MX2008014092A - Sistema de acondicionamiento de gas. - Google Patents

Sistema de acondicionamiento de gas.

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MX2008014092A
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MX
Mexico
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gas
gcs
conditioning system
stage
conditioner
Prior art date
Application number
MX2008014092A
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Andreas Tsangaris
Margaret Swain
Douglas Michael Feasby
Scott Douglas Basham
Ashish Chotaliya
Pascale Bonnie Marceau
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Plascoenergy Ip Holdings Slb
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Abstract

La presente invención proporciona un sistema de gas acondicionado, para procesar un gas de entrada de un sistema de gasificación de baja temperatura a un gas de salida de características deseadas. El sistema comprende un proceso de dos etapas, en la primera de las cuales son separados los metales pesados y la materia de partículas en una fase de vía seca, y en la segunda etapa se incluyen pasos de procesamiento adicionales para remover gases ácidos y/u otros contaminantes. Otros procesos opcionales, pueden incluir el ajuste de la humedad y la temperatura del gas de entrada a medida que pasa a través del sistema de gas acondicionado. La presencia y secuencia de los pasos de procesamiento están determinadas por la composición del gas de entrada, la composición deseada del gas de salida para las aplicaciones derivadas y por una mayor eficiencia y reducción del desperdicio.

Description

SISTEMA DE ACONDICIONAMIENTO DE GAS CAMPO DE LA INVENCION La presente invención pertenece al campo de limpieza y procesamiento de gas, y en particular a la separación de la materia en partículas y especies químicas objetivo de un gas de admisión generado de un sistema de gasificación a baja temperatura.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION La gasificación es un proceso que permite la conversión de corrientes de alimentación con carbón, tales como desechos sólidos municipales (MSW por sus siglas en inglés) o carbón mineral, en un gas combustible. El gas se puede usar para generar electricidad, vapor de agua o como una materia prima básica para producir productos químicos y combustibles líquidos. Los usos posibles para el gas incluyen: la combustión en una caldera para la producción de vapor de agua para procesamiento interno y/u otros propósitos externos, o para la generación de electricidad a través de una turbina de vapor de agua; la combustión directamente en una turbina de gas o un motor de gas para la producción de electricidad; celdas de combustible; la producción de metanol y otros combustibles líquidos; como una carga de alimentación adicional para la producción de productos químicos tales como plásticos y fertilizantes; la extracción tanto de hidrógeno como de monóxido de carbono como gases combustibles industriales discretos; y otras aplicaciones industriales . Generalmente, el proceso de gasificación consiste de alimentar una carga de alimentación carbonosa dentro de una cámara calentada (el gasificador) junto con una cantidad controlada y/o limitada de oxígeno y opcionalmente vapor de agua. En contraste con la incineración o combustión, las cuales operan con oxígeno en exceso para producir C02, H20, S0X, y NOx, los procesos de gasificación producen una composición de gas crudo que comprende CO, H2, H2S, y NH3. Después de la purificación, los productos de gasificación primaria de interés son H2 y CO. La carga de alimentación útil puede incluir cualquier desecho municipal, desechos producidos por la actividad industrial y desechos médicos, drenaje, lodo, carbón mineral, aceites pesados, coque de petróleo, residuos pesados de refinerías, desechos de refinerías, suelos contaminados con hidrocarburos, biomasa, y desechos agrícolas, llantas, y otros desechos peligrosos. Dependiendo del origen de- la carga de alimentación, los compuestos volátiles pueden incluir H20, H2, N2 02, C02, CO, CH4, H2S, NH3, C2HK, hidrocarburos insaturados tales como acetilenos, olefinas, aromáticos, alquitranes, líquidos de hidrocarburos (aceites) y residuo carbonoso (negro de humo y ceniza) . Cuando se calienta la carga de alimentación, el agua es el primer constituyente en evolucionar. Cuando se incrementa la temperatura de la carga de alimentación seca, tiene lugar la pirólisis. Durante la pirólisis la carga de alimentación se descompone térmicamente para liberar alquitranes, fenoles, y gases de hidrocarburos volátiles ligeros mientras se convierte la carga de alimentación a residuo carbonoso. El residuo carbonoso comprende los sólidos residuales que consisten de materiales orgánicos e inorgánicos. Después de la pirólisis, el residuo carbonoso tiene una concentración mayor de carbono que la carga de alimentación seca y puede servir como una fuente de carbón activado. En los gasificadores que operan a alta temperatura (> 1,200°C) o en sistemas con una zona de alta temperatura, la materia mineral inorgánica se funde o se vitrifica para formar una sustancia fundida tipo vidrio denominada escoria. Ya que la escoria está en un estado fusionado, vitrificado, se encuentra usualmente que no es peligrosa y puede disponerse en un relleno sanitario como un material no peligroso, o se vende como un mineral, plataforma u otro material de construcción. Se está volviendo menos deseable disponer del material de desecho por incineración debido al desperdicio extremo de combustible en el proceso de calentamiento y el desperdicio adicional de disponer, como un desecho residual, material que se puede convertir como un gas de síntesis útil y material sólido. Los medios para lograr un proceso de gasificación varían en muchas formas, pero se basan en cuatro factores clave de ingeniería: la atmósfera (nivel de contenido de oxígeno o aire o vapor de agua) en el gasificador; el diseño del gasificador; los medios de calentamiento interno y externo; y la temperatura de operación para el proceso. Los factores que afectan la calidad del gas del producto incluyen: composición de la carga de alimentación, preparación y tamaño de partícula; velocidad de calentamiento del gasificador; tiempo de residencia; la configuración de la planta incluyendo si emplea un sistema de alimentación seco o en solución espesa, la geometría de flujo de reactivo-carga de alimentación, el diseño del sistema de remoción de mineral de escoria o ceniza seca; ya sea que use una generación de calor directa o indirecta y el método de transferencia; y el sistema de purificación del gas de síntesis. La gasificación se lleva a cabo usualmente a una temperatura en el intervalo de alrededor de 650°C hasta 1200°C, ya sea bajo vacío, a presión atmosférica o a presiones de hasta alrededor de 100 atmósferas. Existen diversos sistemas que se han propuesto para capturar el calor producido por el proceso de gasificación y utilizar tal calor para generar electricidad, generalmente conocidos como sistemas de ciclo combinado. La energía en el gas producto acoplada con cantidades sustanciales de calor sensible recuperable producido por el proceso y a lo largo del sistema de gasificación puede producir generalmente suficiente electricidad para mover el proceso, con lo que se alivia el gasto por consumo de electricidad local. La cantidad de energía eléctrica que se requiere para gasificar una tonelada de una carga de alimentación carbonosa depende directamente de la composición química de la carga de alimentación. Si el gas generado en el proceso de gasificación comprende una amplia variedad de compuestos volátiles, tal como el tipo de gas que tiende a generarse en un gasificador de baja temperatura con una carga de alimentación carbonosa de "baja calidad", se refiere generalmente como gas de salida. Si las características de la carga de alimentación y las condiciones en el gasificador generan un gas en el cual CO y Hz son las especies químicas predominantes, el gas se refiere como gas de síntesis. Algunas instalaciones de gasificación emplean tecnologías para convertir el gas de salida crudo o el gas de síntesis crudo a una composición de gas más refinado precio al enfriamiento y limpieza a través de un sistema de acondicionamiento de la calidad del gas. El uso de tecnología de calentamiento con plasma para gasificar un material es una tecnología que se ha usado comercialmente por muchos años. El plasma es un gas luminoso de alta temperatura que está al menos parcialmente ionizado, y se constituye de átomos de gas, iones de gas, y electrones. El plasma se puede producir con cualquier gas de esta manera. Esto da un control excelente sobre las reacciones químicas en el plasma ya que el gas pudiera ser neutro (por ejemplo, argón, helio, neón) , reductor (por ejemplo, hidrógeno, metano, amoniaco, monóxido de carbono) , u oxidante (por ejemplo, oxígeno, bióxido de carbono) . En la fase en volumen, un plasma es eléctricamente neutro. Algunos sistemas de gasificación emplean calor de plasma para impulsar el proceso de gasificación a una temperatura elevada y/o para refinar el gas de salida/gas de síntesis al convertir, reconstituir, o reformar volátiles de cadena más larga y alquitranes en moléculas más pequeñas con o sin la adición de otros insumos o reactivos cuando las moléculas gaseosas entran en contacto con el calor del plasma, se disociarán en sus átomos constituyentes. Muchos de estos átomos reaccionarán con otras moléculas de entrada para formar nuevas moléculas, mientras otros puede recombinarse con ellos mismos. Cuando disminuye la temperatura de las moléculas en contacto con el calor de plasma todos los átomos se recombinan completamente. Ya que los gases de entrada se pueden controlar estequiométricamente, los gases de salida se pueden controlar para, por ejemplo, producir niveles sustanciales de monóxido de carbono y niveles no sustanciales de bióxido de carbono. Las temperaturas muy altas (3000 a 7000°C) que se alcanzan con el calentamiento con plasma permiten un proceso de gasificación a alta temperatura donde virtualmente se puede acomodar cualquier carga de alimentación de entrada incluyendo desechos en condiciones como se reciben, incluyendo líquidos, gases, y sólidos en cualquier forma o combinación. La tecnología de plasma se puede ubicar dentro de una cámara de gasificación primaria para hacer que todas las reacciones sucedan simultáneamente (gasificación a alta temperatura) , se puede colocar dentro del sistema para hacer que sucedan en secuencia (gasificación a baja temperatura con refinación a alta temperatura) , o alguna combinación de los mismos. El gas producido durante la gasificación de carga de alimentación carbonosa está usualmente muy caliente pero puede contener cantidades pequeñas de compuestos indeseables y requiere de un tratamiento adicional para convertirlo en un producto útil. Una vez que un material carbonoso se convierte a un estado gaseoso, sustancias indeseables tales como metales, compuestos de azufre y ceniza se pueden remover del gas. Por ejemplo, sistemas de filtración en seco y lavadores húmedos se usan a menudo para remover materia - en partículas y gases ácidos a partir del gas producido durante la gasificación. Se han desarrollado diversos sistemas de gasificación los cuales incluyen sistemas para tratar el gas producido durante el proceso de gasificación. Estos factores se han tomado en cuenta en el diseño de diversos sistemas diferentes los cuales se describen, por ejemplo, en Las patentes de E.U.A. Nos. 6,686,556, 6,630,113, 6,380,507; 6,215,678, 5,666,891, 5,798,497, 5,756,957, y La solicitud de patente de E.U.A. Nos. 2004/0251241, 2002/01 4981. Existen también diversas patentes que se refieren a tecnologías diferentes para la gasificación de carbón mineral para la producción de gases de síntesis para uso en diversas aplicaciones, incluyendo Las patentes de E.U.A. Nos. 4,141,694; 4,181,504; 4,208,191; 4,410,336; 4,472,172; 4,606,799; 5,331,906; 5, 486,269, y 6,200, 430. Los sistemas y procesos previos no han atendido adecuadamente los problemas que deben tratarse sobre una base de cambio continua. Algunos de estos tipos de sistemas de gasificación describen medios para ajusfar el proceso de generación de un gas útil a partir de la reacción de gasificación. De esta manera, sería un avance importante en la técnica proporcionar un sistema que pueda gasificar eficientemente carga de alimentación carbonosa en una manera que maximice la eficiencia global del' proceso, y/o las etapas que comprenden el proceso global. El gas generado de un reactor de gasificación puede contener contaminantes de metales pesados tales como cadmio, mercurio y plomo. Estos metales presados tienen limites de emisión, asi antes de enviar el gas corriente abajo los metales pesados podrían separarse del gas para cubrir los límites de emisión para estos metales pesados. Los ejemplos de límites de emisión para los metales pesados son como se muestran en la Tabla 1: Tabla 1 : Límites de emisión para los metales pesados La composición del gas crudo resultante de la gasificación de carbón mineral varía dependiendo en las condiciones bajo las cuales el convertidor se opera. Los componentes comunes en el gas crudo incluyen los combustibles (CO y H2) , no combustibles (C02/ N2 y H20) , contaminantes del aire (metales pesados, Ox, H2S, HC1, alquitranes), y sólidos arrastrados. Previo al uso del gas producto para combustión, generación de electricidad u otras aplicaciones, el gas producto puede procesarse o refinarse con objeto de producir un gas con características deseables para la aplicación. Tal procesamiento o refinamiento generalmente involucra la remoción de los metales pesados y gases ácidos del gas producto. Cuando el gas se genera de la conversión de los desechos sólidos municipales (MSW por sus siglas en inglés) en un sistema de gasificación el gas que contiene metales y compuestos metálicos en ambas fracciones combustibles y no combustibles. Normalmente, la concentración de plomo en los desechos es de dos órdenes de magnitud superior al cadmio y mercurio. La distribución de los metales pesados entre diversos residuos depende en la composición MSW, propiedades fisicoquímicas de los metales y sus compuestos metálicos y el proceso de gasificación en el que operan las condiciones.
Los compuestos de metal con alta presión de vapor (punto de ebullición bajo) entran en la atmósfera fácilmente después de evaporarse y se encuentran la mayoría en el gas producto. El vapor del metal pesado tóxico resulta de la volatilización de los constituyentes metálicos seguido por la condensación del vapor. Ya que cada carga del (MSW por sus siglas en ingles) es diferente de la previa, es casi imposible saber exactamente la concentración de metales pesados en el proceso de gasificación. Un estimado del promedio de concentración de metales pesados en el gas generado de un proceso de gasificación se muestra a continuación. Tabla 2 : Estimado de la concentración de metal pesado en el Gas de síntesis Se han descrito sistemas de acondicionamiento de gas producidos por los sistemas de gasificación. La solicitud de patente de E.ü.A. No. 20040251241 describe el uso de la tecnología de limpieza de gas convencional que puede usarse para remover gases ácidos de una corriente de gas mezclado. La solicitud de patente de E.Ü.A. No. 20040031450 describe un sistema de gasificación que usa una onda de presión acústica para causar la aglomeración de las partículas contenidas dentro de la corriente de combustión para una fácil remoción. En una modalidad, un agente que captura azufre se inyecta en el canal de fluido para no remover solamente el azufre de la corriente del producto de combustión sino también facilita la aglomeración de partículas . La solicitud de patente de E.Ü.A. No. 20040220285 describe un método y · sistema para gasificar la biomasa. El gas de síntesis resultante se pasa a través de un dispositivo de saturación y un dispositivo de absorción, ambos de los cuales se alimentan con aceite. De esta manera el gas de síntesis que se lava con aceite y alquitrán es substancialmente removido del mismo. La solicitud de patente de E.U.A. No. 20040247509 describe un sistema de limpieza de gas para uso a temperaturas elevadas (entre alrededor de 1,200°F hasta alrededor de 300°F (649°C hasta 149°C) ) para remover al menos una porción de contaminantes tales como haluros, azufre, partículas, mercurio y otros de un gas de síntesis. El sistema de limpieza de gas puede incluir uno o más recipientes de filtro acoplados en serie para remover los haluros, partículas, y azufre del gas de síntesis, y se opera por recibir gas en una primera temperatura y presión y cae la temperatura del gas de síntesis cuando el gas fluye a través del sistema. La remoción de partículas por el primer recipiente filtro puede enviarse para una tolva de recolección donde estas pueden separarse en partículas carbonizadas y partículas absorbentes. Las partículas carbonizadas pueden regresarse al gasificador y el absorbente cargado de haluro puede eliminarse de o reciclarse por agregarse al gas que entra en el primer recipiente filtro. El regreso de las partículas carbonizadas al gasificador requerirá una entrada dedicada adicional para la adición de las partículas carbonizadas. El sistema de limpieza de gas puede usarse para las aplicaciones que requieren limpiar el gas de síntesis tal como la generación de energía de las celdas de combustible, generación de energía IGCC y síntesis química. La información de antecedentes se proporciona por el propósito de dar a conocer la información considerada por el solicitante para ser posible de importancia para la presente invención, no es necesariamente intencional La admisión, ni deberá interpretarse que cualquiera de la información precedente constituye el arte previo contra la presente invención .
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Un objeto de la presente invención es para proporcionar un sistema de acondicionamiento de gas. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de acondicionamiento de gas para acondicionar un gas de admisión de una o más ubicaciones dentro de un sistema de gasificación para proporcionar un gas acondicionado, el sistema de acondicionamiento de gas que comprende: (a) un primer acondicionador de gas que comprende una o más unidades de remoción de partículas para remover la materia en partículas del gas de admisión en una primera etapa de acondicionamiento para proporcionar un gas acondicionado y remover la materia en partículas; (b) un acondicionador del residuo sólido para la recepción y procesamiento de la materia en partículas removida para producir un gas secundarios y desechos sólidos; y (c) un segundo acondicionador de gas operativamente asociado con el acondicionador de residuo sólido, el segundo acondicionador de gas que comprende un enfriador de gas y una o más unidades de la remoción de partículas adicionales para remover la materia en partículas del gas secundario para proporcionar un gas secundario parcialmente acondicionado, el segundo acondicionador de gas se configura para pasar el gas secundario a través del enfriador de gas para enfriarse previo a la entrada del gas secundario en una o más de las unidades de removido en partículas adicionales y pasa el gas secundario parcialmente acondicionado al primer acondicionador de gas para el procedimiento adicional. De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona un procesos para proporcionar un gas acondicionado de un gas de admisión de una o más ubicaciones dentro de un sistema de gasificación, el proceso comprende las siguientes etapas: (a) remover la materia en partículas del gas de admisión en un primer acondicionador de gas en una primera etapa acondicionadora para proporcionar un gas acondicionado y remover la materia en partículas; (b) transferir la materia en partículas removida a un acondicionador de residuo sólido y fundir la materia en partículas removida para producir un desecho sólido y un gas secundario; (c) acondicionar el gas secundario en un segundo acondicionador de gas por enfriar y remover la materia en partículas del gas secundario para proporcionar un gas secundario parcialmente acondicionado; y (d) transferir el gas secundario parcialmente acondicionado al primer acondicionador de gas para el acondicionamiento adicional.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Estos y otros aspectos de la invención se volverán más evidentes en la siguiente descripción detallada en la cual se hace referencia a las figuras 1 a 25D anexas. La Figura 1 presenta un diagrama de flujo de proceso de un sistema de acondicionamiento de gas (GCS) de conformidad a una modalidad de la invención. La Figura 2 detalla un diagrama de flujo de proceso de un GCS de conformidad a una modalidad de la invención. La Figura 3 detalla un diagrama de flujo de proceso de un GCS de conformidad a una modalidad de la invención. La Figura 4 detalla un diagrama de flujo de proceso de un GCS de conformidad a una modalidad de la invención. La Figura 5 detalla un diagrama de flujo de proceso de un GCS de conformidad a una modalidad de la invención. La Figura 6 detalla un diagrama de flujo de proceso de un GCS de conformidad a una modalidad de la invención. La Figura 7 detalla un diagrama de flujo de proceso de un GCS de conformidad a una modalidad de la invención. La Figura 8 presenta un diagrama de flujo de proceso de las etapas del procesamiento llevadas a cabo por un GCS de conformidad a una modalidad de la invención. La Figura 9 detalla un diagrama de flujo de proceso de las etapas del procesamiento llevadas a cabo por un GCS de conformidad a una modalidad de la invención. La Figura 10 detalla un diagrama de flujo del procesamiento general de una instalación de gasificación de baja temperatura que incorpora un sistema GCS ejemplar de conformidad a una modalidad de la invención, integrado con una aplicación corriente abajo (motores de gas) . La Figura 11 detalla un diagrama de flujo del proceso general alternativo de una instalación de gasificación de baja temperatura que incorpora un sistema GCS ejemplar de conformidad a una modalidad de la invención, integrado con una aplicación corriente abajo (motores de gas) . La Figura 12 presenta un diagrama esquemático ejemplar de una porción de un GCS de acuerdo con una modalidad de la invención, que muestra un sistema de inyección en seco en combinación con un medio de removido de partículas. La Figura 13 presenta un diagrama esquemático ejemplar de una porción de un GCS de acuerdo con una modalidad de la invención, que muestra un depurador de gas HCl y componentes asociados. La Figura 14 muestra un sistema para recolectar y almacenar desechos de agua del GCS, de conformidad a una modalidad. La Figura 15 detalla un diagrama de flujo de proceso de un proceso de removido de H2S usando un Thiopaq de conformidad a una modalidad de la invención. La Figura 16 detalla un GCS de conformidad a una modalidad integrada con un sistema de regulación de gas de síntesis . La Figura 17 detalla un GCS de conformidad a una modalidad de la invención. La Figura 18 detalla un control de proceso de alto nivel esquemático para una planta de gasificación de desechos sólidos municipales que comprende un GCS de conformidad a una modalidad de la invención. La Figura 19 detalla un diagrama de flujo del procesamiento general de una instalación de gasificación de baja temperatura que incorpora un sistema GCS ejemplar de conformidad a una modalidad de la invención, integrado con una aplicación corriente abajo (motores de gas) . La Figura 20 detalla un diagrama de flujo del proceso general alternativo de una instalación de gasificación de baja temperatura que incorpora un sistema GCS ejemplar de conformidad a una modalidad de la invención, integrado con una aplicación corriente abajo (motores de gas) . La Figura 21 es una representación esquemática de una cámara de acondicionamiento de residuos sólidos que se puede incorporar al interior del GCS en una modalidad de la presente invención. La Figura 22 es una representación esquemática de una cámara de acondicionamiento del residuo incorporada al interior de un GCS en una modalidad de la invención, en la cual la cámara es una comunicación indirecta con un filtro de emisiones en partículas del GCS y un gasificador. La Figura 23 detalla una vista en sección transversal parcial de una salida de escoria tipo pico en "S" de un acondicionador de residuo sólido adecuado para la incorporación al interior de un GCS en una modalidad de la invención . La Figura 24 detalla una vista en sección transversal parcial de un crisol de escoria inclinable en una cámara de acondicionamiento del residuo para la incorporación al interior de un GCS en una modalidad de la invención. Las Figuras 25A hasta 25D detallan una vista en sección transversal parcial de diversas salidas de escoria que pueden usarse en una cámara de acondicionamiento de residuos por la incorporación en un GCS en diversas modalidades de la invención . DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La presente invención proporciona un sistema de acondicionamiento de gas de dos etapas (GCS) para condicionar el gas generado en una o más ubicaciones dentro de una instalación de gasificación. La etapa inicial (etapa uno) de los procesos de acondicionamiento comprende una separación de fase en seco de materia en partículas del gas producido por un convertidor y la segunda etapa (etapa dos) de los procesos de acondicionamiento que comprende uno o más etapas de procesos adicionales para proporcionar un gas acondicionado que reúne las características de gas específicas y/o requeridas. En las instalaciones donde el gas se genera en más de una ubicación, el proceso de acondicionamiento de gas puede comprender corrientes del proceso combinatorias y/o separadas. El GCS además comprende un sistema de control para controlar y optimizar los procesos de acondicionamiento. En una modalidad de la presente invención, el GCS comprende dos subsistemas integrados: un acondicionador de gas convertidor (GC) y un acondicionador de gas de residuo sólido (GC) . El convertidor de gas del proceso GC emana desde uno o más puntos en las principales cámaras de gasificación (o convertidor) . El gas del proceso GC de residuo sólido que emana a partir de la fusión del residuo sólido recolectado del convertidor y opcionalmente del convertidor GC. En una modalidad específica, la etapa uno de acondicionamiento por el GCS además comprende pasar la materia en partículas separada durante esta etapa en un acondicionador de residuo sólido que funde la materia en partículas. De acuerdo con esta modalidad, el gas producido de la etapa de fusión del residuo sólido luego se pasa a través de un GC de residuo sólido. El acondicionador del residuo sólido puede ser un acondicionador del residuo sólido dedicado que recibe la materia en partículas solamente desde el convertidor GC, o puede ser un acondicionador de residuo sólido compartido que recibe la materia en partículas del convertidor GC y del convertidor. En una modalidad de la presente invención, la materia en partículas removida y al menos una porción de lo contaminante de metal pesado en los procesos de acondicionamiento de la etapa uno y el procesamiento adicional de la materia en partículas producida de los procesos de una etapa que disminuyen la cantidad de desechos peligrosos que se generan durante los procesos de acondicionamiento tal que es una fracción pequeña por el porcentaje o peso de la carga de alimentación alimentada en el convertidor.
