)을 고체 펌프(10)의 유입구 채널(14) 내로 공급한다. 고체 펌프(10)는 분쇄된 덩어리 석탄(43)의 조합물(66)을 하류 최종 사용자 프로세스(68)[예를 들어, 가압된 유동층(fluidized bed) 연소기, 반응기, 또는 기화장치] 내로 동시에 가압 및 계량공급한다.

도 8의 설비 구성에 대한 대안적인 적용에서, 다른 물질이 제1 예에서 운반 지원 고체로서 사용되었던 미분탄에 대해 대체될 수 있다. 예를 들어, 석회암은 석탄 연소 적용에서 황 흡착제로서 사용될 수 있으며, 그리고 도 8의 설비 구성에 있어서 운반 지원 고체(41)로서 미분쇄된 석회암의 사용은, 석탄 및 황 흡착제를 가압된 유동층 연소기, 반응기, 또는 기화장치 내로 함께 공급하기 위한 편리한 방안을 제공한다.

도 8의 설비 구성에 대한 다른 대안적인 적용에서, 고체 공급물(48)의 공급원은 목재, 목재 폐기물 또는 일부 다른 큰 크기의 바이오매스 물질일 수 있으며, 그리고 운반 지원 고체(41)는 톱밥 또는 바이오매스 가공 시설로부터 미세하게 분할된 유사한 바이오매스일 수 있다. 이러한 바이오매스 적용에서, 고체 패킹 장치(64)는 크기 조절된 목재 또는 바이오매스 덩어리(48)를 톱밥 또는 미세하게 분할된 바이오매스(41)와 함께 혼합 및 패킹하고, 그 후 조합된 바이오매스 흐름(43, 66)을 고체 펌프(10)에 공급한다. 고체 펌프(10)는 조합된 바이오매스 흐름(43)을 유동층 바이오매스 기화장치 또는 증기-바이오매스 재형성기(reformer)와 같은 하류 최종 사용자 프로세스(68) 내로 다시 가압 및 계량공급한다. 바이오매스 공급 프로세스는 많은 바이오매스 변환 프로세스의 효율 및 경제성을 상당히 개선시킬 수 있다. 많은 최첨단 바이오매스 변환 프로세스들이, 바이오매스 원료를 가압하는 어려움 때문에, 현재 비교적 낮은 압력 작동으로 제한되고 있으며, 그들 중 다수는 잘 패킹되지 않는 크기 및 입자 크기 분포에서 유용하다. 결과적으로, 대부분의 바이오매스 변환 프로세스는, 바이오-합성가스를 바이오매스-유도된 액체 연료 및 화학물질로 변환하는 것과 같은 또는 전력을 발생시키기 위해 연소 터빈에서 바이오-합성가스의 연소시키는 것과 같은, 추가적인 프로세스를 위한 충분히 높은 압력을 얻기 위해, 바이오매스 반응기의 하류에서 생성 바이오-합성가스를 압축해야만 한다. 도 8의 바이오매스 공급 프로세스를 사용함으로써, 바이오매스 반응기는 하류의 모든 프로세스에서 사용되는 압력 보다 높은 압력에서 작동될 수 있으며, 따라서 중간 압축기가 제거될 수 있다.

도 8에서, 하나 또는 그 이상의 설비의 부재가, 도 6의 블록 흐름도의 실시예의 범위 내에서, 추가, 대체, 또는 제거될 수 있음을 인식해야 한다. 예를 들어, 큰 고체들(48)이 이미 고체 펌프(10)를 막히게 할 것 같지 않은 크기에서 이용할 수 있다면, 파쇄기(56)는 제거될 수 있다. 고체 펌프(10)가 최종 사용자 프로세스(68) 내로 직접 배출하는 것으로 도시되었지만, 고체 펌프(10)는 나사 컨베이어, 공압 이송 시스템, 또는 최종 사용자 프로세스(68)로 최종 공급하는 다른 프로세스 또는 장치로 배출할 수 있다.

도 9는 고체 공급물(48)과 지원 고체들(41)의 조합물(66)을 최종 사용자 프로세스(68)로 전달하기 위한 실시예를 도시하고 있다. 도 9에서, 운반 지원 고체 통(62), 고체 크기 조절 장치(56), 크기 조절된 덩어리 고체 통(58), 고체 패킹 장치(64), 및 고체 펌프(10)는, 도 6의 블록 흐름도에서 설명한 바와 같이, 일반적으로 동일한 특징 및 기능을 갖는다. 부가적으로, 도 9의 실시예는, 운반 지원 고체(41)가, 가압된 덩어리 고체와 함께, 최종 사용자 프로세스(68)에 의해 사용되지 않는 상황을 위해 구성된다. 지원 고체들(41)을 최종 사용자 프로세스(68)에 전달하는 것을 회피하기 위해, 고체 분리 장치(90)가, 고체 공급물(48)이 가압된 고체 분배 시스템(92)에 의해 최종 사용자 프로세스(68)로 전달되기 이전에, 운반 지원 고체들(41)을 고체 공급물(48)로부터 분리하기 위해 고체 펌프(10)의 하류에 위치될 수 있다. 고체 분리 장치(90)에 의해 분리된 운반 지원 고체들(41)은, 운반 지원 고체 감압 장치(94)와 함께 시작하는 재활용 루프(loop)에서의 프로세스의 전방 단부로 다시 재활용된다. 운반 지원 고체들(41)이 장치(94)에 의해 감압된 후, 고체들(41)은, 매우 미세한 물질이 운반 지원 고체 재활용 루프 내에 축적되는 것을 방지하기 위해, 마멸된 미립자(97)의 적어도 일부가 제거되는, 운반 지원 고체 마멸 미립자 제거부(96)로 보내진다. 운반 지원 고체들(41)의 마멸되지 않은 미세 입자 부분은 그 후 재활용 시스템(98)을 거쳐 재활용 시스템에 완충 저장을 제공하는 운반 지원 고체 재활용 통(100)으로 이동된다. 재활용되는 운반 지원 고체들(41)은 신선한 전달 지원 고체들과 혼합되며, 그리고 고체 패킹 장치(64) 상류의 운반 지원 고체 혼합 저장 통(102)에 저장된다. 혼합 저장 통(102)으로부터의 혼합된 운반 지원 고체들(41)은 사이클을 완성하기 위해 크기 조절된 고체 공급물(48)과 마찬가지로 고체 패킹 장치(64) 내로 계량공급된다.

도 10은 고체 펌프(10)의 하류에서의 고체 분리 단계를 위해 사용될 수 있는 고체 분리 장치(90)의 실시예의 단면도를 도시하고 있다. 제1 예(104)는, 고체 공급물(48)이 통과하는 것을 차단하기에는 충분히 작지만 그러나 운반 지원 고체들(41)이 통과하는 것을 허용하기에는 충분히 큰 개구(108)를 갖는, 간단한 가압된 진동 스크린(106)이다. 분리 장치(90)는 운반 지원 고체들(41)을 결집시키는 좁아진 수집 부분(109)을 포함할 수 있다. 운반 지원 고체(41)의 좁아진 수집 부분(109)에 의한 결집은, 그렇지 않은 경우 교반(攪拌)(agitation)으로 인해 부유하는 운반 지원 고체들(41)의 미립자로 인한 손실을 감소시킬 수 있다.

도 11은 고체 분리 장치(90)의 실시예의 단면도를 도시하고 있다. 도 11의 고체 분리 장치(90)는, 분리된 운반 지원 고체들(41)을 수집하는 원통형 압력 하우징(112) 내측의 회전하는 원통형 텀블러(tumbler) 스크린(110)이다. 고체 펌프(10)의 배출부로부터의 패킹된 고체 조합물(66)은 회전 스크린(110) 내로 공급되며, 이것은 유입구(113)로부터 배출구(114)로 미세하게 하향하는 경사(slope)를 갖도록 지향된다. 스크린(110)이 회전할 때, 내부 배플들(115)이 고체[예를 들어, 조합물(66), 고체 공급물(48), 및/또는 지원 고체(41)]를 굴러쩔어지도록 한다. 운반 지원 고체들(41)은 스크린(110)의 작은 구멍(116)을 통과하는 가운데, 큰 고체 공급물(48)은 스크린(110)의 내측에 유지되며 그리고, 하향으로 경사진 회전 스크린(110)의 길이를 따라 진행한 이후에, 배출구(114)를 경유하여 고체 분리 장치를 떠나 최종 사용자 프로세스(68)로 향한다.