Definiciones A menos que se defina de otra manera, todos los términos técnicos y científicos usados en la presente tienen el mismo significado como se entiende comúnmente por alguien de experiencia ordinaria en la técnica a la cual pertenece esta invención . Como se usa en la presente, el término "gas parcialmente acondicionado" se refiere al gas que se procesa a través de la etapa uno del sistema de acondicionamiento de gas (GCS) de la invención. Como se usa en la presente, el término "contaminante" se refiere a un material, tal como un compuesto, un elemento, una molécula, o una combinación de moléculas hasta e incluyendo materia en partículas, que se presentan en un gas de admisión y no son deseado en el gas acondicionado final. Los contaminantes pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos. Por ejemplo, cuando el gas de admisión es un gas de síntesis producido de la conversión de corrientes de alimentación con carbón al interior de un producto de gas en un sistema de gasificación o convertidor, el gas de admisión puede contener contaminantes tales como azufre, especies de haluros, escoria y partículas de residuo carbonoso, especies de nitrógeno (tales como cianuro de hidrógeno y amoniaco) , y metales pesados (tales como mercurio, arsénico, y selenio) .
Como se usa en la presente, el término "alrededor de" se refiere a aproximadamente +/-10% de variación del valor establecido . El término "corriente de gas secundario, " como se usa en la presente, se refiere a un gas que se genera en un acondicionador de residuo sólido del material (incluyendo, por ejemplo, materia en partículas y metales pesados desviados de un acondicionador de gas del convertidor) que se procesa en el acondicionador de residuo sólido. Los términos "fase sólida" y "fase en seco, " como se usan en la presente con respecto a la separación de los contaminantes de un gas de admisión se refiere a una separación que se lleva a cabo sin la adición de agua o cualquier solución acuosa y los contaminantes se separan del gas de admisión en una forma sólida o esencialmente seca. El término "fase húmeda" como se usa en la presente con respecto a la separación de los contaminantes o metales pesados/materia en partículas de un gas de admisión se refiere a una separación que se llevo a cabo con la adición de agua o una solución acuosa. Esta separación resulta en la separación de los contaminantes incluyendo metales pesados/materia en partículas al interior del agua o solución acuosa.
Sistema De Acondicionamiento De Gas (GCS) La presente invención proporciona un sistema de acondicionamiento de gas (GCS) para acondicionar el gas en un proceso de acondicionamiento de dos etapas y proporciona un gas acondicionado final que tiene una composición apropiada para la aplicación corriente abajo deseada. La etapa uno comprende una o más etapas de separación de fase sólida/secado inicial seguido por la etapa dos, que comprende una o más etapa de procesamiento adicionales. En general, en las etapas de separación de fase sólida/seca, una proporción substancial de la materia en partículas y una proporción larga de los contaminantes de metal pesado se remueven. En la etapa dos, las cantidades adicionales de la materia en partículas y contaminantes de metales pesados así como opcionalmente otros contaminantes presentes en el gas se remueven. Así, el GCS comprende diversos componentes que llevan a cabo las etapas de procesamiento, separan la materia en partículas, gases ácidos, y/o metales pesados del gas de admisión y que, opcionalmente, ajustan la humedad y temperatura del gas que pasa a través del GCS. El GCS además comprende un sistema de control para controlar y optimizar los procesos de acondicionamiento generales. El GCS recibe un gas de admisión, directamente o indirectamente, de una o más ubicaciones dentro del sistema de gasificación y se trata esta a través de los procesos de la etapa uno y etapa dos para producir un gas acondicionado que tiene una composición deseada. El GCS puede configurarse para producir un gas acondicionado que es adecuado para el uso en las aplicaciones corriente abajo incluyendo, por ejemplo, como una fuente de combustible para los motores de combustión interna, turbinas de gas inyectadas de vapor de agua, motores de turbina de combustión, y tecnologías de celdas de combustible; para la síntesis de químicos tales como etanol, metanol, e hidrocarburos, y de gases tales como hidrógeno, monóxido de carbono, metano. En una modalidad, los compuestos del GCS y el orden de cada una de las etapas de procesamiento se selecciona para minimizar la generación de desechos peligrosos que pueden tratarse y/o eliminarse de. La presencia y secuencia de las etapas de procesamiento puede seleccionarse, por ejemplo, basado en la composición del gas de admisión y la composición del gas acondicionado requerido para seleccionar la aplicación corriente abajo. El GCS se puede incorporar al interior de cualquier instalación de gasificación en donde el gas que requiere acondicionamiento se genera en uno o más puntos en el sistema de gasificación. Como se señala anteriormente, en una modalidad, el GCS comprende dos subsistemas integrados: un Convertidor GC y un residuo sólido GC. El gas del procesamiento GC del residuo sólido que emana del residuo sólido usando las mismas etapas de procesamiento o similares como el Convertidor GC, es decir., la etapa "uno realiza el procesamiento de la remoción de al menos una porción de metales pesados y la mayoría de la materia en partículas del gas, seguido por el procesamiento de la Etapa dos para proporcionar un gas acondicionado que reúne las especificaciones de la calidad del gas corriente abajo. De acuerdo con esta modalidad, el Convertidor GC y el Residuo sólido GC pueden operarse en paralelo en donde ambos subsistemas son capaces de conducir tanto los procesamientos de la Etapa uno y Etapa dos, o los dos subsistemas pueden operarse en una manera convergente, en donde estos comparten algunos o todos los componentes para el procesamiento de la Etapa dos. Una modalidad de la invención en la cual los dos subsistemas operan en una manera convergente se detallan en la Figura 2 y se describen en detalla en el ejemplo 1. En algunas modalidades, la materia en partículas separada en la Etapa uno puede además procesarse para reducir la cantidad de material peligroso que puede manejarse. La Figura 1 detalla una modalidad específica de la presente invención en la cual la Etapa uno además comprende transferir la materia sólida de la etapa de removido de metales pesados y partículas del procesamiento de la etapa uno del convertidor GCS 135 a una cámara de acondicionamiento de residuo sólido 165 donde puede fundirse y capturarse dentro de la escoria inerte 166. El Gas de la etapa de fusión luego se pasa a través de un residuo sólido GCS 19, el cual comprende un enfriador de gas 170 y metales pesados y removido de la materia en partículas 185. El carbón activado y/o absorbentes puede opcionalmente agregarse al 172 previo al removido de la materia en partículas. El gas parcialmente acondicionado luego se regresa al Convertidor GCS 28 ya sea en el 129 previo a al procesamiento de la Etapa uno 135, o en el 131 después del procesamiento de la Etapa uno 135, por el procesamiento de la Etapa dos 141. Alternativamente, en una modalidad, el Residuo sólido GC19 puede comprender los componentes para el procesamiento de la etapa dos en paralelo. En una modalidad de la presente invención, la cantidad de desechos peligrosos producidos por el GCS es menos de alrededor de 5% del peso de la carga de alimentación carbonosa usada. En una modalidad, la cantidad de desechos peligrosos producida es de menos de alrededor de 2% del peso de carga de alimentación carbonosa usada. En una modalidad, la cantidad de desechos peligrosos producida es de menos de 1% del peso de carga de alimentación carbonosa usada. En una modalidad, la cantidad de desechos peligrosos producida esta entre alrededor de 1 kg y alrededor de 5 kg por 1 tonelada de carga de alimentación carbonosa usada. En una modalidad, la cantidad de desechos peligrosos producida esta entre alrededor de 1 kg y alrededor de 3 kg por 1 tonelada de carga de alimentación carbonosa usada. En una modalidad, la cantidad de desechos peligrosos producida esta entre alrededor de 1 kg y alrededor de 2 kg por 1 tonelada de carga de alimentación carbonosa usada. Diversas modalidades no limitantes del GCS de la presente invención se muestran en las Figuras 1 hasta 9 y se describe a continuación en los Ejemplos 1-11, 13 y 14. El GCS puede configurarse para uso con ya sea un sistema de gasificación de alta temperatura o un sistema de gasificación de baja temperatura. Una modalidad de un GCS configurado para uso con un sistema de gasificación de alta temperatura se ilustra en la Figura 3 y se describe en el ejemplo 3, a continuación. El GCS es capaz de operar a temperaturas elevadas, por ejemplo, en las cuales los contaminantes se remueven a temperaturas arriba de 700°C, pueden ser útiles donde las aplicaciones de capacidad grandes se requieren. El GCS puede configurarse tal que una o más etapas de procesamiento se realizan usando gas de admisión a alta temperatura, con las etapas subsecuentes se realizan a temperaturas inferiores. Una modalidad de un GCS configurado para conducir al menos una etapa del procesamiento a alta temperatura se muestra en la Figura 6 y se describe en el ejemplo 6, a continuación. En una modalidad de la presente invención, el GCS se configura para uso con un sistema de gasificación de baja temperatura. En una modalidad de la presente invención, la primera etapa de procesamiento empleado por el GCS en la Etapa uno toma lugar debajo de alrededor de 750°C. En una modalidad, la primera etapa del procesamiento en la Etapa uno toma lugar debajo de alrededor de 700°C. En una modalidad, la primera etapa del procesamiento en la Etapa uno toma lugar debajo de alrededor de 600°C. En una modalidad, la primera etapa del procesamiento en la Etapa uno toma lugar debajo de alrededor de 500°C. En una modalidad, la primera etapa del procesamiento en la Etapa uno toma lugar debajo de alrededor de 400°C. En una modalidad, la primera etapa del procesamiento en la Etapa uno toma lugar debajo de alrededor de 300°C. En una modalidad, la primera etapa del procesamiento en la Etapa uno toma lugar debajo de alrededor de 275°C. En una modalidad, la primera etapa del procesamiento en la Etapa uno toma lugar debajo de alrededor de 260°C. En una modalidad, la mayoría, es decir más de la mitad de los procesamientos de la Etapa uno y Etapa dos empleados por el GCS toman lugar a temperatura baja, por ejemplo, a o debajo de alrededor de 750°C. En una modalidad, la mayoría de los procesamientos de la Etapa uno y Etapa dos toma lugar debajo de alrededor de 700°C. En una modalidad, la mayoría de los Procesamientos de la etapa uno y etapa dos toman lugar debajo de alrededor de 400°C. En una modalidad, ' la mayoría de los Procesamientos de la etapa uno y etapa dos toman lugar debajo de alrededor de 300°C. En una modalidad, la mayoría de los Procesamientos de la etapa uno y etapa dos toman lugar debajo de alrededor de 275°C. En una modalidad, la mayoría de los Procesamientos de la etapa uno y etapa dos toman lugar debajo de alrededor de 260°C. En una modalidad, la mayoría de los Procesamientos de la etapa uno y etapa dos toman lugar debajo de alrededor de 240°C. En una modalidad, la mayoría de los Procesamientos de la etapa uno y etapa dos toman lugar debajo de alrededor de 200°C. En una modalidad, la mayoría de los Procesamientos de la etapa uno y etapa dos toman lugar debajo de alrededor de 100°C. En una modalidad, el GCS se opera en una presión cerca de la atmosférica.
Gas de admisión En general, el GCS se configura para el acondicionamiento de un gas de admisión que es un gas producido de la conversión de corrientes de alimentación con carbón, incluyendo, pero no limitado a, desechos de sólidos municipales, carbón mineral, biomasa, y similares, al interior de un producto de gas en un sistema de gasificación (o "convertidor") . Típicamente, los componentes principales del gas que permiten un sistema de gasificación son monóxido de carbono, nitrógeno, bióxido de carbono, hidrógeno, y agua. Las cantidades mucho más pequeñas de metano, etileno, cloruro de hidrógeno y sulfuro de hidrógeno pueden también presentarse . Las proporciones exactas de los diferentes constituyentes químicos dependen del tipo de carga de alimentación usada. Por ejemplo, el gas producido del carbón mineral (el cual se considera generalmente que es relativamente la composición de carga de alimentación carbonosa comparada a los desechos de sólidos municipales), bajo un conjunto específico de condiciones de manejo, pueden proporcionar 26% de monóxido de carbono, 11.5% de bióxido de carbono, 28% de hidrógeno y alrededor de 31% de vapor de agua. La gasificación del carbón mineral sub-bituminoso (23.1 MJ/kg - 25.1% de contenido de humedad), bajo otro conjunto de las condiciones de manejo, proporcionando 18.2%, 6.9%, 17.8% y 15.1% de monóxido de carbono, bióxido de carbono, hidrógeno y agua, respectivamente. Como se conoce en la técnica, existen diversos tipos diferentes de carbón mineral, el rango desde turba hasta lignito (humedad alrededor de 70%, contenido de energía alrededor de 8-10 MJ/kg) , hasta carbón mineral negro (humedad alrededor de 3% y contenido de energía de alrededor de 24 - 28MJ/kg) hasta antracita (virtualmente sin humedad y contenido de energía de hasta alrededor de 32 MJ/kg) , que puede cada uno exhibir ' la variabilidad substancial en el gas producto.
En casos donde un gas se genera por la gasificación de una carga de alimentación con carbón, existen ciertas cantidades de los contaminantes los cuales no son adecuados para el uso normal y seguro del gas en las aplicaciones corriente abajo. De esta manera, en una modalidad, el GCS de la presente invención se usa para convertir el gas generado dentro de un convertidor de gasificación al interior de un gas substancialmente disminuido en las cantidades de la materia en partículas, contaminantes químicos no buscados tales como ácidos, químicos tóxicos (mercurio, cadmio, y similares) y otras substancias. La remoción efectiva de estas impurezas deberá rendir el gas adecuado para uso en las aplicaciones corriente abajo. En algunas aplicaciones es deseable que el gas de salida sea limpio y seco.
Etapa Uno : Remoción de Fase Seca de la Materia en Partículas y Metales Pesados La Etapa uno del GCS comprende los componentes para implementar una o más etapas del procesamiento de fase sólida y seca que remueven al menos una porción de los metales pesados y una mayoría de la materia en partículas del gas de admisión. Las etapas de procesamiento de fase sólida adecuadas son conocidas en la técnica y no son ejemplos limitantes de los medios adecuados para implementar tales etapas se describen a continuación. En una modalidad, la porción de los metales pesados y la mayoría de la materia en partículas del gas de admisión se remueven del gas de admisión en una forma sólida o seca. Por ejemplo, la remoción de los metales pesados puede llevarse a cabo usando uno o más componentes de separación de fase sólida conocidos en la técnica. Los ejemplos no limitantes de tales componentes de separación de fase sólida incluyen sistemas de inyección secos, unidades de removido de partículas, componentes de filtración de carbón activado y componentes que permiten el contacto con los absorbentes especializados, tales como zeolitas y nanoestructuras . Los ejemplos representativos seleccionados se describen en detalle adicional a continuación. Como se describe en la técnica, estos componentes de separación de partículas pueden usarse para remover o separar materia en partículas/metales pesados en la fase sólida/seca, por ejemplo, en los procesos de inyección secos, filtración de carbón activado, depurador de gas en seco, diversas etapas de procesamiento de remoción de partículas y otras etapas de procesamiento de fase sólida o seca conocidas en la técnica.
En una modalidad de la presente invención, la etapa uno del GCS comprende al menos una unidad de remoción de partículas. En otra modalidad, la etapa uno del GCS comprende una o más unidades de remoción de partículas y al menos otro componente para implementar las etapas de procesamiento de fase sólida o seca. En una modalidad, la Etapa uno del GCS comprende un sistema de inyección seco y una o más unidades de remoción de partículas. La Figura 12 detalla la Etapa uno de un GCS de conformidad a una modalidad de la invención, en la cual la etapa uno comprende un sistema de inyección seco 271 y un filtro de emisiones en partículas 230 para la remoción de partículas. La remoción del residuo sólido en el filtro de emisiones en partículas se transfiere a un acondicionador de residuo sólido. En modalidades donde el gas de admisión es un gas de síntesis que sale de un convertidor de gasificación de plasma, el gas de síntesis puede tener una cantidad importante de materia en las partículas basada en la velocidad superficial en el interior del convertidor. Así, el GCS de conformidad a una modalidad de la presente invención comprende las unidades de remoción de partículas para remover la materia en partículas que puede llegar a arrastrarse en el gas de síntesis que sale del sistema de gasificación. En una modalidad en la cual el carbón mineral se usa como una carga de alimentación en un convertidor de gasificación de plasma, el GCS comprende al menos una unidad de remoción de partículas. La selección de las etapas de procesamiento de la etapa uno apropiada puede determinarse fácilmente por alguien de habilidad en la técnica basada en, por ejemplo, la composición del gas de admisión, la temperatura del gas de admisión, la composición deseada del gas acondicionado final, el uso final de la composición de gas, asi como las consideraciones de costo y disponibilidad del equipo. La Etapa uno del GCS puede opcionalmente comprender uno o más enfriadores de gas si se requiere, por ejemplo, cuando el gas de admisión es de alta temperatura y el proceso de la etapa uno seleccionada opera óptimamente a una temperatura inferior . Como se señala anteriormente, la etapa uno del GCS proporciona la remoción de la mayoría de la materia en partículas y al menos una porción de los contaminantes de metales pesados presentes en el gas de admisión. En una modalidad, al menos alrededor de 70% de la materia en partículas presente en el gas de admisión se remueve en la Etapa uno. En una modalidad, al menos alrededor de 80% de la materia en partículas presente en el gas de admisión se remueve en la Etapa uno. En una modalidad, al menos alrededor de 90% de la materia en partículas presente en el gas de admisión se remueve en la Etapa uno. En una modalidad, al menos alrededor de 95% de la materia en partículas presente en el gas de admisión se remueve en la Etapa uno. En una modalidad, al menos alrededor de 98% de la materia en partículas presente en el gas de admisión se remueve en la Etapa uno. En una modalidad, al menos alrededor de 99% de la materia en partículas presente en el gas de admisión se remueve en la Etapa uno. En una modalidad, 99.5% de la materia en partículas presente en el gas de admisión se remueve en la Etapa uno. En una modalidad, al menos alrededor de 50% de los contaminantes de metales pesados presentes en el gas de admisión se remueven en la Etapa uno. En una modalidad, al menos alrededor de 60% de los contaminantes de metales pesados presentes en el gas de admisión se remueven en la etapa uno. En una modalidad, al menos alrededor de 70% de los contaminantes de metales pesados presentes en el gas de admisión se remueven en la etapa uno. En una modalidad, al menos alrededor de 80% de los contaminantes de metales pesados presentes en el gas de admisión se remueven en la etapa uno. En una modalidad, alrededor de 90% de los contaminantes de metales pesados presentes en el gas de admisión se remueven en la etapa uno.
Inyección en seco Los procesos de inyección en seco se conocen en la técnica y generalmente utilizan una cantidad calculada de un absorbente adecuado el cual se inyecta en la corriente de gas con el suficiente tiempo de residencia de manera que las partículas de metales pesadas finas y vapor pueden absorber en la superficie del ' absorbente. Los metales pesados adsorbidos en el agente de adsorción pueden capturarse por una remoción de partículas tales como aquellas descritas a continuación, las cuales remueven los metales pesados/materia en partículas en la fase en seco/sólida y previenen que se mueva a través del GCS junto con el gas de admisión. En una modalidad de la invención, las partículas de metales pesados adsorbidas en un agente de absorción adecuado se capturan usando un filtro de emisiones en partículas . Los ejemplos de agentes de adsorción adecuados incluyen, pero no se limitan a, carbón activado; carbón activado promovido impregnado con yodo, azufre, u otras especies; feldespato; cal; agentes de adsorción basados en zinc-agentes de adsorción basados en sodio; agentes de adsorción basados en óxido de metal; y otros agentes de adsorción físicos y químicos conocidos en la técnica que son capaces de remover efectivamente los metales pesados tales como mercurio, arsénico, selenio y similares. Los agentes de adsorción pueden ser una malla de tamaño que varia entre un tamaño máximo de alrededor de 60 del tamaño de la malla y el tamaño mínimo de alrededor de 325 del tamaño de la malla. La inyección es generalmente a través de un medio de entrada adsorbente, tales como un puerto, boquilla o tubo y puede llevarse a cabo por gravedad, tolva de cerradura o conductor de tornillo. La presente invención también contempla que el adsorbente puede proporcionarse dentro de las tuberías que componen el GCS, por ejemplo, en una tubería principal para una medio de remoción de partículas, para mezclarse con el gas de admisión como se pasa a través de la tubería. Otros métodos conocidos en la técnica también se incluyen. Los agentes de adsorción pueden almacenarse en uno o más contenedores de alojamiento de los cuales los agentes de adsorción se liberan en los medios de entrada. Los contenedores de alojamiento del absorbente pueden ser parte del GCS o puede ser externos del GCS. El GCS puede comprender medios de entrada de agentes de adsorción múltiples o un medio de entrada de absorbente sencillo. En aquellas modalidades que comprenden medios de entrada de agentes de adsorción múltiples, cada medio de entrada puede agregarse o un sub-conjunto de los medios de entrada puede cada uno agregarse, la misma cantidad del adsorbente. Alternativamente, cada medio de entrada puede agregarse, o un sub-conjunto de los medios de entrada puede cada uno agregarse, una cantidad diferente del adsorbente. Similarmente , cada medio de entrada puede agregarse, o un sub-conjunto de los medios de entrada puede cada uno agregarse, el mismo adsorbente. Alternativamente, cada medio de entrada puede agregarse, o un sub-conjunto del medio de entrada puede cada uno agregarse, un adsorbente diferente. Por ejemplo, cada medio de entrada puede agregarse en una relación diferente del adsorbente, con la meta de remover los contaminantes del gas de admisión un método económico y técnico, tal como usando tanto el feldespato y carbón activado como agentes de adsorción. En este caso, la remoción de los alquitranes con feldespato, puede hacer al carbón activado más efectivo en remover el mercurio. La determinación de la cantidad y tipo de agentes de adsorción para uso puede determinarse fácilmente por alguien de habilidad en la técnica basándose en los contaminantes presentes en el gas de admisión y la constitución deseada del gas de salida. Como se señala anteriormente, diversas combinaciones de agentes de adsorción pueden inyectarse al interior del gas de admisión por inyección en seco y las combinaciones adecuadas pueden fácilmente determinarse por alguien de habilidad en la técnica basándose en, por ejemplo, la composición del gas de admisión. Por ejemplo, el carbón activado es útil cuando el mercurio presente en el gas de admisión esta en la forma no elemental; el feldespato puede ser útil para los gases de admisión que contienen alquitranes; combinaciones de feldespato y carbón activado. En una modalidad, el feldespato se inyecta al interior del gas de admisión. En una modalidad, el carbón activado se inyecta al interior del gas de admisión. En una modalidad, el feldespato se usa como una pre-cubierta para los medios de remoción de partículas. En una modalidad, el carbón activado se inyecta al interior del gas de admisión, y los medios de remoción de partículas se precubren con feldespato. En una modalidad, el feldespato se inyecta continuamente al interior del sistema. Filtración de carbón activado La filtración de carbón activado emplea un lecho de filtro de carbón activado o un lecho fluidizado que puede usarse para remover la materia en partículas o metales pesados del gas de admisión. El gas de admisión puede pasarse a través de un lecho carbón activado que adsorbe los metales pesados (principalmente mercurio) de la corriente de gas . Como se describe en la técnica, la eficacia y/o efectividad de cambios de filtro de lecho de carbón depende de las características del gas de admisión, tales como, por ejemplo, la temperatura y/o humedad del gas de admisión. Típicamente, los filtros de lecho de carbón son más eficientes a temperaturas inferiores, por ejemplo, menos de alrededor de 70°C, y/o si la humedad relativa del gas de admisión es de menos de alrededor de 60%. Así, en una modalidad de la presente invención, en la cual un filtro de lecho de carbón se emplea, el gas de admisión se somete a un enfriamiento y/o etapa ' de procesamiento de control de humedad previa a pasar a través del lecho del filtro. Como se describe en la técnica, el uso de los lechos de carbón activado para remover las grandes cantidades de materia en partículas puede ser menos eficiente que otros procesos ya que la materia en partículas puede acumularse en las áreas de bajo flujo y los cambios en la caída de presión pueden presentarse cuando la materia en partículas llena el lecho de carbón. Como tal, en una modalidad de la presente invención, un lecho de carbón activado se usa en el procesamiento de la etapa uno en conjunto con otra etapa de procesamiento que puede facilitar la remoción de los metales pesados y/o partículas del gas de admisión previo a que entren en el lecho de carbón activado. En otra modalidad de la presente invención, un lecho de carbón activado se usa en el procesamiento de la etapa dos, como se describe a continuación .
Depurador de gas en seco El depurador de gas en seco es otra etapa del procesamiento que se lleva a cabo en la fase en seco, y es una etapa del procesamiento que remueve el azufre, y opcionalmente materia en partículas y pequeñas cantidades de mercurio, del gas de admisión. En un proceso de depurado de gas en seco, las partículas de un adsorbente alcalino se inyectan en un gas, produciendo un sub-producto sólido en seco. El absorbente empleado en el proceso del depurador de gas en seco puede ser caracterizado como ya sea "de un solo paso " o regenerable. Los sistemas del depurador de gas en seco puede agruparse en tres categorías: secadores de rocío, secadores de rocío circulantes y sistema de inyección en seco . En un secador en rocío, una mezcla espesa del sorbente alcalino, tal como cal o un sorbente basado en sodio, se atomiza al interior del gas de admisión para absorber los contaminantes. El material de secado resultante, incluye polvo de cenizas, se recolecta por un medio de remoción de partícula de corriente abajo, tal como un precipitador electrostático o filtro de tela. Los secadores de rocío comúnmente se diseñan por remover las eficiencias del S02 de alrededor de 70 hasta alrededor de 95%. Un depurador de gas en seco circulante usa un reactor de lecho fluidizado arrastrado al poner en contacto un sorbente, tal como cal hidratada, con gas de admisión. El mezclado intensivo del sólido-gas que se presenta en el reactor promueve la reacción de óxido de azufre en el gas con las partículas de cal en seco. La mezcla de los productos de reacción ( sulfito/sulfato de calcio), cal sin reaccionar, y polvo de cenizas se lleva a cabo en un medio de remoción de partículas corriente abajo. El rociador de agua puede introducirse en el lecho fluidizado separadamente para aumentar del rendimiento, por ejemplo, para maximizar la captura de S02 con la utilización del mínimo de cal por optimizar la humedad de la superficie contenida de la cal. El depurador en seco circulante puede proporcionar la eficiencia de la remoción de más de alrededor de 90%. El depurador de gas en seco puede también emplearse en los procesos de inyección en seco, tales como aquellos descritos arriba, los cuales involucran la inyección de un absorbente en seco, tales como ceniza de sosa, cal o caliza, al interior del gas de admisión y la recolección subsecuente del absorbente cargado de contaminantes en un medio de remoción de partículas corriente abajo. El sistema de inyección en seco típicamente tiene eficiencia en la remoción en el rango desde 50-70%.
Unidades de remoción de partículas y Procesos En una modalidad, el GCS de la presente invención incluye una o más unidades de remoción de partículas las cuales actúan para remover la materia en partículas del gas de admisión. El medio de remoción de partículas puede también remover los metales pesados, tales como mercurio elemental, del gas de admisión. En modalidades donde la inyección en seco se emplea en el GCS, una o más unidades de remoción de partículas también sirve para remover los agentes de adsorción cargados de contaminantes del gas de admisión. Los ejemplos de las unidades de remoción de partículas adecuadas incluyen, pero no se limitan a, separadores o filtros ciclónicos, filtros de cerámica de alta temperatura, filtros granulares de lecho móviles, filtros de emisiones, y precipitadores electrostáticos (ESP) . En una modalidad de la presente invención, el GCS comprende una o más unidades de remoción de partículas seleccionadas de un filtro ciclónico, un filtro cerámico de alta temperatura y un filtro de emisiones en partículas. En una modalidad, el GCS comprende una unidad de remoción de partículas que puede remover la materia en partículas con 99.9% de eficiencia del gas de admisión con tanto como 10 g/Nm3 carga de partículas. Como se describe en la técnica, la elección de la unidad de remoción de partículas dependerá de, por ejemplo, la temperatura del gas de admisión, el tamaño de la materia en partículas a ser removida y cuando sea aplicable, el tipo de absorbente inyectado al interior de la corriente de gas. Las unidades de remoción de partículas adecuadas pueden fácilmente seleccionarse por alguien de habilidad en la técnica . Como se señala anteriormente, las unidades de remoción de partículas pueden seleccionarse basadas en el tamaño de las partículas a removerse. Por ejemplo, en una modalidad, el GCS comprende un separador o filtro ciclónico para remover las partículas gruesas (es decir aquellas mayores de alrededor de 10 micrones en tamaño) . En otra modalidad, en la cual la temperatura del gas de admisión es relativamente alta, por ejemplo, arriba de alrededor de 700°C, el GCS comprende un filtro ciclónico. A manera de ejemplo, la eficiencia de separación para el ciclónico de alta temperatura en diversos tamaños de partículas es: 17.0% @ 2.5 µp?, 39.3% @ 3.0 µp?, 62.0% @ 3.5 µp?, 79.0% @ 4.0 µ??, 93.7% @ 6.0 µp? y 98.5% @ 11.0 µp?. En otra modalidad de la presente invención, el GCS comprende un ESP o un filtro de emisiones en partículas para la remoción de partículas pequeñas o finas, por ejemplo, aquellas de menos de alrededor de 1 µp\. Como se describe en la técnica, el ESP se maneja por un campo electrostático y por lo tanto, cuando se usa con la corriente de gas del alto contenido de oxígeno deberá incluir los mecanismos de control para el viaje de ida y vuelta actual si el contenido de oxígeno alcanza un nivel específico. Los recolectores de tela tales como los filtros de emisiones en partículas pueden recolectar partículas de un tamaño de hasta alrededor de 0.01 micrones, dependiendo del tipo de filtro empleado. Los filtros de emisiones en partículas son típicamente filtros de telas, filtros de celulosa o filtros basados en polímeros orgánicos. Otros ejemplos de los filtros que pueden usarse en un contexto del filtro de emisiones en partículas incluyen, pero no se limitan a, bolsas de fibra de vidrio forradas y no forradas, bolsas forradas de teflón y bolsas de basalto P84. Los filtros adecuados pueden fácilmente seleccionarse por aquellos de habilidad en la técnica basados en consideraciones tales como, una o más de la temperatura del gas de admisión, los niveles de humedad en el filtro de emisiones en partículas y en el gas de admisión, la naturaleza electrostática de las partículas en el gas de admisión, resistencia química al ácido y/o alcalina del filtro, la habilidad del filtro para liberar la torta filtro, permeabilidad del filtro y tamaño de las partículas.
En una modalidad de la presente invención, el GCS comprende un filtro de emisiones en partículas y se configura tal que la temperatura del gas entra en el filtro de emisiones en partículas esta entre alrededor de 180°C y alrededor de 280°C. Como se describe en la técnica, el funcionamiento de un filtro de emisiones en partículas en una temperatura alta puede disminuir el riesgo de alquitranes en el gas de admisión tapando los filtros y reduciendo la eficacia. Las altas temperaturas pueden reducir la eficiencia de la remoción de partículas por el filtro de emisiones en partículas, por ejemplo, incrementando la temperatura de funcionamiento de 200°C hasta 260°C disminuyendo la eficiencia de la remoción de partículas de 99.9% hasta 99.5%. Así, cuando las altas temperaturas de funcionamiento se selecciona de un filtro de emisiones en partículas conformadas por el GCS, el GCS puede comprender los componentes corriente abajo adicionales, ya sea en la Etapa uno o Etapa dos, para capturar las partículas restantes. Por ejemplo, los depuradores húmedos y los lechos de carbón activado pueden incluirse por la remoción de partículas en adición a otros contaminantes. En una modalidad de la presente invención en cual el GCS comprende un filtro de emisiones en partículas, el GCS se configura tal que la temperatura del gas entra en el filtro de emisiones en partículas esta entre alrededor de 250°C y alrededor de 260°C. En otra modalidad en la cual el GCS comprende un filtro de emisiones en partículas, el GCS se configura tal que la temperatura del gas entra en el filtro de emisiones en partículas entre alrededor de 190°C y alrededor de 210°C. En una modalidad de la presente invención, la etapa uno del GCS comprende una unidad de remoción de partículas para remover la materia en las partículas. En una modalidad de la presente invención, la etapa uno del GCS comprende dos unidades de remoción de partículas para la remoción de la materia en partículas. En una modalidad de la presente invención, la etapa uno del GCS comprende una primera unidad de remoción de partículas para la remoción de las partículas recubiertas, y una segunda unidad de la remoción de partículas para la remoción de partículas pequeñas o finas. En una modalidad de la presente invención, las etapa uno del GCS comprende un filtro ciclónico como una primera unidad de remoción de partículas, la cual puede remover partículas más grandes que alrededor de 5 hasta alrededor de 10 micrones en tamaño. En una modalidad de la presente invención, la Etapa uno del GCS comprende un filtro de emisiones en partículas como una primera unidad de la remoción de partículas. En una modalidad de la presente invención, la Etapa uno del GCS comprende un filtro de emisiones en partículas como una segunda unidad de la remoción de partículas.
Enfriador de gas opcional Como se señala anteriormente, el desempeño de una unidad de remoción de partículas dada puede influir en la temperatura del gas de admisión. Como tal, dependiendo de la unidad de remoción de partícula específica empleada, un sistema de enfriamiento de gas puede usarse para enfriar el gas de admisión antes de entrar en la unidad de remoción de partículas. Por ejemplo, como se describe en la técnica, el enfriador del gas de admisión puede ser de particular importancia cuando un filtro de emisiones en partículas tipo filtro se usa para la remoción de partículas, ya que el filtro de emisiones en partículas tipo filtro frecuentemente no puede soportar temperaturas extremadamente altas. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, el GCS se configura para procesar el gas de admisión para el cual temperatura se reduce para pasar el gas de admisión a través de un enfriador de gas previo a la entrada al interior del GCS. En otra modalidad de la presente invención, el GCS comprende uno o más enfriadores de gas para reducir la temperatura del gas de admisión previo a la entrada al interior del procesamiento de la etapa uno. En otra modalidad, la etapa uno del GCS se configura para procesar la temperatura del gas de admisión la cual se reduce inicialmente por un enfriador de gas externo al GCS y luego además por un enfriador de gas que se comprende por el GCS. El enfriador de gas adecuado para la incorporación al interior del GCS se conoce en la técnica e incluye, pero no se limitan a, intercambiadores de calor, apagadores y similares. Otras opciones para el enfriador de gas se describen a continuación en la sección "Opciones adicionales . " Acondicionador de residuo sólido El GCS puede opcionalmente comprender un acondicionador de residuo sólido para recibir y fusionar el residuo sólido producido durante el procesamiento de la etapa uno. El acondicionador del residuo puede ser un acondicionador del residuo dedicado que recibe el residuo sólido del procesamiento de la etapa uno del GCS solamente, o puede compartirse, por ejemplo, con otros componentes de un sistema de gasificación. En una modalidad, el acondicionador de residuo sólido se comparte con un gasificador y, asi, recibe el residuo sólido tanto del procesamiento de la etapa uno del GCS y de la reacción de gasificación que toma lugar en el gasificador. El proceso de acondicionamiento del residuo sólido se logra al elevar la temperatura del residuo en el acondicionador para el nivel requerido para fundir el residuo para formar un material vidrioso que se enfria hasta un sólido denso. La alta temperatura también convierte el carbón en el residuo hasta un gas de residuo que tiene un poder calorífico. El acondicionador de residuo sólido, por lo tanto, comprende una fuente de calor adecuada para fundir el residuo sólido, tal como, por ejemplo, una lámpara térmica, calentador de joule o calentador de plasma. En una modalidad, el acondicionador de residuo sólido comprende una fuente de calentador de plasma, por ejemplo, uno o más sopletes de plasma. El acondicionador de residuo sólido comprende una cámara de acondicionamiento adaptada para i) recibir el residuo sólido, ii) calentar el residuo sólido para formar un material de escoria fundida y un producto gaseoso que tiene un poder calorífico, y iii) descargar la escoria fundida y producto gaseoso. De esta manera, la cámara de acondicionamiento de residuos sólidos comprende una cámara forrada de refractario que tiene una entrada de residuo sólido, una salida de gas, una salida de escoria, y una fuente de calor. La cámara de acondicionamiento de residuos sólidos adicional opcionalmente incluye una o más entradas de aire y/o vapor de agua. La escoria fundida, a una temperatura de, por ejemplo, alrededor de 1200°C hasta alrededor de 1800°C, puede periódicamente o continuamente ser la salida de la cámara de acondicionamiento (o residuo) y posteriormente enfriarse para formar un material de escoria sólida. Tal material de escoria puede pretenderse para disposición en relleno sanitario o puede además romperse en agregados para usos convencionales. Alternativamente, la escoria fundida puede vaciarse al interior de los contenedores para formar lingotes, ladrillos de azulejos o material de construcción similar. El material de escoria resultante puede también usarse como un material de cementación suplementario en concreto, en la producción de un agregado de peso ligero o lana mineral, en la manufactura de espuma de vidrio, o en el desarrollo de materiales de empaquetado. La composición del material resultante de escoria puede controlarse a través de la adición de aditivos de proceso para cambiar el punto de función y/o otras propiedades de la escoria. Tales aditivos del proceso sólido pueden incluirse, pero no se limitan a sílice, alúmina, cal o hierro. El acondicionador de residuo sólido es por lo tanto asociado operativamente con un subsistema para enfriamiento la escoria fundida para su forma sólida. El subsistema de enfriamiento de escoria se proporciona como es apropiado para formar el producto de escoria fría en el formato deseado. En una modalidad, la cámara de acondicionamiento del residuo se diseña para asegurar que los procesos de acondicionamiento del residuo se lleven a cabo eficientemente y completamente, con objeto de usar una cantidad mínima de energía para efectuar el acondicionamiento completo del residuo. De esta manera, los factores tales como transferencia de calor eficiente, temperaturas de calor adecuadas, tiempo de residencia, flujo de escoria fundida, volumen de residuo de entrada y composición y tamaño y aislamiento de la cámara se toman en cuenta cuando se diseña la cámara de acondicionamiento del residuo. La cámara también se diseña para asegurar que el proceso de acondicionamiento del residuo se realice en una manera segura. De esta manera, el sistema se diseña para aislar el ambiente de acondicionamiento del residuo del ambiente externo. La cámara de acondicionamiento del residuo se proporciona con una fuente de calor, tal como una fuente del calentador de plasma, que cumple los requerimientos de la temperatura para el calentamiento del residuo para los niveles requeridos para convertir cualquier volátil restantes y carbón a un producto gaseoso que tiene un poder calorífico y para fundir y homogenizar el residuo para proporcionar una escoria fundida a una temperatura suficiente para el flujo de la cámara. La cámara también se diseña para asegurar la transferencia de calor altamente eficiente entre los gases del plasma y el residuo, para minimizar la cantidad de sensibilidad al calor que es menor por medio del gas del producto. Por lo tanto, en una modalidad, el tipo de la fuente de calor de plasma usada, así como la posición ' y orientación de los medios de calentamiento de plasma son factores adicionales a considerarse en el diseño de la cámara de acondicionamiento del residuo. La cámara de acondicionamiento del residuo también se diseña para asegurar que el tiempo de residencia del residuo es suficiente para traer el residuo hasta una temperatura adecuada para la fusión y homogenización y para convertir completamente el carbón al producto gaseoso. De esta manera, la cámara se proporciona con un depósito en el cual el residuo se acumular mientras se calienta por la fuente de calor. El depósito también permite la mezcla del sólido y materiales fundidos durante los procesos de acondicionamiento. El tiempo de residencia suficiente y la mezcla adecuada asegura que el proceso de acondicionamiento se realiza completamente y que la escoria resultante y los productos gaseosos tienen la composición deseada. La cámara se diseña para la salida continua o intermitente del material de escoria fundida. La remoción de la escoria continua permite que el proceso de acondicionamiento se realice en una base continua, en donde el residuo a ser acondicionado puede ser continuamente de salida y procesarse por el calor del plasma sin la interrupción para la remoción periódica de escoria. En una modalidad, la descarga de la escoria continua se alcanza al usar un depósito limitado en un lado por un vertedero que permite que la escoria se agrupe para acumularse hasta que se exceda un cierto nivel, en cuyo punto la escoria fundida se corra sobre el vertedero y salga de la cámara. En una modalidad detallada en la figura 21, el residuo 4010 gotea a través de una entrada del residuo 4012 localizada en la parte superior de la cámara de acondicionamiento 4020 al interior de un depósito 4060, donde se acondiciona por una pluma de soplete de plasma 4036. Los materiales fundidos se mantienen en el depósito 4060 por un vertedero 4162 hasta que el acumulado 4044 alcanza la parte superior del vertedero. Posteriormente, cuando el residuo adicional entra al sistema y se acondiciona, una cantidad correspondiente del material fundido se derrama al vertedero y esta afuera de la cámara a través de una salida de escoria 4042. Un producto de gas del residuo 4954 sale de la cámara por medio de una salida de gas 4052. Donde el residuo que se acondiciona contiene una cantidad importante de metal, y la cámara de acondicionamiento del residuo comprende un depósito limitado por un vertedero, los metales, debido a su mayor temperatura de fusión y densidad, típicamente se acumulan en el depósito hasta el momento en que se eliminan. De esta manera, en una modalidad de la presente invención, el depósito se proporciona opcionalmente con un puerto de tapa de metal, por medio del puerto de tapa se obstruye con una pasta de refractario suave la cual puede removerse periódicamente usando el calor de una lanza de oxígeno. Una vez que el puerto de tapa se abre y la temperatura de la cámara sea suficientemente elevada para fundir los metales acumulados, los metales fundidos se tapan completamente del fondo del depósito. En una modalidad, el depósito puede por sí mismo también proporcionarse con una salida de escoria adaptada para la descarga continua de la escoria fundida. En una modalidad, el depósito puede también proporcionarse por la remoción de escoria intermitente, en donde el depósito se diseña para permitir la acumulación de los materiales fundidos hasta que el proceso de acondicionamiento se complete, en cuyo punto la escoria fundida se descarga. Por ejemplo, en una modalidad, como se detalla en la Figura 23, la escoria fundida se descarga a través de una salida de la trampa S 4142. En esta modalidad, los medios de salida de escoria pueden opcionalmente comprender un quemador 4138 o otros medios de calentamiento localizados en o cerca de la salida 4142 con objeto de mantener la temperatura de la escoria fundida a la salida 4142 lo suficientemente elevada para asegurar que la salida 4142 sigue abierta hasta que el periodo de extracción de escoria se completo. Esta modalidad también asegura que el nivel de la escoria agrupada 4144 no esté debajo de un nivel predeterminado, por ello se mantiene el ambiente de fusión sellado para evitar el contacto de los fases con el ambiente externo . La Figura 24 ilustra una modalidad que puede proporcionarse para controlar la descarga de la escoria fundida de un depósito por un mecanismo de depósito. En esta modalidad, la cámara de acondicionamiento del residuo 4320 tiene un crisol inclinable 4362 que comprende el depósito 4360, un tubo de descarga 4342, un contrapeso 4368 y un brazo de palanca 4364 proporcionado como un mecanismo para inclinar el crisol 4362. Las Figuras 25A hasta 25D ilustran esquemáticamente las porciones de diferentes opciones de diseño que pueden proporcionarse para controlar la descarga de la escoria fundida a través de una salida adaptada apropiadamente en el depósito o cámara. La descarga de la escoria fundida puede controlarse para asegurar que el nivel de la escoria fundida no se permita alcanzar de bajo a la parte superior de la salida, de manera que los gases de la atmosfera externos no entre en la región fundida interior. La Figura 25A detalla un depósito o cámara que tiene una salida 4542 en una pared lateral cerca del fondo del depósito/cámara. La salida 4542 esta rodeada por un calentador de inducción 4538 encerrado en el refractario que puede controlar la temperatura del refractario en la región que rodea la salida 4542. Se incrementa la temperatura suficientemente para mantener la escoria en el estado fundido que permite que la escoria fluya hasta la salida 4542. Cuando el nivel de la escoria agrupada 4544 alcanza el nivel deseado, el calentado de inducción 4538 se apaga, y la escoria se permite solidificar en la salida 4542. La Figura 25B detalla una modalidad en donde la salida 4442 se "tapa" con una pasta refractaria suave 4444·. Una lanza de oxígeno 4438 se proporciona en una posición adecuada para "quemar" un orificio al interior de la pasta de refractario suave 4444 que permite que la escoria se funda hasta derramarse. El flujo se detiene por colocar el refractario u otro material adecuado al interior de la salida 4442. La Figura 25C detalla una modalidad en donde la salida 4742 se cubre por un tapón frío de agua móvil 4744. El tapón 4744 se mueve de una posición cerca de una posición abierta, por ello exponiendo así la salida 4742 para permitir que la escoria fundida se descargue a través de la salida 4742. El material fundido no deberá adherirse a la superficie suave del tapón 4744 debido al efecto de enfriamiento del agua. La Figura 25D detalla una modalidad en donde la salida 4642 se tapa por un dispositivo tipo cuña 4644. La "cuña" se empuja en y fuera de la salida 4642 como se requiere para controlar la descarga de la escoria fundida. Debido a las temperaturas muy altas necesarias para fundir el residuo, y particularmente para fundir cualquier metal que pueda estar presente, la pared de la cámara de acondicionamiento del residuo se forra con un material refractario que deberá someterse a demandas muy severas operacionales . La selección de los materiales apropiados para diseñar una cámara de acondicionamiento del residuo se hace de conformidad a un número de criterios, tales como la temperatura de funcionamiento que deberá alcanzarse durante los procesos de acondicionamiento del residuo típico, resistencia al choque térmico y resistencia a la abrasión y erosión/corrosión debido a la escoria fundida y/o gases calientes que se generan durante los procesos de acondicionamiento . El refractario interior se selecciona para proporcionar un revestimiento interior que tiene muy alta resistencia a la corrosión y erosión, particularmente en la línea de escoria, en adición a la resistencia a las temperaturas de funcionamiento altas. La porosidad y humectabilidad de la escoria del material refractario interior puede considerarse para asegurar que el material refractario seleccionado será resistente a la penetración de la escoria fundida en la superficie caliente. Los materiales también se seleccionan tal que las reacciones secundarias del material refractario con hidrógeno se minimizan, por ello evitan una posible pérdida de la integridad en el refractario y contaminación del gas producto. La cámara de acondicionamiento del residuo es típicamente manufacturada con capas múltiples de materiales como son apropiados. Por ejemplo, la capa exterior, o envolvente de la cámara es típicamente de acero. Sin embargo, puede ser benéfico para proporcionar una o más capas de aislamiento entre la capa refractario interior y la capa de acero exterior para reducir la temperatura de la cubierta de acero. Donde una segunda capa (por ejemplo, una capa de ladrillo aislante calcinado) se proporciona, puede también si es necesario seleccionarse un material que no se hace reaccionar con hidrógeno. Un tablero aislante alrededor de la superficie exterior del depósito de escoria puede también proporcionarse para reducir la temperatura de la cubierta de acero. Cuando la cámara para la expansión del refractario sin craqueo se requiere, un material comprimible, tal como una manta de cerámica, puede usarse contra la envolvente de acero. Los materiales aislantes se seleccionan para proporcionar una alta temperatura de la envolvente suficiente para evitar que la condensación del gas ácido si tal cuestión es relevante, pero no tan alta como para comprometer la integridad de la envolvente exterior . El material refractario puede por lo tanto ser uno o una combinación de, materiales refractarios convencionales conocidos en la técnica los cuales son adecuados para uso en una cámara para temperaturas extremadamente altas (por ejemplo, una temperatura de alrededor de 1100°C hasta 1800°C) reacción no presurizada. Los ejemplos de tales materiales refractarios incluyen, pero no se limitan a, cerámicos calcinados para alta temperatura (tales como óxido de aluminio, nitruro de aluminio, silicato de aluminio, nitruro de boro, óxido crómico, fosfato de zirconio) , ladrillo de vidrio cerámico y de alta alúmina que contienen principalmente, sílice, alúmina y titania. Debido a las condiciones de funcionamiento severas, se anticipa que el depósito refractario requerirá mantenimiento periódico. De esta manera, en una modalidad, la cámara de acondicionamiento del residuo se proporciona en porciones superior e inferior separables, en donde la porción inferior de la cámara (donde el depósito se localiza) es removible de la porción superior de la cámara. En una modalidad, la cámara se suspende de una estructura de soporte tal que la porción inferior puede gotearse de la porción superior para facilitar el mantenimiento. Esta modalidad se proporciona para la remoción de la porción inferior sin alterar cualquier conexión entre la porción superior de la cámara y los componentes corriente arriba o corriente abajo del sistema . La cámara de acondicionamiento del residuo también puede incluir uno o más puertos para acomodar los elementos de la estructura adicionales o instrumentos que puede opcionalmente requerirse. La cámara puede también incluir puertos de servicio para permitir la entrada o acceso en la cámara para depuración/limpieza, mantenimiento y reparación. Tales puertos son conocidos en la técnica y pueden incluir orificios en los puertos sellables de diversos tamaños. En una modalidad, el puerto puede ser un puerto de revisión que opcionalmente incluye un circuito cerrado de televisión para mantener en el operador la visibilidad completa de los aspectos del procesamiento del residuo, incluyendo monitorear la salida de escoria para la formación de bloques . En una modalidad de la presente invención, el acondicionador de residuo sólido que comprende el GCS se configura para recibir el residuo sólido del procesamiento de la Etapa uno en el convertidor GC solamente. En otra modalidad, el acondicionador de residuo sólido que comprende el GCS se configura para recibir el residuo sólido del procesamiento de la etapa uno en el Convertidor GC y el residuo sólido de un convertidor que genera el gas de admisión a ser a condicionado en el GCS. La Figura 22 detalla un acondicionador de residuo sólido en una modalidad de la presente invención en el cual la cámara de acondicionamiento de residuos sólidos 4520 se conecta indirectamente a dos fuentes del residuo a ser acondicionadas, donde una fuente es un filtro de emisiones en partículas 6030 de la Etapa uno del GCS y la otras fuente es un gasificador de carga de alimentación carbonosa 2000.