도 12는 고체 분리 장치(90)의 실시예의 단면도를 도시하고 있다. 도 12의 고체 분리 장치(90)는 분리된 운반 지원 고체들(41)을 수집하는 가압된 원통형 배럴(122)의 내측에 고정되는 관형 스크린(120)의 내측의 수직 회전 나사 컨베이어(118)를 포함한다. 패킹된 고체 조합물(66)은, 관형 스크린(120)의 상부의 한쪽 측부와 교차하는 경사진 유입구를 향해, 고체 펌프 배출구 채널(16)로부터 빠져나오며, 그리고 고체들[조합물(66), 고체 공급물(48), 및/또는 지원 고체(41)들]은 나사(118)의 회전에 의해 하향으로 이송된다. 나사(118)가 회전할 때, 더욱 미세한 운반 지원 고체들(41)은 고정된 관형 스크린(120)의 작은 구멍을 통과하여 외측 배럴(122)에 수집되며, 그리고 바닥에서 노즐(124)을 통해 빠져나온다. 큰 고체 공급물(48)은 나사(118) 상에 남게 되며, 그리고 나사(118)의 바닥에서 분리 장치를 빠져나온다. 특정 실시예에서, 고체 분리 장치(90)는 조합되고 패킹된 고체 조합물(66)이 나사(118)의 바닥으로 들어가며 그리고 상향으로 흐르도록 역전된다. 따라서, 회전하는 나사(118)는 상부에서 큰 덩어리(48)를 배출할 것이며, 분리된 운반 지원 고체(41)는 배럴(122)의 바닥에서 노즐(124)을 통해 계속 빠져나올 것이다. 도 10, 11, 및 12가 고체 분리 장치(90)의 3개의 가능한 예를 도시하고 있지만, 설명된 시스템들 및 방법들은, 단독으로 또는, 도 10, 11, 및 12에 도시된 임의의 또는 모든 장치들(90)과의 조합으로, 임의의 다른 고체 분리 장치(90)를 사용할 수 있다.

도 13은 도 9에 도시된 프로세스에 대한 실시예를 도시하고 있다. 제1 실시예에서처럼, 목재 또는 큰 크기의 바이오매스와 같은 큰 고체 공급물(48)의 공급원(54)은, 필요하다면 고체 펌프(10)에 들러붙지 않을 크기로 감소된다. 크기 조절된 고체 공급물(48)은, 고체 패킹 장치(64) 내로 고체 공급물(48)을 계량공급하는 회전하는 별 모양 밸브(88) 또는 바닥의 유사한 장치를 갖는, 크기 조절된 덩어리 고체 통 또는 호퍼(58)에 저장된다. 운반 지원 고체 혼합 및 고체 통(102)으로부터의 혼합된 운반 지원 고체들(41)도 통(102)의 바닥에서 별 모양 밸브(88) 또는 유사한 장치를 통해 고형 패킹 장치(64) 내로 계량공급된다. 회전하는 별 모양 밸브(88)는 크기 조절된 고체 공급물(48) 및 지원 고체들(41)을 정확한 질량 유량으로 고체 패킹 장치(64) 내로 계량공급하는 방식으로 제어된다. 고체 패킹 장치는 고체 공급물(48)을 지원 고체들(41)과 함께 혼합 및 패킹하며, 그리고 조합물(66)[예를 들어, 고체 혼합물(43)]을 고체 펌프(10)의 유입구 채널(14)에 공급한다. 고체 펌프(10)는 혼합되고 패킹된 조합물(66)을 최종 사용자 프로세스(68) 내에서 사용되는 압력으로 가압한다. 도 13에 도시된 실시예는, 최종 사용자 프로세스(68)가 고체 공급물(48)과 함께 가압되었던 지원 고체(41)를 받아들이지 않을 때, 사용될 수 있다. 따라서 도 10 내지 12에 도시된 하나 이상의 실시예와 같은 분리 장치(90)가 고체 펌프(10)의 하류에 전개된다.