Etapa Dos : Procesamiento Adicional La etapa dos del GCS comprende uno o más componentes para implementar las etapas de procesamiento adicionales que remueven las cantidades adicionales de la materia en partículas y contaminantes de metales pesados, y opcionalmente otros contaminantes presentes en el gas de admisión. El procesamiento de la etapa dos puede incluir las etapas de separación de fase en seco como se describe por la Etapa uno, y/o otras etapas de separación incluyendo las etapas de procesamiento húmedas. Los ejemplos no limitantes de otras etapas de procesamiento que pueden implementarse en la Etapa dos incluyen los procesos que remueven los gases ácidos, metales pesados y materia en partículas, y otros contaminantes tales como dioxina, furano, C02, y amoniaco. Como se describe en la técnica, diversos componentes pueden usarse para llevar a cabo este proceso, incluyendo diversos depuradores húmedos (tales como depuradores venturi y depuradores de incidencia a chorro "impinjet") , lechos de guardia de cloruro, ESP húmedo y similares. La etapa dos puede también incluir unidades de enfriamiento y/o controladores de humedad, así como unidades de movimiento de gas para garantizar que el gas de admisión se mueve a través del sistema. Los ejemplos de las etapas de procesamiento de la etapa dos, distintos a aquellos descritos fácilmente en la Etapa uno, se describe a continuación.
Remoción de gas acido Los gases de admisión para procesarse en el GCS pueden incluir gases de ácido contaminante tales como HCl y H2S. Por ejemplo, el gas de síntesis producido en un convertidor de gasificación contiene tales gases ácidos. Las concentraciones de estos gases ácidos en el gas de síntesis pueden ser en el rango desde alrededor de 0.05 hasta alrededor de 0.5% para el HCl, y desde alrededor de 100 ppm hasta alrededor de 1000 ppm para el H2S, dependiendo de la carga de alimentación carbonosa usada en el proceso de gasificación. La cantidad de HCl y H2S en el gas de admisión puede calcularse como se describe en la técnica. En una modalidad, el GCS se configura para procesar el gas de admisión que comprende alrededor de 0.178% de HCl y alrededor de 666 ppm (0.07%) de H2S. En una modalidad, el GCS se configura para procesar el gas de admisión tal que reúne el límite de emisión canadiense para el HCl y H2S de alrededor de 5 ppm HCl y alrededor de 21 ppm H2S. Así, en una modalidad, el GCS se configura tal que el gas acondicionado sale del GCS que contiene entre alrededor de 20 ppm y alrededor de 5 ppm de HCl y entre alrededor de 30 ppm y alrededor de 20 ppm de H2S. La remoción del gas ácido o separación puede llevarse a cabo por el depurador de gas en seco o por los procesos del depurador húmedo. Los procesos del depurador en seco son generalmente menos eficientes que los procesos del depurador húmedo. Sin embargo, un proceso del depurador en seco, tal como aquel descrito arriba por los procesos de la etapa uno, puede elegirse para las modalidades del GCS en las cuales la facilidad del manejo si es necesaria, por ejemplo, la corriente de agua de los desechos de los procesos del depurador en seco es necesaria para la eliminación del material peligroso. Los procesos del depurador húmedo utilizan columnas o torres empacadas húmedas que proporcionar un área de contacto grande para la transferencia de calor y transferencia de masa con baja caída de presión que ayudará al sub-enfriamiento del gas. El principio de los depuradores húmedos es para remover los contaminantes del gas por pasar el gas a través de una estructura empacada la cual proporciona un área de superficie húmeda grande para inducir el contacto íntimo entre el gas y el licor depurador. El contaminante se absorbe en o se hace reaccionar con el licor depurador. Para la remoción de los gases ácidos una solución alcalina se usa como el lico depurador. Típicamente, el hidróxido de sodio es la solución alcalina usada por el depurador húmedo. Sin embargo, la remoción del H2S requiere el uso de la solución alcalina de pH alto en la etapa del depurador. Si el CO2 se presenta en el gas de admisión, su afinidad para la solución alcalina resulta en la remoción del C02 a partir del gas de admisión, el cual no puede ser deseable, dependiendo de la aplicación corriente abajo del gas de salida a ser usado. Asi, el proceso seleccionado para la remoción de los gases ácidos deberá depender en el uso final del gas acondicionado. En adición a los procesos del depurador húmero y en seco como se describen arriba, un número de las etapas de procesamiento son conocidas en la técnica para la remoción del vapor de HC1 de los gases. Los ejemplos no limitantes de tales etapas de procesamiento incluyen: la absorción del HC1 en el carbón activado o alúmina, la reacción con carbonatos alcalinotérreos o alcalinos u óxidos, el uso de los guardias de cloruro y el uso de los absorbentes de alta temperatura tales como compuestos alcalinotérreos o alcalinos, shortita Na2C03. 2CaC0s) y trona (Na2C03. NaHC03.2H20) , fundidos eutécticos de Li2C03 y Na2C03, y agentes de adsorción de gas de tubo tales como alumina alcalizada. En una modalidad, la etapa dos del GCS comprende un depurador HC1 para la remoción de HC1 del gas de admisión usando una solución alcalina . En una modalidad, el GCS se proporciona para la remoción de material restante en partículas simultáneamente con la separación de gases ácidos del gas de admisión (por ejemplo, durante la remoción del HC1 durante la etapa del depurador HC1) . Si en la etapa uno de esta modalidad del GCS no se incluye en un filtro de emisiones en partículas u otra unidad de remoción de partículas finas, la corriente de desechos líquidos resultantes requerirá el tratamiento de agua para la remoción de partículas peligrosas. El H2S puede removerse del gas de admisión usando diversos procesos conocidos en la técnica incluyendo los procesos de depurador en seco y húmedo como se resumen arriba. Los métodos adecuados incluyen por ejemplo, la absorción de humedad con NaOH o triazina, adsorción en seco con Sufatreat, procesos biológicos tales como el uso de los depuradores Thiopaq®, u oxidación selectiva, incluyendo óxido-reducción líquida (CAT bajo) . Los procesos de solventes físicos pueden también usarse para separar el H2S del gas de admisión. Los ejemplos no limitantes de tal solvente físico que pueden usarse incluyen derivados de polietilen glicol tales como Selexol®; solventes de flúor tales como carbonato de propileno anhidro; metanol como se usa en un proceso de Rectisol. En una modalidad, el H2S se remueve del gas sintético usando un depurador Thiopaq®. Un depurador Thiopaq® involucra el uso de uno de los procesos de dos etapas en las cuales el gas de admisión se trata en una depurador húmedo con una solución alcalina suave (a 8.5 hasta 9 pH) con objeto de absorber el sulfuro de hidrógeno (H2S) . El líquido del depurador- cargado con H2S alimenta a un bioreactor donde el sulfuro se convierte en el azufre elemental por un proceso biológico, regenerando el liquido depurador en los procesos, y permitiendo que el bioreactor efluente se recicle al depurador. En una modalidad, la eficiencia de la remoción de H2S del GCS es tal que el gas de salida deja el sistema y se usa en una aplicación corriente abajo tal como un motor de gas que deberá producir la emisión de S02 debajo de entre alrededor de 10 ppm y alrededor de 30 ppm. En una modalidad, la eficiencia de la remoción de H2S es tal que el gas de salida deja el sistema y se usa en una aplicación corriente abajo tales como un motor de gas que deberá producir la emisión de S02 debajo de 15 ppm. En una modalidad, el sistema de remoción del H2S se diseña para producir gas de salida con una concentración H2S de alrededor de 20 ppm.
Remoción de materia en partículas/metales pesados Los procesos y unidades remoción de partículas adecuados para uso en los procesos de la etapa uno pueden también usarse en los procesos de la etapa dos y se describe arriba. En una modalidad, el GCS comprende un filtro de lecho de carbón o pulidor de mercurio como una unidad de remoción de partículas en la etapa dos. Como se describe en la técnica, en una humedad relativa (H.R.) de más de 50%, agua deberá iniciar la absorción en el carbono del filtro de lecho de carbón y difusión de obstrucción, lo cual afecta el desempeño de la remoción. Esto puede corregirse, sin embargo, por incrementar la profundidad del lecho. Los filtros de lecho de carbón pueden también usarse en las humedades relativas altas, por ejemplo entre ~70% R.H y 100% H.R., cuando el desempeño en inferior es aceptable como el efecto de desempeño solamente se observa cuando el contenido final deseado de mercurio en el gas acondicionado esta en el rango de mercurio desde 0.001 hasta 0.01 ug/Nm3. Por ejemplo, cuando las concentraciones de mercurio de alrededor de 19ug/Nm3 son aceptables, los rangos de H.R. altos pueden usarse. En una modalidad, el GCS emplea un filtro de carbón activado como un dispositivo pulidor final para la remoción de mercurio. En una modalidad, un filtro de carbón activado con 7-8 pulgada de caída de presión de columna de agua se usa para llevar a cabo alrededor de 99.8% de la remoción de mercurio. Como será aparente para alguien de habilidad en la técnica, la materia en partículas puede también extraerse por los lechos de filtro de carbono en pequeñas cantidades de partículas pequeñas (<1 µp?) que no se capturan por cualquier unidad de remoción de partículas corriente arriba. La materia en partículas que se captura en la etapa dos del GCS puede eliminarse del agua y con la remoción de carbono gastado) .
En una modalidad, los filtros de lecho de carbón activados también se usan para la remoción de metales pesados de los desechos de agua. Un sistema depurador ácido puede también ser una técnica efectiva para capturar los . metales pesados. Esto requiere el pasaje del gas que contiene metales pesados a través de una columna empacada con una circulación de la solución de pH bajo (normalmente 1-2). Los metales pesados y compuestos de metales pesados se hacen reaccionar con ácido para formar sus compuestos estables. Con esta técnica la concentración del metal pesado en la solución de circulación deberá incrementarse y asi el tratamiento de los desechos resultante puede requerirse. En una modalidad, el GCS comprende un sistema depurador de ácido para remover los metales pesados. Los ejemplos de los sistemas depuradores de ácido incluyen torres empacadas, torres de rocío y torre de charola, sistemas de incidencia a chorro, sistemas de rocío de espuma en los cuales todos son capaces de remover los contaminantes del gas de admisión. Eliminación de Dioxina y Furano Las dioxinas y furanos son algunos de los compuestos más tóxicos y menos deseados asociados con tratamiento de calor de residuo. Con objeto de que sean formados estos compuestos, todas las condiciones siguientes tienen que estar presentes: una temperatura en el rango de 250-350°C, oxígeno, carbono en polvo de cenizas (actúan como un catalizador especialmente si el gas va a través del lecho) y tiempo de residencia adecuado. El GCS de la presente invención se configura para tratar de eliminar o disminuir el potencial para su formación. Varias etapas se pueden tomar para minimizar la presencia de las condiciones requeridas para la formación de dioxina y furano. Por ejemplo, cualquiera de las etapas de apagado se puede conducir en un apagador o rociador absorbedor de secado para asegurar rápido apagado cuando toma el gas a través del rango de temperatura anterior, la presencia de oxígeno y/o polvo de cenizas se puede minimizar. En modalidades donde el gas de admisión comprende dioxina y furano, el GCS puede comprender una etapa de inyección de carbón activado que resultará en la dioxina y furano presente en el gas siendo adsorbida a la superficie de carbón. El carbón luego se puede remover por una unidad eliminadora de partícula adecuada. En una modalidad, el GCS comprende un rociador absorbedor de secado que disminuye el tiempo de residencia al rango de temperatura pertinente para minimizar la posibilidad de formación de dioxina/furano . Eliminación de Bióxido de carbono y Amoniaco El GCS puede opcionalmente incluir componentes para la eliminación de bióxido de carbono y/o amoniaco si la eliminación de estos compuestos se requiere. Los componentes adecuados se conocen en la técnica. Como también se conoce en la técnica, el amoniaco se puede remover del gas de admisión durante la etapa del depurador de gas HCl.
Opciones adicionales para el Proceso Unidades Enfriadoras y Controladores de Humedad Las unidades de enfriamiento y/o controladores de humedad pueden opcionalmente incluirse en el GCS como parte de la Etapa uno (como se describe anteriormente) o Etapa dos. Los componentes adecuados se conocen en la técnica e incluyen, pero no se limitan a, torres de enfriamiento con evaporación, enfriadores de gas, enfriadores, recuperadores, intercambiadores de calor, intercambiadores de calor indirectos de aire a gas, y generadores de vapor de agua con recuperación de calor (HRSG) . Los recuperadores y HRSG se puede usar para enfriar el gas mientras utilizar el calor en vez de dispersar como se termina por torres de enfriamiento por evaporación, enfriadores de gas, y enfriadores. El uso de un conductor HRSG para retrasar el enfriamiento del gas, que es una de las cuatro condiciones necesarias para presentarse simultáneamente para la producción de dioxinas y furanos, como se señala anteriormente. Asi, en modalidades donde un HRSG se usa, más cuidadosamente se practica (por ejemplo, para asegurar concentración de oxigeno es baja) para evitar la posibilidad de" introducir las otras condiciones (presencia de polvo de cenizas y tiempo de residencia) . Los eliminadores de niebla/recalentadores se pueden incorporar en el GCS para eliminación de humedad ylo prevención de condensación como se conoce en la técnica. Los intercambiadores de calor se pueden incluir para recalentar el gas acondicionado final a la temperatura requerida o humedad relativa para la aplicación corriente abajo deseada. Un compresor también puede opcionalmente incluirse para comprimir el gas acondicionado final a la presión requerida para la aplicación corriente abajo deseada. En una modalidad en que el GCS se integra con un sistema de gasificación de plasma, torres de enfriamiento por evaporación (apagado seco) se pueden usar para enfriar el gas de síntesis que entra al GCS desde el sistema de gasificación. En una modalidad, el GCS incorpora una torre de enfriamiento evaporativa en la Etapa uno para enfriar la temperatura del gas de síntesis desde alrededor de 1000 °C hasta alrededor de 150-200°C, por ejemplo, por saturación adiabática, que proporciona inyección directa de agua al interior de la corriente de gas de una manera controlada. El proceso de enfriamiento evaporador es un proceso de apagado seco, y se puede monitorear para asegurar que el gas enfriado no este húmedo, es decir que la humedad relativa del gas enfriado todavía este debajo del 100% a la temperatura enfriada. En una modalidad de la invención, el GCS comprende una torre de enfriamiento por evaporación o apagado seco en la Etapa uno que enfria la alimentación de gas de síntesis al interior del GCS de una temperatura de alrededor de 740°C hasta alrededor de 150-200°C. En una modalidad, un enfriador de gas se puede incluir en la Etapa dos del GCS. El enfriador de gas (agua fría) funciona para enfriar gas de admisión que se presuriza a través de una unidad de movimiento de gas (ver a continuación) y calienta concomitantemente . En una modalidad, el enfriador de gas enfría el gas hasta alrededor de 35°C. En una modalidad, el GCS comprende un controlador de humedad. El controlador de humedad funciona para permitir que la humedad del gas saliente sea apropiada para la aplicación corriente abajo deseada. Por ejemplo, un controlador de humedad puede incluir un enfriador para enfriar la corriente de gas y así condensar agua fuera de la corriente de gas. Esta agua se puede remover por un separador de gas/líquido. En una modalidad, el GCS comprende un controlador de humedad para el tratamiento del gas acondicionado para proporcionar una humedad de alrededor de 80% a 26°C. En una modalidad, el GCS se configura para primero enfriar el gas acondicionado a aproximadamente 26°C y luego recalentar el gas hasta 40°C. El gas acondicionado luego se puede almacenar.
Unidades de Movimiento de Gas En una modalidad, el GCS incluye una o más unidades de movimiento de gas que suministran una fuerza impulsora para el gas a lo largo del GCS. En una modalidad en que el GCS se integra con un sistema de gasificación de plasma, el GCS comprende una unidad de movimiento gas capaz de mover el gas de admisión de la salida del sistema de gasificación a la salida del GCS. Las unidades de movimiento de gas adecuadas se conocen en la técnica e incluyen, por ejemplo, sopladores de gas de proceso, sopladores de presión, bombas de vacio, sopladores de rotación de desplazamiento positivo, compresores alternativos, y compresores de tornillo rotativo y similares. Como también se conocen en la técnica, la selección de las unidades de movimiento de gas para usarse se pueden basar en, por ejemplo, la ubicación de las unidades en el sistema, la temperatura del movimiento de gas de admisión a través de la unidad de movimiento de gas, y/o si la presencia de la unidad de movimiento de gas afectará la operación de los componentes proximales del sistema, por ejemplo, debido a la presión trasera o succión. Los sopladores de presión son similares a bombas centrifugas ' pero son, sin embargo, diseñados para aplicaciones de gas. Las cuchillas del soplador de rotación, por ello succionan aire al interior de la mitad del soplador y expulsan aire en la dirección radial en una presión más alta. Los sopladores se pueden diseñar para presión alta donde las cuchillas del soplador alcanzan la envolvente exterior para permitir el desplazamiento positivo del aire con objeto de alcanzar un incremento alto en la presión a través del dispositivo. Las bombas de vacio similarmente se diseñan para sopladores pero operan donde la presión corriente arriba es un vacio y el gas no fluiría en la dirección del soplador regular. Por lo tanto la bomba de vacío se diseña para capturar un gran volumen de espacio (que es gas bajo vacío, así cantidad pequeña del gas actual) y comprimen el espacio entre sus espiraless a una presión alta cuando el rodillo interior gira. La bomba de vacío únicamente puede correr en atmósferas al vacío (hasta una presión positiva ligera) debido al incremento de alta presión a través de la bomba (consumo alto de energía) , y arrastra las espirales a presiones más altas. Los Sopladores de rotación de desplazamiento positivo operan como sigue. Cuando los impulsores con forma del número 8, duales del soplador giran, una cantidad fija de gas (o aire) a la entrada se atrapa entre el impulsor y las partes de la envolvente. Con cada revolución, cuatro de estas "cavidades" de gas se atrapan, luego fuerzan la descarga contra cualquier presión que exista en el sistema. Cuando cada una de estas cavidades se expele, un pulso se genera, que impone una cierta carga de choque en el soplador y el sistema corriente abajo. Esto permite al gas en la cavidad lentamente presurizar a condiciones de descarga por medio de los "chorros" internos, que a su vez reducen importantemente pulsaciones y carga de choque en el equipamiento . Los compresores alternativos son máquinas de desplazamiento positivo, lo que significa que incrementan la presión del aire por reducir su volumen. La relación entre presión y volumen se conoce en la técnica. Los compresores alternativos comprenden un cigüeñal, varilla conectora, y pistones. Los compresores alternativos de etapa sencilla y etapa doble están comercialmente disponibles. Los compresores de etapa sencilla son generalmente usados para presiones en el rango de 70 psig (4.921 kg/cm2) hasta 100 psig (7.03 kg/cm2). Los compresores de etapa doble son generalmente usados para presiones más altas en el rango de 100 psig (7.03 kg/cm2) gasta 250 psig (17.575 km/cm2) . Los compresores de tornillo rotatorios operan como sigue. Cuando las roscas giran, el aire de admisión se comprime en el hueco reductor entre los compartimientos de rotor y la cubierta de aire final, hasta que la presión final se alcanza y el aire se descarga. En una modalidad, el GCS comprende un soplador de gas de proceso como una unidad de movimiento de gas. En una modalidad, el GCS comprende una unidad de movimiento de gas que adicionalmente presuriza el gas que pasa a través del soplador . La colocación óptima de la unidad de movimiento de gas dentro del GCS se puede determinar por alguien de habilidad en la técnica. En una modalidad, la unidad de movimiento de gas se localiza de manera para incrementar la eficacia de una o más de las etapas de procesamiento del GCS. Por ejemplo, en una modalidad, la unidad de movimiento de gas se localiza corriente arriba de un pulidor de metales pesados tales como a pulidor de mercurio para optimizar la eliminación de mercurio, como se presenta más eficientemente bajo presión, y también puede permitir un recipiente pulidor de mercurio de tamaño reducido para usarse. En una modalidad donde el GCS se integra con un convertidor de gasificación de plasma, el medio de movimiento de gas se incorpora al interior del GCS corriente debajo de un enfriador de gas. En una modalidad, la unidad de movimiento de gas se localiza dentro del GCS corriente arriba de un enfriador de gas.
Manejo de Productos de Desecho El GCS puede opcionalmente incluir componentes para el procesamiento de productos de desecho, si es necesario. Alternativamente, los productos de desecho producidos por el GCS se pueden recolectar y procesar, como sea necesario, externamente al GCS. Por ejemplo, cualquier ácido clorhídrico recuperado de las etapas de separación del gas ácido puede tener un valor comercial. Si la cantidad de cloro es de tamaño económicamente importante, el cloro puede volverse reivindicable usando técnicas conocidas en la técnica. En una modalidad en que los GCS producen una cantidad suficiente del compuesto de azufre para justificar el costo, un sistema de recuperación de azufre se posiciona a lo largo de la trayectoria del GCS a una ubicación donde una temperatura donde se hizo reaccionar los compuestos de azufre se vuelven estables. El tipo y tamaño del sistema de recuperación de azufre depende en la cantidad esperada de azufre en el gas de admisión. Los sistemas de recuperación de azufre adecuados se conocen en la técnica. Por ejemplo, para gas de admisión que contiene una cantidad alta de azufre, un proceso de lavado líquido de segunda etapa se puede usar para remover compuestos de azufre del gas. Un depurador de gas de amina se puede usar para remover sulfuro de hidrógeno y bióxido de carbono de la corriente del gas de admisión dejando una corriente de gas principalmente que comprende hidrógeno, monóxido de carbono y un gas inerte. Si la cantidad anticipada de azufre es bastante baja, como se esperarla para el gas de admisión generado de grados bajos de azufre de carbón mineral, una técnica de limaduras de hierro se puede usar para hacer reaccionar azufre con hierro elemental para producir sulfuro de hierro. Esto se puede completar por circular peletizados de hierro entre un compartimiento en el conducto y un compartimiento de recuperación . La presente invención contempla además que la recuperación de azufre del gas de admisión se puede recuperar y disponer de, por ejemplo, si el azufre comprende metales pesados limitados con biomasa, pueden ser útiles para agricultura y diseminación. Si el azufre tiene metales pesados considerables, se puede convertir a sulfato, procesado para eliminación de los metales pesados y dispuestos como sales de sulfato en formas de residuo liquido, o agua de residuo. Las regulaciones del enfoque de dominio requieren tratamiento adicional del azufre debido al contacto con bacteria Thiobacillus, el azufre procesado se puede esterilizar antes de la eliminación. Los medios alternativos de esterilización incluyen la adición de desinfectantes tales como blanqueador o tratamiento con radiación UV. En una modalidad de la presente invención, el GCS se configura de tal manera que el residuo de agua generado por el GCS comprende solamente sales y poco azufre elemental y biomasa, que se puede disponer del agua de desecho de alcantarilla. Si se requiere por regulaciones del gobierno, el agua de desecho se puede esterilizar usando calor y tiempo de residencia, antes de descargar a las alcantarillas . En una modalidad como se muestra en la Figura 10, la materia en partículas y metales pesados (sólidos) de la Etapa uno del GCS se dirige al acondicionador de residuo sólido 1065 donde se funden. Los sólidos fundidos en el acondicionador de residuo sólido se pueden usar para agregados para caminos y aplicaciones de material de construcción; o se puede vitrificar, es decir mezclar con sílice y encapsulado en vidrio para eliminación. Los procedimientos para llevar a cabo estas operaciones se conocen en la técnica. En algunas modalidades, dependiendo de las consideraciones de planta y regulaciones locales, sólido del sistema de limpieza de gas se puede enviar fuera del sitio para la eliminación segura.
Diseño de las Etapas de Proceso GCS Procesos Paralelos Como se describe anteriormente, en una modalidad, los GCS llevan a cabo etapas de procesamiento en paralelo. En esta modalidad, el GCS comprende un convertidor GC, un contenedor de residuo sólido y un residuo sólido GC. Cada uno del convertidor GC y residuo sólido GC lleva a cabo los procesos de Etapa uno y Etapa dos en paralelo. El acondicionador de residuo sólido recibe residuo sólido desde el proceso Etapa uno del Convertidor GC y opcionalmente desde el convertidor que proporciona el gas de admisión para el GCS. El acondicionador de residuo sólido funde el residuo sólido y produce una corriente de gas secundario, que se procesa a través del residuo sólido GC.
Procesos de Convergencia En una modalidad, el GCS comprende un convertidor GC, un acondicionador de residuo sólido y un residuo sólido GC, y el convertidor GC y el residuo sólido GC llevan a cabo etapas de procesos de convergencia como sigue. El acondicionador de residuo sólido recibe residuo sólido desde los procesos de Etapa uno del Convertidor GC y opcionalmente desde el convertidor que proporciona el gas de admisión para el GCS. El acondicionador de residuo sólido funde el residuo sólido y produce una corriente de gas secundario, que se procesa a través de la Etapa uno por el residuo sólido GC. El gas parcialmente acondicionado del residuo sólido GC luego puede procesarse ya sea a través de las etapas de procesamiento adicionales (Etapa dos) del convertidor GC o a través de tanto las etapas de separación de fase seca (Etapa uno) como de las etapas de procesamiento adicionales (Etapa dos) del convertidor GC. En una modalidad, como se describe en la Figura 2, el acondicionador de gas del convertidor 4 recibe gas de admisión de un gasificador de baja temperatura (o "convertidor") 50, y metales pesados y materia en partículas que se separan del gas de admisión en la Etapa uno se desvía al acondicionador de residuo sólido 265, donde se convierte a una corriente de gas secundario. Esta corriente de gas secundario se procesa a través de etapas de separación de fase seca Etapa uno en el residuo sólido GC 5, y luego se alimenta al interior del convertidor GC 4 antes de la Etapa uno. En una modalidad, la corriente de gas secundario se procesa a través de etapas de separación de fase seca Etapa uno en el residuo sólido GC 5, y luego se alimenta al interior del convertidor GC 4 después de las etapas de separación de fase seca Etapa uno, y la corriente de gas secundario se procesa en etapas de procesamiento de Etapa dos adicionales del convertidor GC .
Procesos Lineales En una modalidad, el GCS lleva a cabo una secuencia de procesamiento lineal en que un generador de baja temperatura genera un gas de síntesis de admisión que se procesa a través de procesos de Etapa uno y Etapa dos. El gas de admisión se genera en el gasificador da temperaturas bajas. En esta modalidad, una o más etapas de separación de etapa seca/sólida (Etapa uno) se llevan a cabo, seguida por una o más etapas de procesamiento adicionales (Etapa dos) . Por ejemplo, con referencia a la Figura 3, las siguientes etapas de procesamiento se llevan a cabo por el GCS 6 después del gas de admisión de un convertidor 51 que comprende gasificador de baja temperatura se enfria en un intercambiador de calor 310: 1) la materia en partículas se remueve en un filtro ciclónico 330 (Separación de fase seca Etapa uno) ; 2) los gases ácidos (HC1) luego se separan del gas de admisión usando un lecho de guardia de clorito 340; 3) H2S se remueve del gas de admisión usando adsorbente 360, y 4) se lleva a cabo una etapa final para separar materia en partículas usando un filtro de cerámica 362. Como una etapa opcional, el gas saliente luego se almacena en un tanque de almacenamiento .
Control Del Proceso En una modalidad de la invención, se puede suministrar un sistema de control para controlar uno o más procesos implementados en, y/o por, los diversos sistemas y/o subsistemas descritos en la presente, y/o proporcionar control de uno o más dispositivos de proceso contemplados en la presente para afectar tales procesos. En general, el sistema de control puede controlar operativamente diversos procesos locales y/o regionales relacionados con un sistema, subsistema dados o componente de los mismos, y/o relacionados con uno o más procesos globales implementados dentro de un sistema, tales como un sistema de gasificación, dentro de o en cooperación con las diversas modalidades de la invención se pueden operar, y con ello ajustar los diversos parámetros de control del mismo adaptados para afectar estos procesos para un resultado definido. Diversos elementos sensores y elementos de respuesta pueden por lo tanto distribuirse a lo largo de los sistemas distribuidos, o con relación a uno o más componentes del mismo, y usarse para adquirir diversas características de proceso, reactivo y/o producto, comparar estas características con intervalos adecuados de tales características conducen a realizar el resultado deseado, y responder al implementar cambios en uno o más de los procesos continuos por medio de uno o más dispositivos de proceso controlables. El sistema de control generalmente comprende, por ejemplo, uno o más elementos sensores para registrar una o más características relacionadas con los sistemas, procesos implementados en ello, entradas proporcionadas para ello, y/o salidas generadas por ello. Una o más plataformas de cómputo se ligan comunicativamente a estos elementos sensores para acceder a un valor característico representativo de las características registradas, y configurados para comparar los valores característicos con un intervalo predeterminado de tales valores definido para caracterizar estas características como sea adecuado para los resultados operativos y/o corriente abajo seleccionados, y calcular uno o más parámetros de control de proceso que conduzcan a mantener el valor característico con este intervalo predeterminado. Una pluralidad de elementos de respuesta pueden así ligarse operativamente a uno o más dispositivos de procesos operables para afectar el sistema, proceso, entrada y/o salida y ajusfar con ello la característica registrada, y ligado comunicativamente a las plataformas de cómputo para acceder a los parámetros de control de proceso calculados y operar el dispositivos de proceso de acuerdo con ello. En una modalidad, el sistema de control proporciona un control de retroalimentación, avance y/o predictivo de diversos sistemas, procesos, entradas y/o salidas relacionadas con la conversión de corrientes de alimentación con carbón al interior de un gas, de manera de promover una eficiencia de uno o más procesos implementados con relación a ello. Por ejemplo, se pueden evaluar diversas características de proceso y ajustarías por control para influenciar estos procesos, los cuales pueden incluir, pero no se limitan a, el poder calorífico y/o composición de la carga de alimentación, las características del producto de gas (por ejemplo poder calorífico, temperatura, presión, flujo, composición, contenido de carbono, etc.), el grado de variación permitido para tales características, y el costo de las entradas contra el valor de las salidas. Los ajustes continuos y/o en tiempo real a diversos parámetros de control, los cuales pueden incluir, pero no se limitan a, potencia de la fuente de calor, relaciones de alimentación de aditivos (por ejemplo oxígeno, oxidantes, vapor de agua, etc.), relaciones de alimentación de carga de alimentación (por ejemplo una o más alimentaciones diferentes y/o mixtas), reguladores de flujo/presión del sistema y/o gas (por ejemplo sopladores, válvulas de alivio y/o control, quemadores elevados, etc. ) , y los similares, se pueden ejecutar en una forma por la cual una o más características relacionadas con el proceso se evalúan y optimizan según el diseño y/o especificaciones corriente abajo. Alternativamente, o además de ello, el sistema de control se puede configurar para monitorear la operación de los diversos componentes de un sistema dado para asegurar la operación adecuada, y opcionalmente, para asegurar que los procesos implementados con ello estén dentro de normas reglamentarias, cuando apliquen tales normas. De acuerdo con una modalidad, el sistema de control puede usarse además para monitorear y controlar el impacto energético total de un sistema dado. Por ejemplo, se puede operar un sistema dado tal que se reduzca el impacto energético del mismo, o minimizarse de nuevo, por ejemplo, al optimizar uno o más de los procesos implementados con ello, o nuevamente al incrementar la recuperación de energía (por ejemplo calor gastado) generado por estos procesos. Alternativamente, o además de ello, el sistema de control se puede configurar para ajustar una composición y/u otras características (por ejemplo temperatura, presión, flujo, etc.) de un producto de gas generado por medio de los procesos controlados tal que tales características no sean solamente adecuadas para uso corriente abajo, sino también sustancialmente optimizadas para un uso eficiente y/u óptimo. Por ejemplo, en una modalidad donde el producto de gas se usa para impulsar el motor de gas de un tipo dado para la producción de electricidad, las características del producto de gas se pueden ajustar tal que estas características coincidan mejor con las características óptimas de entrada para tales motores. En una modalidad, el sistema de control se puede configurar para ajustar un proceso dado de manera tal que las limitaciones o lineamientos de desempeño con respecto a tiempos de residencia de reactivo y/o producto en diversos componentes, o con respecto a diversos procesos del proceso global se cubren y/u optimizan. Por ejemplo, se puede controlar la velocidad de un proceso corriente arriba de manera de coincidir sustancialmente con uno o más procesos posteriores corriente abajo. Además, el sistema de control puede, en diversas modalidades, adaptarse para el control secuencial y/o simultáneo de diversos aspectos de un proceso dado en una forma continua y/o en tiempo real. En general, el sistema de control puede comprender cualquier tipo de arquitectura de sistema de control adecuada para la aplicación a la mano. Por ejemplo, el sistema de control puede comprender un sistema de control sustancialmente centralizado, un sistema de control distribuido, o una combinación de los mismos. Un sistema de control centralizado comprenderá generalmente un controlador central configurado para comunicarse con diversos dispositivos de registro locales y/o remotos y elementos de respuesta configurados para registrar diversas características relevantes para el proceso controlado, y responder a ello por medio de uno o más dispositivos de proceso controlables adaptados para afectar directa o indirectamente el proceso controlado. Al usar una arquitectura centralizada, la mayoría de los cálculos se implementan centralmente por medio de un procesador o procesadores centralizados, tal que la mayoría del hardware y/o software necesarios para implementar el control del proceso se localizan en una misma ubicación. Un sistema de control distribuido comprenderá generalmente dos o más controladores distribuidos los cuales se pueden comunicar con elementos sensores y de respuesta respectivos para monitorear características locales y/o regionales, y responder a ello por medio de dispositivos de procesos locales y/o regionales configurados para afectar un proceso local o sub-proceso. La comunicación también puede tener lugar entre los controladores distribuidos por medio de diversas configuraciones de redes, en donde las características registradas por medio de un primer controlador se pueden comunicar a un segundo controlador para respuesta a ello, en donde tal respuesta distal puede tener un impacto sobre la característica registrada en la primera ubicación. Por ejemplo, una característica de un producto de gas corriente abajo se puede registrar por un dispositivo de monitoreo corriente abajo, y ajustarse por el ajuste de un parámetro de control asociado con el convertidor que se controla por un controlador corriente arriba. En una arquitectura distribuida, el hardware y/o software de control también se distribuyen entre los controladores, en donde un esquema de control igual pero configurado modularmente se puede implementar en cada controlador, o se pueden implementar diversos esquemas de control modular cooperativos en los controladores respectivos . Alternativamente, el sistema de control puede subdividirse al interior de subsistemas de control locales, regionales y/o globales separados aunque ligados comunicativamente. Tal arquitectura puede permitir que tenga lugar un proceso dado o una serie de procesos interrelacionados y sea controlada localmente con interacción mínima con otros subsistemas de control locales. Un sistema de control maestro global, luego se puede comunicar con cada subsistema de control respectivo para dirigir ajustes necesarios a procedimientos locales para un resultado global. El sistema de control de la invención puede usar cualquiera de las arquitecturas anteriores, o cualquier otra arquitectura conocida comúnmente en la técnica, las cuales se considere que están dentro del alcance general y naturaleza de la presente descripción. Por ejemplo, los procesos controlados e implementados dentro del contexto de la invención se pueden controlar en un ambiente local dedicado, con una comunicación externa opcional a cualquier sistema de control central y/o remoto usado para procesos relacionados corriente arriba o corriente abajo, cuando sea aplicable. Alternativamente, el sistema de control puede comprender un "sub-componente de un sistema de control regional y/o global diseñado para controlar cooperativamente un proceso regional y/o global. Por ejemplo, un sistema de control modular se puede diseñar de manera tal que los módulos de control controlen interactivamente diversos sub-componentes de un sistema, mientras proporcionan comunicaciones inter-modulares como sea necesario para control regional y/o global. El sistema de control generalmente comprende uno o más procesadores centrales, en redes y/o distribuidos, una o más entradas para recibir las características actualmente registradas de los diversos elementos sensores, y una o más salidas para comunicar parámetros de control nuevos o actualizados a los diversos elementos de respuesta. La una o más plataformas de cómputo del sistema de control también puede comprender uno o más medios legibles en computadora locales y/o remotos (por ejemplo ROM, RAM, medios removibles, medios de acceso local y/o en redes, etc.) para almacenar en ellos diversos parámetros de control predeterminados y/o ajustados, intervalos de operación de las características de proceso y sistema fijados o preferidos, monitoreo del sistema y software de control, datos operativos, y los similares. Opcionalmente, las plataformas de cómputo pueden también tener acceso, ya sea directamente o por medio de diversos dispositivos de almacenamiento de datos, a datos de simulación de procesos y/o medios para modelo y optimización de parámetros del sistema. También, las plataformas de cómputo se pueden equipar con una o más interfases opcionales gráficas de usuario y periféricos de entrada para proporcionar el acceso gerencial al sistema de control (actualizaciones del sistema, mantenimiento, modificación, adaptación a nuevos módulos y/o equipo del sistema, etc.), asi como diversos periféricos opcionales de salida para comunicar datos e información con fuentes externas (por ejemplo módem, conexión de redes, impresora, etc.). El sistema de procesamiento y cualquiera de los sistemas de sub-procesamiento puede comprender exclusivamente hardware o cualquier combinación de hardware y software. Cualquiera de los sistemas de sub-procesamiento puede comprender cualquier combinación de uno o más controladores proporcionales (P) , integrales (I) o diferenciales, por ejemplo, un controlador P, un controlador I, un controlador PI, un controlador PD, un controlador PID etc. Será evidente para una persona experta en la técnica que la elección ideal de combinaciones de controladores P, I, y D depende de la dinámica y tiempo de retardo de la parte del proceso de reacción del sistema de gasificación y el intervalo de las condiciones de operación que pretende controlar la combinación, y la dinámica y el tiempo de retraso del controlador de combinación. Será evidente para una persona experta en la técnica que estas combinaciones se pueden implementar en una forma análoga alámbrica la cual puede monitorear continuamente, por medio de elementos sensores, el valor de una característica y compararla con un valor especificado para influenciar un elemento de control respectivo para hacer un ajuste adecuado, por medio de elementos de respuesta, para reducir la diferencia entre el valor observado y el especificado. Será además evidente para una persona experta en la técnica que se pueden implementar las combinaciones en un ambiente de hardware y software digital mixto. Loe efectos relevantes del muestreo adicionalmente discrecional, adquisición de datos, y procesamiento digital son bien conocidos por una persona experta en la técnica. El control de combinación P, I, D se puede implementar en esquemas de control de avance y retroalimentación . En un control correctivo, o de retroalimentación, el valor de un parámetro de control o variable de control, monitoreado por medio de un elemento sensor específico, se compara con un valor o intervalo específico. Se determina una señal de control con base en la desviación entre los dos valores y proporcionado a un elemento de control con objeto de reducir la desviación. Se apreciará que un sistema de control con respuesta o retroalimentación convencional puede adaptarse además para comprender un componente adaptivo y/o predictivo, en donde la respuesta a una condición dada se puede diseñar de acuerdo con reacciones modeladas y/o previamente observadas para proporcionar una respuesta reactiva a una característica registrada mientras se limitan las desviaciones excesivas potenciales en la acción compensatoria. Por ejemplo, los datos adquiridos y/o históricos proporcionados para una configuración de sistema dado se pueden usar cooperativamente para ajustar una respuesta a una característica de un sistema y/o proceso que se registra para estar dentro de un intervalo dado a partir de una valor óptimo para el cual se han monitoreado y ajustado respuestas previas para proporcionar un resultado deseado. Tales esquemas adaptados y/o predichos son bien conocidos en la técnica, y como tal, no se consideran que se alejen del alcance y naturaleza general de la presente descripción . El GCS de acuerdo a la invención comprende un sistema de control para mantener un punto de referencia para condiciones de reacción dentro de un rango específico de variabilidad durante el procesamiento de un gas de síntesis de admisión a un gas acondicionado que tiene una composición química y física deseada. Este sistema de control es automático y se puede configurar para aplicarse a una variedad de los sistemas de acondicionamiento de gas. En una modalidad, si el sistema de control registra una disminución en la eficiencia o deficiencia funcional alternada en un proceso del GCS, que se sale de un rango operacional deseado, el sistema de control se puede configurar para facilitar la desviación de la corriente de gas a un proceso de respaldo, una chimenea, una cámara de combustión o un GCS de respaldo. Sin embargo y como se conoce en la técnica, si por ejemplo el nivel de HCl y/o H2S en la corriente de gas se antepone para permitir limites de emisión, la corriente de gas no se desvia a una chimenea y asi se puede desviar a un proceso de respaldo que puede modificar el nivel de HCl y/o H2S. El sistema de control de esta invención comprende: un Subsistema de Monitoreo del Proceso y un Subsistema que Controla el Proceso. El Subsistema de Monitoreo del Proceso incluye uno o más elementos sensores que se configuran para analizar una o más de la composición química de la corriente de gas a través del GCS, el caudal de flujo de gas, presión, parámetros térmicos y similares. El Subsistema de Control del Proceso comprende uno o más elementos de respuesta, la acción la cual es en respuesta a un proceso característico sensor por los elementos sensores del Subsistema de Monitoreo del Proceso, así como otros elementos que monitorean la información que se configuran como un Subsistema de Control del Proceso integrado. En una modalidad, el sistema de control puede proporcionar un medio para sintonización fina de las etapas de procesamiento del GCS y asi puede proporcionar un medio para minimizar substancialmente la desviación de condiciones óptimas deseadas para el procesamiento del gas de admisión. Por que tiene un sistema de control integrado sencillo que se controla por, una aplicación de tiempo real corrida en un procesador de computadora que es capaz de monitorear los componentes operacionales del GCS y etapas de proceso y modificarlas si se requieren, el sistema de control puede asegurar substancialmente la generación óptima y continua de un gas acondicionado de una manera segura y puede asegurar substancialmente la eficiencia y mantener por si mismo la operación del GCS. El Subsistema de Control del Proceso incluye elementos de respuesta para ajustar las condiciones dentro del GCS para optimizar la eficiencia del procesamiento de gas de admisión y las características resultantes del gas acondicionado, por ejemplo la composición del mismo. El siguiente ajuste para los reactivos (por ejemplo, inyección del carbón activado, control de pH para el depurador de gas HC1, reactivos requeridos para optimización del sistema H2S) se puede ejecutar de una manera que permite este proceso para ser eficientemente conducido y optimizado de acuerdo a las especificaciones diseñadas. Algunos factores que influyen la eficiencia del GCS son el caudal de flujo de aire (redox) , relación de adición cáustica (pH) , conductividad (purga) al interior del bioreactor del sistema de eliminación de H2S, y la presión en el pulidor de mercurio (sistema de eliminación de metales pesados) . El subsistema de Monitoreo del Proceso incluye uno o más elementos sensores para medir parámetros incluyendo, por ejemplo, la temperatura, presión, relación de flujo, composición y similares, del gas a varios puntos dentro del GCS. Los elementos sensores pueden medir estos parámetros en tiempo real y usar los datos recolectados para determinar si, por ejemplo, la operación del GCS requiere modificación. Por ejemplo, un elemento sensor puede detectar una condición particular que puede resultar en un requerimiento de más carbón activado para inyectarse al interior del GCS, o que el pH del depurador de gas HC1 necesite para ajustarse, o que el flujo de aire al interior del bioreactor del sistema de eliminación H2S necesite para ajustarse, o que el pH o conductividad del sistema de eliminación de H2S necesite para ajustarse. Estos ajustes requeridos como se determinan por el Subsistema de Monitoreo del Proceso basado en la información de sensor, se pueden permitir por el Subsistema de Control del Proceso. En una modalidad de la invención, el Subsistema de Monitoreo del Proceso incorpora un medio de sensores configurado para monitorear el gas acondicionado saliente y basado en parámetros predeterminados u objetivos de gas acondicionado, esto facilita las condiciones operacionales dentro del GCS controlado cerca por los elementos de respuesta del Subsistema de Control del Proceso por ello logra una composición de gas acondicionado adecuado que puede cumplir los requerimientos de gas de admisión de una o más aplicaciones corriente abajo en términos de requerimientos de energía, temperatura, presión u otros requerimientos de gas acondicionado.