도 13에 도시된 바와 같이, 수직 회전 나사 컨베이어(118)는 지원 고체들(41)을 고체 공급물(48)로부터 분리시키는데 사용될 수 있다. 또한 도시된 바와 같이, 분리 장치(90)에 의한 분리 프로세스는, 가압된 구역(120)[예를 들어, 프로세스가, 가압된 구역(120)의 외측의 섹션들 보다 더 높은 압력 상태네 놓이는] 내에서 완전하게 일어날 수 있다. 고체 펌프(10)로부터의 가압된 조합물(66)이 수직 회전 나사 컨베이어(118)를 통과할 때, 지원 고체들(41)은 스크린을 통과하여 외측 배럴에 수집되며, 고체 공급물(48)은 고체 공급물(48)의 최종 사용자 프로세스(68) 내로의 최종 계량공급을 수행할 수 있는 제2 고체 펌프(10)의 유입구로 나사에 의해 전달된다. 특정 실시예에서, 제2 고체 펌프(10)는 고압 몸체를 갖지만, 그러나 고체 공급물(48)에 대한 추가적인 가압은 거의 없다. 따라서, 제2 고체 펌프(10)는 고체 펌프와 동일한 타입일 수 있고, 또는 고체 펌프(10)와 상이한 타입일 수 있다. 제2 고체 펌프는 단지 계량공급 장치로서 구성될 수도 있다.

고체 공급물(48)로부터 분리된 지원 고체들(41)은, 지원 고체들(41)의 압력을 다시 대기압으로 또는 다른 저압으로 감소시키기 위해 감압 모드로 작동하는, 제3 고체 펌프(10)에 들어간다. 제3 고체 펌프(10)는 제1 또는 제2 고체 펌프와 동일한 타입일 수도 있으며, 또는 제3 고체 펌프(10)는 다른 두 고체 펌프(10)와는 상이할 수 있다. 감압된 지원 고체들(41)은 그 후 지원 고체들(41)의 가장 미세한 마멸 입자(97)를 제거하기 위해 운반 지원 고체 마멸 미립자 제거 유닛(96)에서 걸러진다. 마멸 미립자 제거 유닛(96)으로부터의 범람(overflow)은, 컨베이어 벨트, 나사 컨베이어, 또는 공압 이송 시스템과 같은 재활용 시스템(98)을 통해, 지원 고체 재활용 저장 통 또는 호퍼(100)로 운반된다. 또한, 신선한 지원 고체들(41)이 신선한 지원 고체 저장 통 또는 호퍼(62) 내로 로딩된다. 이들 두 통 또는 호퍼[예를 들어, 신선한 지원 고체 저장 통 또는 호퍼(62) 및 지원 고체 재활용 저장 통(100)]는 모두 바닥에서, 신선한 지원 고체들(41) 및 재활용 지원 고체들을 혼합 칼럼(104)을 통해 운반 지원 고체 혼합 저장 통 또는 호퍼(102) 내로 계량공급하는, 회전하는 별 모양 밸브(88) 또는 유사한 장치와 조립된다. 지원 고체 혼합 칼럼(104)은, 2개의 흐름이 중력에 의해 배플 구조물을 통해 혼합 칼럼(104) 내로 그리고 운반 지원 고체 혼합 저장 통(102) 내로 떨어질 때, 2 개의 지원 고체(41) 흐름을 별 모양 밸브(88)에 의해 제어된 질량 유량으로 혼합하는, 내부 배플의 개방된 구조를 포함한다.

설비의 하나 이상의 도시된 부재는, 도 9의 블록 흐름도에 도시된 실시예의 범위 내에서, 추가, 대체, 또는 제거될 수 있음을 인식해야 한다. 예를 들어, 큰 고체들(48)이 이미 고체 펌프(10)를 막히게 할 것 같지 않은 크기에서 이용할 수 있다면, 파쇄기(56)가 제거될 수 있다. 제2 고체 펌프(10)가 하류의 최종 사용자 프로세스(68) 내로 직접 배출하는 것으로 도시되었지만, 제2 펌프(10)는 대안적으로 나사 컨베이어, 공압 이송 시스템, 슈트(chute), 또는 최종 사용자 프로세스(68)로 최종 공급하는 다른 프로세스 또는 장치로 배출할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 제2 고체 펌프는 나사 컨베이어, 공압 이송 시스템, 슈트, 또는 고체 분리기(90)의 배출부로부터 최종 사용자 프로세스(68) 내로 직접적으로 최종 공급하는 다른 프로세스 또는 장치에 의해 대체될 수 있다. 특정 실시예에서, 수직 나사 컨베이어 스크린 분리 장치(118)는, 다른 고체 분리 장치들(90) 중 하나로 대체 또는 보완될 수 있으며, 제3 고체 펌프(10)는 록(lock) 호퍼 시스템에 의해 대체될 수 있으며, 및/또는 마멸 미립자 스크린(96) 및 운반 지원 고체 혼합 칼럼(104)은 동일한 또는 유사한 기능을 수행하는 대안적인 장치에 의해 대체될 수 있다.