Elementos de Control Los elementos sensores contemplados dentro del presente contexto, como se definen y describen anteriormente, puede incluir, pero no se limitan a sensores, detectores, analizadores, termopares, transductores de presión, analizadores químicos o los similares, en donde un técnico experto en la técnica fácilmente entendería el formato de un elemento sensor que puede recolectar información relacionada a una característica específica. Los elementos de respuesta contemplados dentro del presente contexto, como se definen y describen anteriormente, pueden incluir, pero no se limitan a, varios elementos de control operativamente acoplados a dispositivos relacionados con el proceso, configurados para afectar un proceso dado por ajuste de un parámetro de control dado relacionado con ello. Por ejemplo, dispositivos de proceso operable dentro del presente contexto por medio de uno o más elementos de respuesta, pueden incluir, pero no se limitan a materia particular, se monitorea para determinar si un sistema de filtro está para activarse; el gas temperatura se monitorea en la admisión del GCS para ajustar el flujo del aire del proceso a través de esto; la presión se monitorea dentro de GVS para ajustar la el soplador corriente abajo con objeto de mantener la presión deseada.
Monitoreo de la Composición de Gas Los elementos sensores que se puede usar para medir la composición del flujo de gas a través del GCS se conocen en la técnica e incluyen, por ejemplo, monitoreaos de gas, analizadores de gas in situ, analizadores de gas de sonda in situ, analizadores de gas de extracción, y similares. Estos elementos sensores se usan para determinar la cantidad de componentes tales como hidrógeno, monóxido de carbono, oxigeno, H2S, bióxido de carbono o los similares, que se presentan en el gas de admisión, gas acondicionado o un gas en un estado intermediario entre composición de admisión y composición condicionada. Como se conoce en la técnica, la cantidad de materia en partículas que se presenta en el gas de admisión puede variar dependiendo de la fuente del gas de admisión. Por ejemplo, como se conoce en la técnica del procesamiento de gasificación de plasma, la cantidad de materia en partículas en una corriente de gas saliente un gasificador puede tener una relación directa en la cantidad de materia particular u otros contaminantes en la corriente de gas. Por ejemplo, contaminantes asisten para adherir la materia en partículas, que asisten sus salidas del recipiente del reactor y a través de la tubería de salida. Por lo tanto minimiza substancialmente la cantidad de materia en partículas en la corriente del gas de admisión, también puede minimizar la relación de emisión de contaminantes. En una modalidad de la invención, los cambios en la cantidad de materia en partículas en la corriente de gas se puede determinar por monitorear la opacidad de la corriente de gas y establecer una línea base para un nivel aceptable que se puede basar en concentración de materia particular de acuerdo con restricciones de autoridad reguladora dentro de la ubicación del procesamiento. Así, en una modalidad de la invención, la cantidad de materia en partículas en el gas en diversas ubicaciones dentro del GCS se monitorea usando uno o más monitores de opacidad instalados dentro de los dispositivos de transferencia de gas o tubería dentro del GCS para proporcionar retroalimentación de tiempo real de opacidad del gas, con lo que se proporciona un mecanismo opcional para automación del ajuste del proceso de filtro. Por ejemplo, el ajuste de la cantidad de carbón activado que se inyecta al interior de la corriente de gas de admisión con objeto de mantener el nivel de materia en partículas debajo de la concentración máxima permisible. En una modalidad y con objeto de optimizar substancialmente la operación de los monitores de opacidad, se desea mantener elementos de sensor que están libres de depósitos en ellos para asegurar la precisión del contenido. La prevención del depósito en los elementos de sensor se puede lograr por, por ejemplo la provisión de una cantidad pequeña de nitrógeno cruzando la cara de cada elemento sensor para prevenir partículas a bordo de la instalación; el mantenimiento de una presión ligeramente negativa en esta porción del sistema de manejo de gas para permitir partículas a bordo se trazan pasando elementos sensor u otro método como se entendería fácilmente. En una modalidad, el nitrógeno se usa a menos que el uso del mismo fuera perjudicial a la composición química del gas acondicionado requerido para una aplicación de corriente abajo. Como sería conocido para un técnico experto en la técnica, otros ejemplos de gases que se puede usar para mitigar la deposición de materia particular en uno o más elementos sensores pueden incluir argón, C02, u otro gas como se entendería fácilmente.
Monitoreo de Temperatura En una modalidad de la invención, se proporcionan uno o más elementos sensores configurados para monitorear la temperatura en uno o más sitios localizados a lo largo del GCS, en donde tales datos se pueden adquirir en una base periódica, intermitente o continua. Como se conoce en la técnica, un elemento sensor capaz de monitorear la temperatura del flujo de gas a través del GCS incluye termopares, termómetros ópticos y calibradores de presión. En una modalidad de la invención, los elementos sensores para monitorear la temperatura son termopares instalados en lugares en el GCS como se requieran. En una modalidad, los elementos sensores para monitorear la temperatura son termómetros ópticos. Los termómetros ópticos adecuados se conocen en la técnica, en donde un ejemplo no limitado de un termómetro óptico es un termopozo. En una modalidad una pluralidad de termopares y calibradores de presión se puede usar para monitorear la temperatura en puntos críticos a lo largo del GCS. Los elementos sensores para monitorear la temperatura de la corriente de gas se pueden localizar a lo largo del GCS, y por ejemplo, en una primera ubicación para entrar del gas de síntesis al interior del GCS, salir del condicionado del GCS así como en diversas ubicaciones a lo largo del GCS. Monitoreo de Presión En una modalidad de la invención, se proporcionan elementos sensores para monitorear la presión dentro del GCS, en donde tales datos se adquieren en una base continua, intermitente, periódica o de tiempo real. En una modalidad, los elementos sensores para monitorear la presión comprenden sensores de presión tales como transductores de presión, y/o calibradores de presión ubicados a lo largo del GCS. Los lugares adecuados para sensores de presión son, por ejemplo, al punto de salida del primer recuperador para entrar del gas de admisión al interior del GCS, al soplador de salida, o en lugares donde la presión se pueda medir cruzando una unidad de eliminación de partícula tal como un filtro de emisiones en partículas, o un lecho del filtro de carbono. En una modalidad, los elementos sensores para monitorear la presión se ubica cruzando un sistema de eliminación de gas cruzado tal como un depurador de gas HCl, o un depurador de gas H2S. Los elementos sensores para monitorear la presión también se puede ubicar en el acondicionador de residuo sólido. En una modalidad, los elementos sensores para monitorear la presión se localizan en la pared vertical de un convertidor que se integra con el GCS. La eficiencia de ciertos procesos dentro del GCS puede depender sobre la presión en el GCS. Por ejemplo, la eficiencia de un pulidor de mercurio se mejora cuando el GCS está bajo presión diferente al vacio. Los datos relacionados a la presión del sistema se usan por el sistema de control de retroalimentación para determinar, por ejemplo en una base de tiempo real, si los ajustes a los procesos dependientes de presión tales como los pulidores de metales pesados se requieren . En una modalidad, una lectura continua de presiones diferenciales a lo largo del sistema completo se proporciona. De esta manera, la presión cruzada desciende cada componente de procesamiento individual del GCS se puede monitorear para desarrollar la posición substancialmente rápido o problemas actuales en el GCS durante el procesamiento de la corriente de gas de admisión. Monitoreo del Caudal de flujo En una modalidad de la invención, se proporcionan elementos sensores para monitorear la relación del caudal de flujo de gas en sitios ubicados a lo largo del GCS, en donde tales datos se adquieren en una base continua, intermitente o periódica. Un elemento sensor para monitorear la relación del flujo de gas incluye metros de flujo de gas o los similares. En una modalidad, la relación de flujo de gas se monitorea usando un elemento sensor. En otra modalidad, cuando un sistema duplicado se proporciona como un GCS de respaldo, un segundo elemento sensor para monitorear la relación de flujo de gas se proporciona en el GCS de respaldo . Por ejemplo, la producción de gas de síntesis puede ser desigual debido a la naturaleza no homogénea de la carga de alimentación y posibles descompensaciones tales como fallas del equipo de ayuda tales como el soplador de aire de proceso, fuga de agua del soplete, válvulas de control, relación de alimentación del residuo, y/o pulso de respaldo del filtro de emisiones en partículas. Estos cambios se pueden monitorear por observar las temperaturas y presión en el GCS así como flujo de gas y composición entre otros. Una fluctuación resultante se puede corregir por control propio del soplador de gas de síntesis, válvulas de control, relación de alimentación del residuo, y/o pulso de respaldo del filtro de emisiones en partículas, la cantidad de aire va a cada etapa, y varían las relaciones (y relaciones) de MS y adición HCF, por ejemplo. Unidades de movimiento de gas El sistema de control también puede integrar con las unidades de movimiento de gas. Las unidades de movimiento de gas se pueden controlar por ajusfar la velocidad en que se mueve el gas de admisión a través del GCS. En una modalidad, donde el GCS se integra con un sistema gasificador de baja temperatura para producir energía para operar motores de combustión interna, la velocidad en la cual la unidad de movimiento de gas mueve gas se controla con objeto del control de la presión en el convertidor. Controles Manuales Opcionales El GCS puede opcionalmente comprender muestras manuales y o sistemas de controles como una salida para el sistema de control automático. Por ejemplo, la corriente de gas de admisión dentro del GCS se puede mostrar y analizar por cromatografía de gas (GC) para determinar la composición química de la corriente de gas de admisión. En una modalidad, las muestras localizadas para estos análisis se extienden a lo largo del GCS. En una modalidad, la corriente de gas de admisión se muestra en una ubicación entre procesos de Etapa uno y Etapa dos, y más específicamente entre la etapa en que la materia en partículas y metales pesados se remueven y la eliminación del HC1. En otra modalidad, la corriente de gas de síntesis se muestra inmediatamente después de la corriente gas de síntesis sale del depurador de gas HC1 en la Etapa dos. En todavía otra modalidad, el gas de síntesis se muestra inmediatamente después de la salida del depurador de gas H2S. En una etapa de control manual alterno, los metales pesados o contenidos de mercurio en carga de alimentación se puede medir, y la cantidad apropiada del carbono inyectado al interior del GCS se puede pre-establecer dependiendo de el contenido de metales pesados de la carga de alimentación.
La concentración de H2S que sale del depurador de gas H2S también se puede medir y controlar manualmente como se conoce en la técnica. Por ejemplo, la concentración de H2S que sale del depurador de gas H2S, se puede alterar por ajustar los parámetros apropiados para el depurador de gas H2S. Alternativamente, la concentración de H2S que saca el depurador de gas se puede alterar por disminuir la cantidad de alimentación de azufre al interior del sistema por, por ejemplo, disminuir el contenido de la cubierta en el HCF en la carga de alimentación. Alguien de habilidad en la técnica entenderá que los elementos sensores adicionales y de respuesta se pueden incluir en el sistema de control como sea apropiado. Incorporación del GCS al interior de una instalación de gasi icación En una modalidad, el GCS se integra con un sistema de gasificación. Un diagrama esquemático de un GCS incorporado al interior de una instalación de gasificación en una modalidad de la invención se muestra esquemáticamente en la Figura 10. El producto de gas producido de tales sistemas de gasificación o convertidores se pueden procesar a través de un GCS con objeto de proporcionar un gas de síntesis de salida que tiene un conjunto deseado de características. Como se señala anteriormente, el conjunto deseado de características depende de la aplicación corriente abajo deseada en que el gas de síntesis de salida se usa. El producto de gas de síntesis producido del convertidor de gasificación se transfiere al GCS por medio de uno o más medios de transferencia de gas. Los medios de transferencia de gas se conocen en la técnica y medios de transferencia de gas adecuados se pueden identificar fácilmente por alguien de habilidad en la técnica. Los ejemplos no limitados de medios de transferencia de gas adecuados incluyen tuberías, ductos y conductos. En una modalidad, donde el GCS se integra con un convertidor de gasificación de plasma, la extracción de vacío usando un ventilador de inducción se usa para retirar continuamente producto de gas de síntesis caliente del convertidor de gasificación de plasma a través de salida de gases salientes del convertidor de gasificación de plasma. El sistema de control para el GCS puede independientemente funcionar del sistema de control facilitado para manejar el procesamiento del gas a través del GCS. Alternativamente, el sistema de control para el GCS se puede incorporar al interior del sistema de control para facilitar la entrada. Aplicaciones de Corriente abajo para Gas Saliente El gas acondicionado producido por el GCS se puede usar en aplicaciones corriente abajo. Los ejemplos de tales aplicaciones corrientes abajo incluyen, pero no se limitan a, motores de combustión interna, tecnologías de celdas de combustible, motores de turbina de combustión, poligeneración de electricidad y combustibles sintéticos, y síntesis química. El gas acondicionado producido por el GCS de la presente invención también se puede usar en los plásticos y fertilizadores industriales. Las tecnologías seleccionadas se describen a continuación . Motores de turbina de combustión Un motor de turbina de combustión combina aire (02 con CO y el H2 para generar C02, H20 y energía. La energía es en la forma de calor y presión. Como el gas se expande durante el proceso de combustión, se expande cruzando una turbina de poder de etapa múltiple para manejar durante el compresor de aire de flujo axial y el generador para hacer electricidad. El gas de combustible deberá presurizarse con objeto de alimentar la turbina de gas como la combustión toma lugar en una presión aproximadamente equivalente para la relación de compresión de la turbina de combustión. Si el gas de síntesis es para suministrarse a uno o más motores de turbina de combustión, El gas de síntesis se podría comprimir ya sea antes para liberar al motor o el proceso de gasificación completo se opera bajo una presión suficiente para liberar. En una modalidad, la presión estaría en el rango de 100-600 psig (7.03-421.8 kg/cm2-) dependiendo de la relación de compresión del motor particular. En una modalidad, la presión podría estar en el rango de 20 hasta 80 barias. En una modalidad, la presión es de 36 barias. Antes de entrar al sistema de combustible de turbina de gas, el gas producto seco presurizado además se puede filtrar para recolectar cualquier cantidad de trazos de materia en partículas que puede ser levantada en el equipo de procesamiento y tubería. Un sistema pre-calentado se puede emplear para pre-calentar el gas de combustible frío y comprimido si se desea. En una modalidad, la etapa de pre-calentamiento resulta en una temperatura incrementada que es suficiente para disminuir la humedad relativa del gas a o debajo del 80%. En una modalidad, la etapa de pre-calentamiento resulta en una temperatura incrementada que es suficiente para disminuir la condensación de la humedad cuando pasa a través del motor de turbina de combustión. Un sistema de pre-calentamiento se puede configurar para usar calor gastado de un sistema de enfriamiento de gas ubicado en algún lugar en el sistema, ya sea corriente arriba cuando el gas se enfría después de partir del proceso de gasificación, o corriente abajo, tales como recuperación de las turbinas. El pre-calentamiento puede ser útil donde el sistema de enfriamiento de gas enfría el gas de combustible a una temperatura requerida por un depurador de gas, y que la temperatura es debajo de una temperatura deseada para el gas de combustible limpio que se introduce al interior de la cámara de combustión. La inyección de vapor de agua también puede usarse en algunas turbinas de combustión para controlar la formación de NOx, y constituye una alternativa para tecnología de emisión de secado. Un motor de Combustión Interna La energía se puede producir usando un proceso similar al que se describe arriba excepto que el compresor, cámara de combustión y turbina de gases se reemplazan por un motor de combustión interna. Un motor de combustión interna puede ser más fácil de utilizar y puede ser más rentable que a compresor-turbina de gases, especialmente para unidades de electroconversion de gasificación de escala pequeña. El aire y combustible auxiliar se puede alimentar al motor de combustión interna en una manera predeterminada basada en la composición de gas combustible. Sistemas generadores de motor de combustión interna de baja emisión atractivos para el medio ambiente para sistemas de gasificación se pueden proporcionar en gran medida para mejorar la eficiencia y reducción de contaminación. Los motores de combustión interna de encendido por chispa son ventajosos de que tales motores son menos costosos para unidades muy pequeñas y son más fáciles para iniciar y detener que las turbinas. Para facilitar la producción de un nivel deseado de energía eléctrica, particularmente durante el inicio, una energía auxiliar tal como gas enriquecido con hidrógeno, propano, gas natural o combustible diesel se puede usar para alimentar el motor de combustión interna. La cantidad de combustible auxiliar puede variar dependiendo del poder calorífico de la carga de alimentación carbonosa siendo gasificado y los requisitos de energía para el sistema de gasificación general. El uso de motores de combustión interna para generar electricidad, particularmente en el contexto de distribuir energía eléctrica que genera sistemas, representa una tecnología ya madura. Aunque los motores a diesel han capturado la mayoría de este mercado, otros tipos de motores de combustión interna se pueden fácilmente adaptar para correr en el gas de síntesis producido por este sistema. El gas de síntesis de salida de la GCS adecuado para usar en motores de combustión interna que contienen concentraciones limitadas de HCl y H2S. En una modalidad, salida de gas de síntesis comprende menos de HCl 10 ppm. En una modalidad, salida de gas de síntesis comprende menos de HCl 7 ppm. En una modalidad, salida de gas de síntesis comprende menos de HCl 5 ppm. En una modalidad, salida de gas de síntesis comprende menos de HCl 3 ppm. En una modalidad, salida de gas de síntesis comprende menos de H2S 30 ppm. En una modalidad, salida de gas de síntesis comprende menos de H2S 25 ppm. En una modalidad, salida de gas de síntesis comprende menos de H2S 20 ppm. En una modalidad, salida de gas de síntesis comprende menos de H2S 10 ppm. Tecnologías de Celda de Combustible El gas de síntesis del convertidor de plasma se puede alimentar al interior de una celda de combustible de alta temperatura (ya sea SOFC o MCFC) , después de remover los contaminantes, tal como PM, HC1 y H2S, a relativamente altas temperaturas (SOFC, 1000°C; MCFC 650°C) . Limites contaminantes más estrictos han de cumplirse, con objeto de prevenir la degradación de rendimiento de celdas de combustible. La configuración GCS se requiere para variar la construcción de las condiciones de operación de celda de