도 13은 또한, 도 9에 도시된 블록 흐름도와 또한 일치하는, 제3 프로세스 실시예를 위한 가능한 설비 구성을 나타내기 위해 사용될 수 있다. 도 8에 도시된 제1 프로세스 실시예는, 운반 지원 고체들(41)이 시스템을 한 번 통과한 다음 크기 조절된 덩어리 고체(48)와 함께 하류의 최종 사용자 프로세스(68) 내로 공급되는 관류(once-through) 시스템일 수 있다. 이러한 프로세스는, 운반 지원 고체가 최종 사용자 프로세스에 의해 받아들여질 때, 또는 이들이 최종 사용자 프로세스(68)에서 크기 조절된 덩어리 고체들(48)에 대한 추가적인 프로세서에서 요구되는 참가자인 물질로부터 형성될 수 있을 때, 유용할 수 있다. 도 11에 도시된 제2 프로세스 실시예는, 운반 지원 고체들(41)이 재사용을 위해 시스템의 전방 단부로 재활용될 수 있도록 모든 운반 지원 고체들(41)이 고체 펌프의 하류에서 크기 조절된 덩어리 고체들(48)로부터 분리되는 재활용 시스템이다. 이러한 프로세스는 최종 사용자 프로세스(68)가 미세하게 분할된 운반 지원 고체의 존재를 받아들일 수 없다면, 운반 지원 고체들(41)이 값비싸며 그리고 절약해야만 한다면, 또는 미세하게 분할되는 운반 지원 고체들(41)을 생성하기 위한 에너지를 최소화하는 것이 바람직하다면, 유용할 수 있다. 도 13의 설비에 의해 제공될 수도 있는 제3 프로세스 실시예는, 제1 및 제2 실시예의 혼성형(hybrid)이다. 차이점은, 운반 지원 고체들(41)의 일부가 재활용을 위해 분리되어 크기 조절된 덩어리 고체로 남아있는 나머지가 하류의 최종 사용자 프로세스(68) 내로 공급되도록, 고체 펌프(10)의 하류에서 고체 분리 장치(90)의 효율이 감소된다는 점이다. 이런 프로세스는, 운반 지원 고체가 최종 사용자 프로세스에서 크기 조절된 덩어리 고체들(48)에 대한 추가적인 프로세스 시 요구되는 참가자인 물질로부터, 그러나 고체 펌프(10)를 통해 압력 강하를 지속시키기 위해 요구되는 레벨의 패킹을 달성하는데 필요한 양으로 형성될 때, 유용할 수 있다. 예는 소량의 비금속 용제가 바람직한 고압 금속 정련(refining) 프로세스일 수 있다. 비금속 용제가 운반 지원 고체들(41)로서 사용하기에 적합한 물질이라면, 고체 분리 장치(90)의 효율은 하류의 최종 사용자 프로세스(68)에 의해 사용되는 임의의 용제가 충분히 제공되도록, 이것이 덩어리 고체(48)를 통해 충분히 통과하는 것을 허용하도록 맞춰질 수 있다.