combustible. El gas de síntesis y composiciones oxidantes también necesitan ajustarse para optimizar la eficiencia y o salida de una celda de combustible de alta temperatura. Las celdas de combustible de carbonato fundido (MCFC) contienen un electrolito que es una combinación de carbonatos alcalinos (Li, Na, y K) estabilizados en una matriz cerámica LiAl02. La mezcla de combustible de entrada de gas puede incluir monóxido de carbono, hidrógeno, metano, e hidrocarburos, con límites en hidrocarburos totales, partículas de carga, azufre (en la forma de H2S) , amoniaco, y halógenos (por ejemplo, HC1) . En la temperatura de operación de alrededor de 1200°F (650°C), la mezcla de sal es líquida y un buen conductor iónico. El proceso de ánodo para un MCFC implica una reacción entre iones de hidrógeno y carbonato (C03) del electrolito, que produce agua y bióxido de carbono (C02) , mientras la liberación de electrones al ánodo. El proceso de cátodo combina oxigeno y C02 de la corriente oxidante con electrones del cátodo para producir iones de carbonato, que entren en el electrolito. Si el contenido de C02 en el gas combustible es insuficiente, C02 se puede reciclar de la corriente de emisión. Un MCFC produce exceso de calor a una temperatura, que es suficientemente alta para usarse en producción de vapor de agua de alta presión que se puede alimentar en una turbina para generar electricidad adicional. En operación de ciclo combinado (generación de energía de turbina de vapor de agua y generación de energía de celda de combustible) , eficiencia eléctrica en exceso de 60% se previenen para sistemas MCFC maduros. Una celda de combustible de óxido sólido (SOFC) usa un electrolito de cerámica dura en lugar de un líquido y opera a temperaturas hasta 1,000°C. (alrededor de 1,800°F (982°C)). En este tipo de celda de combustible, una mezcla de óxido de zirconio y óxido de calcio forma una malla de cristal, a través de otras combinaciones de óxido también se han usado como electrolitos. El electrolito sólido se recubre en ambos lados con materiales de electrodo porosos especializados. En una temperatura de operación relativamente alta, iones de oxigeno (con una carga negativa) emigran a través de la malla de cristal. El gas combustible que contiene hidrógeno y monóxido de carbono se pasa sobre el ánodo mientras un flujo de iones de oxigeno cargados negativamente se mueven a través del electrolito para oxidar el combustible. El oxigeno se suministra, usualmente de aire, en el cátodo. Los electrones generados en el ánodo viajan a través de una carga externa al cátodo, completando el circuito que lleva la corriente eléctrica . La generación de eficiencias puede estar en el rango de hasta alrededor de 60 por ciento. Como las celdas de combustible de carbonato fundido, las celdas de óxido sólido requieren temperaturas de operación altas que proporcionan la oportunidad para "co-generación" , esto es, un calor combinado y aplicación de energía usando calor gastado para generar vapor de agua para calefacción y refrigeración, procesamiento industrial, o para usar en conducir una turbina de vapor de agua para generar más electricidad. Una celda de combustible (temperatura alta) consumiría el hidrógeno y (principalmente en SOFCs) y monóxido de carbono del gas de síntesis proporcionado por el GCS . El metano contenido en gas combustible se reformaría parcialmente- en una celda de combustible de alta temperatura, resultando nuevamente en hidrógeno y monóxido de carbono. La mezcla de gas que sale de la celda de combustible podría incluir todavía similarmente cantidades útiles de gases de metano y monóxido de carbono. Estos gases calientes podrían dirigirse hacia atrás en un sistema de regulación o desviarse a más intercambiadores de calor, que podrían usarse para la producción de vapor de agua que se usa en el convertidor. Alternativamente, el gas de síntesis caliente pero limpio puede ser entrada a un sistema de filtrado con membrana de hidrógeno a alta temperatura para dividir el gas de síntesis al interior de dos corrientes de gas distintas. Una corriente se compone de hidrógeno puro y el otro de monóxido de carbono puro (CO) . El monóxido de carbono puede ser tanto quemado en un calentador impulsado por gas para facilitar la recuperación de bióxido de carbono (C02) y la conversión de su energía potencial en vapor de agua, como puede ser transportado a un compresor y embotellado. El hidrógeno (H2) puede tanto convertirse en energía en celdas de combustible como se puede transportar a un compresor y luego alimentar al interior de contenedores manteniendo tanto/o un medio de almacenamiento de nano-fibra de grafito o un medio de almacenamiento de aluminio anhidro, de manera que el H2 se puede almacenar o transportar seguramente. Una línea de alimentación de hidrógeno se puede proporcionar a partir de la membrana de hidrógeno a alta temperatura que filtra el sistema, para pilas de celda de combustible como un suministro de combustible a los mismos. Las pilas de celda de combustible de este sistema son del tipo de carbonato fundido que usa gas de hidrógeno en el ánodo y C02 en el cátodo para producir electricidad. El monóxido de carbono presente en el gas de síntesis produce hidrógeno extra así como calor (hasta 1500°F-816°C) que se puede recuperar para producir vapor de agua, bióxido de carbono y agua. Una línea de monóxido de carbono se puede proporcionar para dirigir monóxido de carbono de la membrana de hidrógeno a alta temperatura que filtra el sistema a un calentador impulsado por gas convencional. El calentador impulsado por gas quema el CO de manera que C02 y el valor de energía potencial del CO producido por el sistema de gasificación se puede recuperar más rentablemente. Algunos sistemas de gasificación corriente arriba se diseñarán para la entrada de más de un combustible o carga de alimentación al interior del calentador, con lo que se proporciona versatilidad para aumentar las cantidades de generación de energía como se requiere o se desea. Los ejemplos de fuentes de combustible adicionales incluyen gas natural, así como los gases obtenidos de la digestión anaeróbica de residuos orgánicos (también referido como biogas) . Dependiendo del dispositivo que genera la energía eléctrica específico, seleccionado, puede ser benéfico para incluir otros tipos de combustibles, además del gas de síntesis generado en el sistema de gasificación, para maximizar la eficiencia del generador eléctrico. Tales combustibles adicionales, indicados por combustibles opcionales, pueden incluir gas natural, aceite, y otros combustibles basados en hidrocarburo convencional. Cabe mencionar que los combustibles opcionales no se pretende que proporcionen la mayoría de los BTU o energía consumida por los generadores eléctricos, sino que se incluyen solamente cuando se puede aumentar la eficiencia total del sistema. Una configuración alternativa emplea un sistema de gasificación que permite el uso de celdas de combustible de carbonato fundido, junto con la producción de C02 y H20 con mayor reducción en emisiones de óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono o hidrocarburos no quemados. En lugar de emplear un calentador impulsado por gas para hacer uso del monóxido de carbono, el monóxido de carbono se alimenta, junto con hidrógeno, a celdas de combustible. Estas celdas de combustible pueden ser carbonato fundido u otros tipos de celdas de combustible, que consumen el monóxido de carbono como un combustible valioso. El hidrógeno puro enfriado es ideal para usar en pilas de celda de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) . Como en otras celdas de combustible, la energía química del combustible se transforma directamente en la electricidad. La electricidad se genera por medio de las siguientes reacciones electroquímicas: Ánodo: 2H2 => 4H+ + 4e~ Cátodo: 02 + 4H+ + 4e~ => 2 H20 Estas reacciones se presentan a temperatura baja (<100°C) e implican dividir el hidrógeno en electrones e iones de hidrógeno de carga positiva (protones) en la capa catalítica de platino del ánodo, protones que pasan a través de la membrana de intercambio de protón (electrolito) y su oxidación electroquímica en el catalizador de cátodo. El electrolito (membrana de polímero sólido) debe ser saturado con agua y como un resultado un control cuidadoso de la humedad de las corrientes de ánodo y cátodo se requiere. Además, cantidades bajas de CO (superior a 1 ppm) y catalizador de veneno H2S en el ánodo que hace requisitos estrictos para la pureza de hidrógeno. Comparando a otros tipos de celdas de combustible, los PEMFC generan más energía por un volumen y peso dado y permiten un rápido comienzo. La eficiencia contemporánea de las pilas PEMFC alcanzan valores de 35-45%. Un sistema se puede también diseñar lo que permite el uso de gas de hidrógeno impulsado por turbinas para generar electricidad sin daño a componentes internos críticos de la temperatura de combustión alta de gas de síntesis y mayor reducción de emisiones de óxidos de nitrógeno. El hidrógeno de la membrana de hidrógeno a alta temperatura puede ser introducido a un sistema de inyección de agua con nebulizador donde el agua desionizada se agrega antes de que la combinación se queme en una turbina de gases (o alternativamente un motor de combustión interna) para convertir la energía a fuerza mecánica y llevar un generador que proporciona electricidad. El agua limita las temperaturas internas y por lo tanto previene el daño de calor a componentes internos críticos. Además, el sistema de inyección de agua nebulizador hace posible la operación en lugares y/o en tiempos cuando tales combustibles alternativos no pueden ser de fácil acceso en cantidad. Además, el uso del nebulizador de riego reduce notablemente emisiones de óxido nitroso causadas por las altas temperaturas de la combustión de gas de síntesis y/o mezclas de combustible alternativo . Como se conoce en la técnica, las características deseadas para gas de síntesis que se va a usar en celdas de combustible pueden variar dependiendo del tipo de celda de combustible usada, como se muestra en la Tabla 3 abaj o . Tabla 3: Características de Celda de Combustible generales aVariable que depende de la construcción, usualmente < 100 ppm Diseñado principalmente para usar con hidrógeno y oxígeno puro Concentraciones de CO + C02 totales < 50 ppm requeridas. Celda particularmente sensible a C02 dSirve principalmente como diluyente; concentraciones bajas preferidas eSin restricciones dentro del rango de valores típicos para gasificación f Concentraciones superiores en la pila de combustible impactan en la economía debido a la dilución Asi, en una modalidad donde la celda de combustible es un SOFC, el contenido de HC1 en la salida de gas de síntesis debe ser menos de 1 ppm, el contenido de azufre debe ser menos de 1 ppm, y el contenido de hidrocarburo debe ser menos de 10%. En una modalidad donde la celda de combustible es un MCFC, el contenido de HC1 en el gas de síntesis es menos de 0.5 ppm, el contenido de azufre debe ser menos de 0.5 ppm, y el contenido de hidrocarburo debe ser menos de 10%. Para obtener un mejor entendimiento de la invención descrita en la presente, los siguientes ejemplos se establecen. Se entiende que estos ejemplos se pretende que describan las modalidades ilustrativas de la invención y no se pretende que limiten el alcance de la invención en modo alguno .
EJEMPLOS EJEMPLO 1: UN GCS PARA LA PRODUCCIÓN DE GAS ACONDICIONADO ADECUADO PARA USAR EN MOTORES DE GAS El siguiente ejemplo describe un GCS que se configura para producir gas acondicionado adecuado para usar en motores de gas. El GCS comprende las siguientes operaciones de proceso: Procesos de Etapa Uno: 1. Enfriamiento por Evaporación (Apagado) 2. Sistema de inyección de secado 3. Eliminación de materia en particulas/metal pesado 4. Procesamiento del residuo sólido en un acondicionador de gas de residuo sólido y residuo sólido GC asociado Procesos de Etapa Dos: 5. Depurador HC1 6. Soplador de Gas de Proceso 7. Enfriador de Gas 8. Pulidor de Mercurio 9. Eliminador de Azufre El gas acondicionado producido por las operaciones de procesos anteriores se almacena y posteriormente calienta antes de usar. Las operaciones de procesos anteriores se muestran en la Figura 2 y se describen abajo. Como se puede ver de la Figura 2 el GCS emplea etapas de procesos convergentes y comprende un acondicionador de gas convertidor 4 integrado con un acondicionador de gas de residuo sólido 5, asi como un acondicionador de residuo sólido 265. El gas de síntesis sale del convertidor 50 (gas de admisión) se enfría usando un intercambiador de calor 210 de aproximadamente 1000 °C hasta alrededor de 740°C antes de ser alimentado al interior del GCS. El gas de salida que resulta del procesamiento a través del GCS contiene menos de 17 mg/Nm3 materia en partículas, menos de HC1 5 ppm, y menos de H2S 10 ppm.
ETAPA UNO Las partículas de gas de admisión y metal pesado de carga (principalmente polvo de cenizas con metales pesados) es como sigue: Caudal de flujo de gas de diseño - 9500 Nm3/hr Polvo de carga - 7.4 g/ Nm3 Cadmio - 2.9 mg/ Nm3 Plomo - 106.0 mg/ Nm3 Mercurio - 1.3 mg/ Nm3 Especificaciones garantizadas de gas de salida de Etapa Uno: Materia en partículas - llmg/ Nm3 (alrededor de 99.9% de eliminación) Cadmio - Nm3 (alrededor de 99.65% de eliminación) Plomo - 159 ]iq/ Nm3 (alrededor de 99.9% de eliminación) Mercurio - 190 Nm3 (alrededor de 90% de eliminación) (1) Enfriamiento por evaporación 220 Después del enfriamiento inicial en el intercambiador de calor 210, el gas de síntesis de entrada se enfría además por apagado en seco, que efectivamente reduce la temperatura de gas de síntesis y previene la condensación. El enfriamiento por evaporación se lleva a cabo por una torre de enfriamiento por evaporación 220 (apagado en seco) para reducir la temperatura de gas de síntesis hasta alrededor de 260°C (rango 150°C hasta 300°C) . Esto se alcanza por inyección directa de agua al interior de la corriente de gas en una manera controlada (saturación adiabática) . Esto es un apagado en seco, y hay controles para asegurar que el agua no está presente en la salida de gas y la humedad relativa en la temperatura de salida de gas es, por lo tanto, debajo de 100%. (2) Sistema de inyección de secado 271 Una vez que la corriente de gas sale de la torre de enfriamiento por evaporación 220, carbón activado se inyecta luego directamente dentro de la corriente de gas, para eliminar metales pesados de la corriente de gas. El carbón activado se almacena en un embudo e inyecta neumáticamente al interior de la corriente de gas. La inyección de carbón captura la mayoría de los metales pesados y los gránulos de carbón pasados se recolectan por el filtro de emisiones en partículas 230 y reciclan hacia atrás al acondicionador de residuo sólido 265 para además recuperar la energía como se describe en las siguientes etapas. El carbón activado se inyecta en el gas con suficiente tiempo de residencia de manera que las partículas de metal pesado finas (cadmio, plomo, mercurio) se adsorben en la superficie de carbón activado . (3) Eliminación de Materia en Partículas La materia en partículas y carbón activado con metal pesado en su superficie se elimina luego del gas de síntesis de entrada en el filtro de emisiones en partículas 230 con eficiencia extremadamente alta, para proporcionar un gas de salida que cumpla con los límites de emisiones de metales locales y para proteger los subsistemas de eliminación de contaminante gaseoso corriente abajo y los motores de gas que utilizan el gas acondicionado. La eliminación de materia en partículas procede como sigue. En el filtro de emisiones en partículas 230, una torta filtro se forma con materia en partículas en los filtros de red. Esta torta filtro mejora eficientemente la eliminación de partículas de la operación del filtro de emisiones en partículas 230. El filtro de emisiones en partículas 230 emplea bolsas de fibra de vidrio forradas, bolsas de fibra de vidrio no forradas, o P84 bolsas de basalto y se opera a una temperatura entre 200°C y 260°C. El filtro de emisiones en partículas es así diseñada para la eficiente eliminación de materia en partículas 99.9%. Los metales pesados tipo cadmio y plomo son en forma de partículas a esta temperatura y se recolectan en el filtro de emisiones en partículas con muy alta eficiencia de recolección. Un chorro de pulso de nitrógeno se usa para limpiar las bolsas cuando la caída de presión a través de las bolsas aumenta hasta un cierto límite establecido. El nitrógeno es el pulso de gas en esta modalidad por razones de seguridad ya que el aire y gas de síntesis forman una mezcla explosiva. El filtro de emisiones en partículas utiliza filtros cilindricos, que típicamente no requieren cualquier soporte adicional. El filtro de emisiones en partículas por sí mismo puede ser cilindrico o rectangular. La instalación del parámetro de operación evita cualquier condensación de vapor de agua. Reactivos especiales tales como feldespato se puede usar para absorber los compuestos de hidrocarburo de peso molecular alto luis (alquitranes) con objeto de proteger el filtro de emisiones en partículas. El gas sale del procesamiento de la Etapa Uno se procesa luego a través de Procesos de la Etapa dos. (4) Procesamiento de materia en partículas en un acondicionador de gas de residuo sólido 265 y residuo sólido GC 5 asociado La cantidad de residuo sólido contaminado con metales pesados que sale del acondicionador de gas convertidor 4 es grande y es, por lo tanto, enviado a un acondicionador de residuo sólido 265 para la conversión del residuo sólido a escoria. El gas creado en el acondicionador de residuo sólido 265 se trata luego en un acondicionador de gas de residuo sólido 5 para eliminación de metales pesados por enfriamiento en un intercambiador de calor aire a gas indirecto 270 y eliminación de materia en partículas y metales pesados en un filtro de emisiones en partículas pequeño 285. El filtro de emisiones en partículas pequeño 285 se dedica a tratar gas del acondicionador de residuo sólido 265. Como se muestra en la Figura 2, etapas adicionales llevadas a cabo por el acondicionador de gas de residuo sólido 5 incluyen enfriamiento del gas además usando un enfriador de gas 290, y eliminación de metales pesados y materia en partículas en un lecho de carbón 295. La corriente de gas de síntesis secundaria procesada se desvía luego nuevamente al acondicionador de gas convertidor 4 para alimentar nuevamente en la corriente de gas de síntesis de entrada antes de la etapa del filtro de emisiones en partículas 230. La cantidad de residuo sólido eliminado del filtro de emisiones en partículas pequeño 285 del acondicionador de gas de residuo sólido 5 es significativamente menor que lo eliminado del filtro de emisiones- en partículas 230 en el acondicionador de gas convertidor 4. El filtro de emisiones en partículas pequeño 285 actúa como una purga para los metales pesados. La cantidad de metales pesados purgados del acondicionador de gas de residuo sólido 5 varía dependiendo de la composición de alimentación MSW. En general, solamente una purga periódica se requiere cuando los metales pesados aumentan a un límite especificado. Una alternativa a la purga del filtro de emisiones en partículas pequeño 285 para eliminación de desechos peligrosos, residuo sólido del filtro de emisiones en partículas pequeña se puede recircular nuevamente al acondicionador de residuo sólido 265 para fusión.
Especificaciones de Diseño para filtro de emisiones en partículas de acondicionador de residuo sólido 285: Gas de Entrada de Partículas y Metal Pesado de Carga (Principalmente Polvo de Cenizas Con Metales Pesados) Caudal de Flujo de Gas de Diseño - 150 Nm3/hr Polvo de carga - 50 g/Nm3 Cadmio - 440 mg/Nm3 Plomo - 16.6 g/Nm3 Mercurio - 175 mg/Nm3 Salida garantizada: Materia en partículas - 10mg/ Nm3 (99.99% de eliminación) Cadmio - 13 g/Nm3 (99.997% de eliminación) Plomo 166 µg/ m3 (99.999% de eliminación) Mercurio - 175 pg/Nm3 (99.9% de eliminación) Tanto el filtro de emisiones en partículas del acondicionador de gas convertidor 230 como el filtro de emisiones en partículas del acondicionador de gas de residuo sólido 285 tienen un sensor de polvo en la salida ( retroalimentación directa u observación) para notificar de una ruptura de bolsa. Si una ruptura de bolsa se presenta, el sistema se puede apagar por mantenimiento.