설명된 실시예의 기술적 효과는. 고체를 저압 상태로부터 고압 상태로 또는 고압 상태로부터 저압 상태로 이동시키도록 구성되는 채널을 갖는, 고체 공급 펌프를 포함한다. 압력 차이를 원활하게 그리고 지속적으로 유지하기 위해, 시스템은 또한 고체 공급 펌프에 결합되는 고체 패킹 장치를 포함한다. 고체 패킹 장치는 협소한 범위의 덩어리 크기를 갖는 덩어리 고체들(48)을 수용하며, 그리고 제2 범위의 크기를 갖는 운반 지원 고체들(41)을 수용한다. 제1 범위의 크기는 제2 범위의 크기 보다 클 수 있지만, 그러나 제1 범위의 크기는 덩어리 고체들이 고압 상태와 저압 상태 사이의 압력 차이를 충분히 유지하도록 빽빽하게 패킹하는 것을 허용하지 않는다. 추가적인 채널이, 고체 공급물(48) 사이의 틈새 공간들을 채우는 운반 지원 입자들(41)을 갖는 고체 공급물(48)/운반 지원 입자(41) 혼합물을 제공하기 위해, 고체 공급물(48)과 운반 지원 입자들(41)을 수용 및 혼합하도록 구성된다.

이러한 기재된 설명은, 최상의 모드를 포함하는 본 발명을 설명하기 위한, 그리고 임의의 당업자가, 임의의 장치 또는 시스템을 제조하고 사용하는 것 및 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하는, 본 발명을 수행하는 것을 가능하게 하기 위한 예들을 사용한다. 본 발명의 특허 허여 가능한 범위는 청구범위에 의해 한정되며, 그리고 당업자에게서 발생하는 다른 예들을 포함할 수 있다. 그러한 다른 예들은, 이들이 청구범위의 문자 그대로의 언어와는 상이하지 않은 구조적 요소를 구비한다면, 또는 이들이 청구범위의 문자 그대로의 언어와는 실질적이지 않은 차이를 갖는 균등한 구조적 요소를 포함한다면, 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims

고체 패킹 장치로서, 제1 범위의 크기들을 갖는 고체 공급물을 수용하도록 구성되는 제1 채널; 상기 제1 범위의 크기들과 상이한 제2 범위의 크기들을 갖는 운반 지원 입자(이하, TAP)를 수용하도록 구성되는 제2 채널; 및 상기 고체 공급물들 사이의 틈새 공간을 채우는 상기 TAP를 갖는 고체 공급물-TAP 혼합물을 제공하기 위해, 상기 고체 공급물과 상기 TAP를 수용 및 혼합하도록 구성되는 제3 채널을 포함하는, 고체 패킹 장치; 및
고체 공급 펌프로서, 하우징; 하우징 내에 배치되는 통로; 상기 제3 채널로부터 상기 고체 공급물-TAP 혼합물을 수용하며 그리고 상기 고체 공급물-TAP 혼합물을 상기 통로에 제공하도록 구성되는 고체 공급물 유입구; 및 상기 통로에 결합되는 고체 공급물 배출구를 포함하는, 고체 공급 펌프를 포함하는 것인 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 제2 채널의 제2 부분이 상기 제1 채널의 제1 부분에 대해 원주방향으로 배치되는 것인 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 고체 공급물-TAP 혼합물은 제1 압력으로 상기 고체 공급물 유입구에 들어가도록 그리고 제2 압력으로 상기 고체 공급물 배출구를 빠져나오도록 구성되고, 상기 제2 압력은 상기 제1 압력 보다 높으며, 그리고 상기 고체 공급물-TAP 혼합물은 상기 고체 공급물 유입구와 상기 고체 공급물 배출구 사이의 상기 통로를 가로지르는 압력 구배를 가능하게 하기 위해 상기 고체 공급물 배출구와 상기 고체 공급물 유입구 사이에서의 가스의 유동을 차단하도록 구성되는 것인 시스템.
제 2항에 있어서,
상기 고체 패킹 장치는, 상기 고체 패킹 장치의 외측 표면 상에 배치되는 제1 진동기, 상기 고체 패킹 장치 내부의 상기 고체 공급물-TAP 혼합물의 유동 경로 내에 배치되는 제2 진동기, 상기 제3 채널 내의 내측 나선형 홈들을 회전시키도록 구성되는 외측 웜 기어 구동부, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하며, 상기 제1 진동기 또는 상기 제2 진동기는 상기 고체 공급물과 상기 TAP 의 패킹을 촉진시키도록 구성되는 것인 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 TAP 는 30 메시(Mesh) 보다 작은 입자들을 포함하는 것인 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 TAP 는 100 메시 보다 작은 입자들을 60 퍼센트 포함하는 것인 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 TAP 는 제1 물질을 포함하며, 그리고 상기 고체 공급물은 상기 제1 물질과는 상이한 제2 물질을 포함하는 것인 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 고체 공급물은, 석탄, 석유 코크스, 석회암, 광석, 목재, 바이오매스, 탄소-함유 폐기물, 또는 그들의 임의의 조합을 포함하는 것인 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 TAP 는, 모래, 분쇄된 바이오매스, 석탄 미립자, 석유 코크스 미립자, 미분쇄된 석회암, 분쇄된 유리, 작은 가요성 폴리머 비드, 고무 분말, 또는 그들의 임의의 조합을 포함하는 것인 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 고체 공급물은 깨질 수 있는 고체 공급물을 포함하며, 그리고 상기 TAP 는 압축력에 의한 상기 깨질 수 있는 고체 공급물에 대한 손상을 최소화하기 위해 상기 깨질 수 있는 고체 공급물 둘레에서 변형하며 그리고 상기 깨질 수 있는 고체 공급물을 완충시키도록 곡선형 통로 내부에서 압축력을 흡수하도록 구성되는 압축성 입자들을 포함하는 것인 시스템.
제1 유입구 및 제2 유입구를 포함하는 고체 패킹 장치;
제1 범위의 크기들을 갖는 고체들을 상기 제1 유입구로 제공하도록 구성되ㄴ는 고체 공급원;
상기 제1 범위의 크기들과 상이한 제2 범위의 크기들을 갖는 지원 고체들을 상기 제2 유입구로 제공하도록 구성되는 지원 고체 공급원;
상기 고체 패킹 장치로부터 상기 고체들 및 상기 지원 고체들을 제1 압력으로 수용하며, 그리고 상기 고체들 및 상기 지원 고체들을 제2 압력으로 가압된 최종 사용자 시스템으로 전달하도록 구성되는 고체 펌프를 포함하는 것인 시스템.
제 11항에 있어서,
상기 지원 고체 공급원은, 상기 가압된 최종 사용자 시스템에서의 사용을 위해, 용제, 첨가제, 반응제, 또는 이들의 임의의 조합을 부가하도록 구성되는 것인 시스템.
제 11항에 있어서,
상기 지원 고체들은 30 메시 보다 작은 입자를 포함하는 것인 시스템.
제 11항에 있어서,
상기 지원 고체들을 생성하기 위해 상기 고체들의 일부를 파쇄하도록 구성되는 파쇄기를 포함하는 것인 시스템.
상기 제1 유입구 및 상기 제2 유입구를 포함하는 고체 패킹 장치;
고체들을 상기 고체 패킹 장치의 상기 제1 유입구로 제공하도록 구성되는 제1 공급원;
지원 고체들을 상기 고체 패킹 장치의 상기 제2 유입구로 제공하도록 구성되는 제2 공급원;
상기 고체 패킹 장치로부터 상기 고체들과 상기 지원 고체들의 혼합물을 수용하도록 구성되는 고체 펌프; 및
상기 고체 펌프로부터 상기 고체들과 상기 지원 고체들의 가압된 혼합물을 수용하고, 상기 고체들을 상기 지원 고체들로부터 분리하며, 그리고 상기 지원 고체들로부터 분리된 상기 고체들을 배출하도록 구성되는 고체 분리 장치를 포함하는 것인 시스템.
제 15항에 있어서,
상기 지원 고체들로부터 마멸된 미립자를 제거하도록 구성되는 마멸 미립자 스크린을 포함하는 것인 시스템.
제 15항에 있어서,
상기 지원 고체들을 감압시키고 이를 상기 고체 패킹 장치의 상기 제2 유입구로 운반하도록 구성되는 재활용 시스템을 포함하는 것인 시스템.
제 15항에 있어서,
상기 고체 분리 장치의 하류에서 상기 고체들을 계량공급하도록 구성되는 제2 고체 펌프를 포함하는 것인 시스템.
제 15항에 있어서,
상기 고체들은 협소한 범위의 입자 크기 분포를 포함하는 것인 시스템.
제 15항에 있어서,
상기 고체 분리 장치는, 스크린, 나사, 진동기, 회전형 장치, 또는 그들의 임의의 조합을 포함하는 것인 시스템.