ETAPA DOS (5) Eliminación de HCl Después de que la materia en partículas se elimina del gas de síntesis en el acondicionador de gas convertidor 4, un depurador de HCl 240 se usa para eliminación de HCl. El depurador de HCl 240 se localiza corriente arriba de medios de movimiento de gas o soplador de gas de proceso 245 para consideraciones metalúrgicas en el soplador. El depurador de HCl 240 puede incluir un intercambiador de calor asociado 241 como se muestra en la Figura 13. Como se muestra en la Figura 13, el depurador HCl 240 es una torre empacada donde casi todo el HCl en la corriente de gas reaccionará con una solución alcalina de re-circulación, NaOH como se muestra. Un intercambiador de calor 241 regula la temperatura del sistema. La torre empacada también proporciona área de contacto suficiente para enfriar el gas hasta alrededor de 35°C. Un filtro de lecho de carbón 242 se usa para separar contaminantes de agua soluble potencial, tales como metales pesados, HCN, amoniaco, alquitranes y el tipo de la solución liquida. El depurador de HCl 240 está diseñado para concentración de salida de HCl 5 ppm. Esto reduce la emisión de HCl del tubo se escape de motor de una aplicación corriente abajo hasta 2 ppm. Una corriente de extracción de agua de desechos se envía a un tanque de almacenamiento de agua de desechos para eliminación. La Figura 14 muestra un sistema ejemplar para recolección y almacenamiento de agua de desechos del GCS, en el cual el agua de desechos se recolecta del depurador de HCl 240 y/o otros procesos corriente arriba en una pileta de drenaje 70 y luego alimentar en un tanque que mantiene agua de desechos 72. Una bomba de agua de desechos 74 se usa para transferir agua de desechos del tanque de mantenimiento al drenaje o a un camión para transporte a una instalación exterior. Diseño de Caudal de flujo de gas - 9500 Nm3/hr Entrada Normal / Carga de HCl máxima para depurador - 0.16% / 0.29% Concentración de salida de HC1 - 5 ppm La corriente de agua en el depurador 2 HC1 240 analiza en el arranque para confirmar ficiencia eliminación de materia en partículas. (6) Soplador de gas de proceso Después de que el HC1 se elimina del gas de síntesis de entrada, un soplador de gas 245 se emplea en este punto para proporcionar la fuerza de conducción para el gas a lo largo del proceso de la salida del convertidor 50 hasta los motores de la aplicación de corriente abajo. Esto se encuentra corriente arriba del pulidor de mercurio 250 ya que el pulidor 250 tiene una mejor eficiencia de eliminación de mercurio bajo presión. Esto también permite que el tamaño del recipiente del pulidor de mercurio se reduzca. El soplador 245 se diseña usando todas las caídas de presión de diseño del recipiente corriente arriba. Esto se diseña también para proporcionar la presión requerida para pérdidas de presión de equipo corriente abajo para tener una presión final de ~2.5 psig (0.175 kg/cm2) en el tanque de almacenamiento de gas (o "cámara de homogenización "). (7) Enfriador de Gas Como el gas se presuriza a través del soplador 245, esta temperatura sube hasta alrededor de 11°C. Como el gas de admisión pasa a través del enfriador de gas 246 la temperatura del gas de admisión se reduce nuevamente a 35 °C. Esto se requiere para la operación del sistema de eliminación de H2S corriente abajo 260. La temperatura de diseño máxima del sistema de H2S es 40 °C. (8) Pulidor de Mercurio Un filtro de lecho de carbón 250 se usa como un dispositivo de pulido final para cualquier metal pesado restante en la corriente de gas de síntesis de entrada. La eficiencia de lecho de carbón se mejora cuando el sistema está bajo presión en lugar de vacío, es a temperatura inferior, gas se satura y HC1 se elimina del gas de manera que no se deteriore el carbono. Esta etapa de eliminación de metal adicional también proporciona la flexibilidad en controlar los metales en el sistema. El rendimiento del pulidor de mercurio se mide al analizar el gas por mercurio. El seguimiento no es necesario que sea en línea y puede implicar simplemente verificación periódica por muestreo de complemento. Las correcciones se hacen al modificar la velocidad de alimentación de carbón y observando caída de presión a través del pulidor 250, y al analizar la eficiencia de lecho de carbón por medio de muestreo . El filtro de lecho de carbón está diseñado para más de 99% de eficiencia de eliminación de mercurio. Diseño de Caudal de Flujo de Gas - 9500 Nm3/hr Carga de mercurio Normal/Máxima - 190 µg/Nm3/l .3mg/Nm3 Vida del lecho de carbón - 3-5 años Salida del lecho de carbón de mercurio garantizada - 19 µg/ m3 (99%) (9) Eliminación de Azufre Después de que los metales pesados adicionales se eliminan en el pulidor de mercurio 250, azufre en el gas de admisión se elimina usando un sistema de eliminación de H2S 260. El sistema de eliminación de H2S 260 se basa en las limitaciones de emisiones de S02 indicadas en los lineamientos A7 del Ministro del Medio Ambiente, Ontario, Canadá. La eficiencia de eliminación de H2S será tal que el gas que sale del GCS y siendo quemado en los motores de gas producirá emisiones de S02 por debajo de 15ppm. El sistema de eliminación de H2S 260 está diseñado para concentraciones de salida de H2S de 20 ppm (salida de sistema H2S) . La Figura 15 muestra un diagrama esquemático ejemplar de un sistema de eliminación de H2S adecuado 260 y componentes asociados que utilizan tecnología Shell paques. Paques es un proceso de dos etapas: (1) eliminación de H2S de la corriente de gas en un interruptor automático de H2S 80, y (2) recuperación de azufre - Esto incluye un bio-reactor 82 para oxidación de sulfuro a azufre elemental, la filtración de azufre, esterilización de azufre y corriente de extracción para cumplir con los requisitos reglamentarios. El gas de admisión del filtro del lecho de carbón 250 pasa a través de un interruptor automático de H2S 80 donde el H2S se elimina del gas de síntesis por la re-circulación de una solución alcalina. El sulfuro que contiene solución del depurador se envía a un bio-reactor 82 para la regeneración de la alcalinidad. En el bio-reactor, la bacteria Thiobacillus convierte él sulfuro en azufre elemental por oxidación con aire. Un sistema de control controla el caudal de flujo de aire en el bio-reactor 82 para mantener el inventario de azufre en el sistema. Una estela del bio-reactor 82 se filtra al interior de una prensa filtro. El filtrado de la prensa filtro se envía nuevamente al proceso, una corriente pequeña de este filtrado se envía como una corriente de extracción líquida. Hay dos fuentes de descarga; una descarga sólida azufre con alguna biomasa y una descarga líquida - agua con sulfato, carbonato y alguna biomasa. Ambas corrientes se esterilizan antes de su eliminación final. Diseño de Caudal de flujo de gas - 8500 Nm3/hr Carga normal / Máxima de H2S - 353 ppm/666 ppm Desempeño Garantizado requerido después del sistema de eliminación de H2S: Salida de H2S garantizada para sistema - 20ppm Almacenamiento de Gas y Calentamiento de Gas El gas de síntesis de salida limpiado y enfriado se transfiere a un tanque de almacenamiento de gas para almacenamiento. El propósito del tanque de almacenamiento de gas es para homogenizar su composición (poder calorífico -LHV) y su presión. Ya que el diseño de motor de gas requiere que el gas de entrada sea de un rango de composición específico en una humedad relativa especificada, antes del uso, el gas se puede pasar a través de un enfriador para condensar el agua fuera del gas de síntesis y sub-enfriar el gas desde 35°C hasta 26°C. El agua condensada de la corriente de gas de admisión se elimina por un separador gas/líquido. Esto asegura que el gas tiene una humedad relativa de 80% una vez que se re-calienta a 40°C (requisito de motor) después del almacenamiento de gas antes de enviarse a los motores. El GCS descrito antes tiene las siguientes especificaciones, como se muestra en la Tabla 4: Tabla 4 : Especificaciones GCS Torre de Apagado Gas apagado de 740°C hasta 200°C en 2 segunda de residencia Inyección de Carbono Activado 90% eficiencia de eliminación de mercurio Filtro de emisiones particuladas 99.9% eficiencia de eliminación de partículas 99.65% eficiencia de eliminación de cadmio 99.9% eficiencia de eliminación de conducción Depurador de HC1 99.8% eficiencia de eliminación HC1 Soplador de Gas Ventilador rotatorio sellado para cero fugas Enfriador de Gas Conducción de enfriamiento 0.5 Mbtu/hr Filtro de Lecho de Carbono 99% eficiencia de eliminación de mercurio Depurador de H2s H2S en salida de depurador - 20 ppm Bio Reactor Eficiencia de regeneración máxima con purga Prensa de filtro 2 días de capacidad de eliminación de azufre Tanque de almacenamiento de gas 2 min capacidad de almacenamiento de gas La composición y condición de gas de la alimentación de gas de admisión en el GCS como se describe en este ejemplo y el gas acondicionado que resulta del procesamiento a través del GCS se muestra en Tabla 5: Tabla 5 : Composición y Acondicionamiento de Gas antes y después de GCS EJEMPLO 2: INTRODUCCION DE UN GCS QUE COMPRENDE ETAPAS DE PROCESOS CONVERGENTES El siguiente ejemplo proporciona una introducción de un GCS que comprende etapas de procesos convergentes como se muestra en la Figura 9. En este ejemplo, el GCS comprende un acondicionador de gas convertidor 2 y un acondicionador de gas de residuo sólido 3, en el cual una corriente de gas secundaria generada en un acondicionador de residuo sólido 165 se procesa en un acondicionador de gas de residuo sólido 3 y luego alimentada en el acondicionador de gas convertidor 2. En este ejemplo, el gas de admisión ya se ha enfriado previo a entrar al GCS, por ejemplo, en un recuperador. Procesos de Etapa Uno El carbón activado 171 se inyecta en la corriente de gas de síntesis de entrada, y materia en partículas y metales pesados se eliminan del gas de admisión usando unidad de eliminación de partículas 130. La materia en partículas y eliminación de metal pesado del gas de admisión se recolecta y transfiere al acondicionador de residuo sólido 165 donde esto se convierte a un residuo sólido y una corriente de gas secundaria . La corriente de gas secundaria luego entra en un intercambiador de calor de residuo sólido 170 donde esto se enfría. En una etapa posterior, carbón activado 172 se inyecta al interior de la corriente de gas secundaria, y metales pesados o materia en partículas en la corriente de gas secundaria se separan de la corriente de gas secundaria usando unidad de eliminación de partícula 185. La corriente de gas secundaria se dirige luego nuevamente al acondicionador de gas convertidor 2 donde esto entra y se combina con la corriente de gas de admisión después de la unidad de eliminación de partícula 130 del acondicionador de gas convertidor 2. Procesos de Etapa Dos Aún con referencia a la Figura 9, una vez materia en partículas y metales pesados se eliminan de la corriente de gas de admisión, la corriente de gas de admisión combinada con la corriente de gas secundaria del acondicionador de gas de residuo sólido 3, se dirige luego a un sistema de eliminación HC1 140 en los cuales gases de ácido se separan del gas de admisión. El HC1 está presente en el gas de síntesis si la carga de alimentación carbonosa usada para generar el gas de síntesis en el gasificador de baja temperatura incluye hidrocarburos clorados. Con objeto de ayudar en la transferencia del gas de síntesis de entrada del sistema de eliminación de HC1 140 al siguiente proceso del sistema, una unidad de movimiento de gas 145 tal como un soplador u otra unidad adecuada se usa. En este ejemplo, una siguiente etapa opcional en el GCS es para remover metales pesados en un pulidor de metal pesado 150. Los metales pesados y materia en partículas eliminados en esta etapa, junto con aquellos eliminados de la corriente de gas de síntesis secundaria en el acondicionador de gas de residuo sólido 3 se envían a un relleno sanitario controlado, controlado por eliminación. El siguiente proceso como se muestra en la Figura 9 es también opcional y se elimina de azufre 160 del gas de síntesis de entrada. El ácido sulfúrico está presente si la carga de alimentación carbonosa usada para generar el gas de síntesis en el convertidor es carbón mineral con un alto contenido de azufre. El azufre que se elimina se recolecta y usa en aplicaciones comerciales. La salida de gas de síntesis se alimenta a una aplicación de corriente abajo. El azufre generado de esta etapa se puede además procesar para usar en aplicaciones comerciales o para eliminación.
EJEMPLO 3: INTRODUCCION DE UN GCS POR ACONDICIONADO DE GAS DE ALTA TEMPERATURA Este ejemplo describe un GCS para acondicionado de gas de alta temperatura y proporciona un ejemplo de una secuencia de proceso lineal. Una introducción de las etapas de procesamiento llevadas a cabo por este GCS se muestra en la Figura 3. En aplicaciones de gran capacidad, con objeto de mejorar la eficiencia térmica total, el gas de síntesis se puede limpiar a temperaturas tan altas como 760°C. El gas de síntesis que sale del convertidor 51 se enfría a aproximadamente 760°C en un intercambiador de calor 310.
Este gas de síntesis enfriado (gas de síntesis de entrada) luego entra al GCS 6. La materia en partículas y metales pesados se eliminan luego del gas de síntesis de entrada en un separador de ciclón o filtro 330 (Proceso de Etapa Uno) . Los siguientes Procesos de Etapa Dos se llevan a cabo luego. Un lecho protector de cloruro 340 (Nahcolite) se usa para eliminar HC1, seguido por eliminación de H2S 360 por agentes de adsorción. Finalmente, un filtro de cerámica 362 se usa para eliminar cualquier partícula en el gas de síntesis de entrada caliente, antes del almacenamiento del gas de síntesis acondicionado. El GCS de acuerdo a este ejemplo genera cantidades mínimas de residuos líquidos (posiblemente al menos uno de los ejemplos como se describe en los Ejemplos 1, y 3 hasta 7) pero puede aumentar la cantidad de descarga de residuos sólidos, incluso si los agentes de adsorción usados por la eliminación de gas ácido se regeneran.
EJEMPLO 4: INTRODUCCION DE UN GCS EN EL QUE NO HAY ETAPA DE INYECCIÓN DE CARBÓN ACTIVADO Este ejemplo describe una introducción de las etapas de procesamiento llevadas a cabo por un GCS como se muestra en la Figura 4, en las cuales no de carbón activado se inyecta en el sistema. Este ejemplo incorpora una secuencia de proceso de convergencia.
El gas de admisión de un convertidor 52 se enfria con un intercambiador de calor 410 y luego entra un acondicionador de gas convertidor 8, donde materia en partículas se elimina de la corriente de gas de admisión usando un filtro de emisiones en partículas 430. La materia en partículas recolectada del filtro de emisiones en partículas 430 se envía a un acondicionador de residuo sólido 465 para producir una corriente de gas secundaria y un residuo sólido. La corriente de gas secundaria se procesa luego en un acondicionador de gas de residuo sólido 7. El acondicionador de gas de residuo sólido 7 lleva a cabo las etapas de procesamiento de Etapa Uno de enfriamiento de la corriente de gas secundaria en un intercambiador de calor aire a gas indirecto 470 y eliminación de materia en partículas de la corriente de gas secundaria en un filtro de emisiones en partículas 485. Las etapas opcionales incluyen enfriamiento de gas 490 y eliminación de metales pesados y materia en partículas en un lecho de carbón 495. La corriente de gas secundaria se alimenta luego nuevamente al acondicionador de gas convertidor 8 antes del filtro de emisiones en partículas 430 y luego flujos a través del filtro de emisiones en partículas 430. El gas de admisión se procesa luego en etapas de procesamiento de Etapa Dos de eliminación de gas ácido en un depurador de HCl 440, seguido por eliminación de metales pesados y materia en partículas en un pulidor de mercurio 450, y eliminación de azufre en un depurador de H2S 460. Las distinciones entre el GCS mostradas en el Ejemplo 1 y el GCS descrito en este ejemplo incluyen: • Una porción importante de los metales pesados pasan a través del filtro de emisiones en partículas 430 y se absorben parcialmente en las corrientes líquidas en los subsistemas posteriores, y eventualmente son capturados en el lecho de carbón 450. La carga de metal pesado en las corrientes acuosas es superior a la que se observa para el GCS descrito en el Ejemplo 1. • carga de materia en partículas a disminuir antes de un filtro de emisiones en partículas 430 • La cantidad de sólidos (ceniza) del filtro de emisiones en partículas 430 es menos que en el GCS descrito en el Ejemplo 1. La corriente líquida (agua de desechos) que resulta de este GCS descrita en este Ejemplo tiene más contaminantes tales como metales pesados en esto, como se compara con el GCS descrito en el Ejemplo 1, así aumentando la posibilidad de que esta corriente líquida o agua de desechos se podría clasificar como residuos peligrosos y puede requerir el uso de un filtro de carbón en los agua de desechos, que pueden aumentar el costo del sistema. En este ejemplo, la vida útil del lecho de carbón corriente abajo podría reducirse debido a conducción de metal altamente pesado, y más carbón gastado será generado, el cual también se clasificará en residuos peligrosos si no se requiere de regeneración. EJEMPLO 5: INTRODUCCION DE UN GCS EN EL CUAL UNA PORCIÓN DEL GAS DE SÍNTESIS ENFRIADO SE RECICLA Una introducción de las etapas de procesamiento llevada a cabo por un GCS en el cual algo de gas enfriado procesado a través del GCS se recicla a través del sistema se muestra en la Figura 5. Este GCS proporciona un ejemplo de una secuencia de proceso lineal. Procesos de Etapa Uno El gas de admisión es un gas de síntesis que sale del convertidor 53 y se enfría en un intercambiador de calor 510. Este gas de admisión luego entra al GCS 10 y se enfría en un apagador seco 520 como se describe en el Ejemplo 1. El carbón 571 se inyecta al interior de la corriente de gas de síntesis de entrada, y metal pesado y materia en partículas se eliminan en un filtro de emisiones en partículas 530. El gas de síntesis que sale del filtro de emisiones en partículas 530 se divide al interior de dos corrientes. En una corriente, hasta 30% del gas de síntesis se recicla nuevamente a la salida del recuperador 510 (antes de apagar en seco 520) por el uso de un soplador 545. En este ejemplo, el costo y tamaño la torre de apagado en seco y la cantidad de agua consumida se puede minimizar. En la otra corriente, el gas de síntesis que sale del filtro de emisiones en partículas 530 se procesa a través de los procesos de Etapa Dos en los cuales HCl se elimina en un depurador de HCl 540, seguido por eliminación de metal pesado y materia en partículas en un lecho de carbón 550, y finalmente, eliminación de H2S 560. En este ejemplo, menos desechos líquidos se generan en el GCS descrito en el Ejemplo 1, y la cantidad de residuos sólidos generados es aproximadamente la misma como la que se genera en el Ejemplo 1. EJEMPLO 6: INTRODUCCION DE UN GCS EN EL CUAL MATERIA EN PARTÍCULAS SE ELIMINA DEL GAS DE SÍNTESIS DE ENTRADA A ALTA TEMPERATURA Un ejemplo de un GCS en el cual materia en partículas se elimina del gas de admisión en un proceso de Etapa Uno a alta temperatura se muestra en la Figura 6 y difiere del GCS descrito en el Ejemplo 1 en que un filtro de alta temperatura (separador de partícula) 605, tal como un ciclón, se usa para eliminar las partículas gruesas del gas de síntesis. Esto reduce significativamente conducción de materia en partículas en gas de síntesis antes del filtro de emisiones en partículas 630. Las partículas finas restantes se recolectan por el filtro de emisiones en partículas 630. En este ejemplo, la corriente de gas secundaria procesada a través del acondicionador de gas de residuo sólido 9 se alimenta nuevamente al acondicionador de gas convertidor 12 antes del intercambiador de calor 610. En este ejemplo, gas de síntesis de entrada de un convertidor 54 se procesa para eliminar materia en partículas a alta temperatura (Proceso de Etapa Uno) en un filtro de ciclón 605. El gas de síntesis del filtro de ciclón 605 se puede ya sea además procesar en Proceso de Etapa Uno de enfriamiento en un intercambiador de calor 610, y eliminar de materia en partículas y metales pesados en un filtro de emisiones en partículas 630, y luego procesar a través de procesos de Etapa Dos, o el gas de síntesis del filtro de ciclón 605 se puede alimentar directamente a proceso de Etapa Dos de eliminación de HCl 640, eliminación de metal pesado y partículas en un lecho de carbón 650, y eliminación de H2S 660, antes del almacenamiento de gas. En este ejemplo, la corriente de residuos generados del depurador de HCl 640 se trata por filtración a través de un lecho de carbón 642 para eliminar metales pesados y materia en partículas. La materia en partículas o ceniza del filtro de emisiones en partículas 630 del acondicionador de gas convertidor 12, se calienta en el acondicionador de residuo sólido 665 para producir un material sólido y una corriente de gas secundaria. La corriente de gas secundaria se procesa por medio de etapas de procesamiento de Etapa uno incluyendo enfriamiento en un intercambiador de calor aire a gas indirecto 670, seguido por eliminación de materia en partículas y metales pesados en un filtro de emisiones en partículas 685. Además etapas opcionales incluyen enfriamiento de la corriente de gas secundaria en un enfriador de gas 690, y eliminación de metales pesados y materia en partículas en un lecho de carbón 695. La corriente de gas secundaria se alimenta luego nuevamente al acondicionador de gas convertidor 12 antes del enfriamiento del gas en el intercambiador de calor 610. En este ejemplo las cantidades de ambos la corriente de residuos líquidos y descarga de residuos sólidos no son significativamente diferentes del GCS descrito en el Ejemplo 1. Sin embargo, la vida útil del filtro de emisiones en partículas se prolonga.
EJEMPLO 7: INTRODUCCION DE UN GCS QUE NO INCLUYE UN FILTRO DE EMISIONES EN PARTÍCULAS PARA ELIMINACIÓN DE MATERIA EN PARTÍCULAS Un ejemplo de un GCS en el que materia en partículas se elimina de la corriente de gas de admisión usando una unidad de eliminación de partícula diferente a un filtro de emisiones en partículas se describe como sigue y se muestra en la Figura 7. Este GCS proporciona un ejemplo de una secuencia de proceso lineal. Como se muestra en la Figura 7, gas de admisión se produce en un convertidor 55 y se enfria en un intercambiador de calor 710. El gas de admisión luego entra al GCS 14. En este ejemplo, un filtro de emisiones en partículas no se incorpora al interior del procesos de Etapa Uno del GCS, pero un filtro de alta temperatura 705 (cualquier ciclónico o cerámico) se emplea para eliminar una porción o la mayoría de las partículas antes de que el gas de síntesis se procesa a través de los procesos de Etapa Dos incluyendo apagado de humedad en un depurador de agua 740. Los contaminantes, que pueden incluir materia en partículas, NH3/ HCN, HC1, alquitranes y metales se absorben en el líquido y tratan en una facilidad de tratamiento de agua de desechos. Después de que el gas de admisión se procesa a través del depurador de agua 740, azufre se elimina en un sistema de eliminación de H2S 760, y metales pesados y materia en partículas se eliminan en un pulidor de mercurio 750. En este ejemplo, grandes cantidades de residuos líquidos que contienen los contaminantes anotados arriba serán generados y estas cantidades de residuos líquidos requerirán tratamiento riguroso antes de la eliminación. Los residuos sólidos (ceniza separada) pueden contener metales pesados, orgánicos y otras especies inorgánicas, y así se clasificarán como residuos peligrosos, que requerirán los procedimientos de eliminación adecuados. Como un proceso opcional, si los residuos sólidos se alimentan nuevamente a un acondicionador de residuos sólidos, los residuos sólidos en primer lugar requerirán la deshidratación y secado, que se agregará al costo de operación del GCS.
EJEMPLO 8: INTRODUCCION DE UN GCS EN EL CUAL GAS ACONDICIONADO NO SE USA PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA EN APLICACIONES CORRIENTE ABAJO La Figura 8 describe un ejemplo de un GCS en el cual la salida de gas no se usa para la generación de energía en una aplicación corriente abajo. El GCS 16 en este ejemplo proporciona el envío del gas de admisión a través de un proceso de Etapa Uno en el cual metales pesados y materia en partículas se eliminan del gas de síntesis de entrada en un filtro ciclón 830, seguido por etapas de procesamiento de Etapa Dos posteriores usando: un depurador venturi 842, un depurador de chorro de incidencia 844, un condensador, un filtro de emisiones en partículas 830, un orificio y luego en un mecanismo de tubo de escape. El GCS descrito aquí proporciona un ejemplo de un proceso lineal.
EJEMPLO 9: UNA PLANTA DE GASIFICACION DE RESIDUOS SOLIDOS MUNICIPALES QUE COMPRENDE UN GCS El GCS se puede integrar con un sistema de gasificación de plasma y/o aplicaciones corriente abajo. La Figura 10 describe un diagrama de flujo de proceso de introducción de planta de gasificación de residuos sólidos municipales que comprende un GCS ejemplar que se integra con una aplicación corriente abajo que implica motores de gas. En este ejemplo, el acondicionador de gas de residuo sólido 11 comprende un enfriador de gas 1090 y un lecho de carbón activado 1095 después del filtro de emisiones en partículas 1085, y las alimentaciones nuevamente al interior del acondicionador de gas convertidor 18 antes del filtro de emisiones en partículas 1030. En este ejemplo, y con referencia al GCS mostrado en la Figura 10, gas de admisión del convertidor 56 del sistema de gasificación de plasma se enfría en un recuperador 1010 y luego procesa a través de un acondicionador de gas convertidor 18 en procesos de Etapa Uno de enfriamiento adicional en un proceso de apagado en seco 1020, además de carbón activado 1071 a la corriente de gas de admisión, y eliminación de materia en partículas y metales pesados en un filtro de emisiones en partículas 1030. El gas de admisión se procesa luego a través de procesos de Etapa Dos incluyendo eliminación de HC1 en un depurador de HC1 1040, la eliminación de metales pesados y materia en partículas en un pulidor de mercurio 1050 y eliminación de H2S en un sistema de eliminación de H2S 1060. el material recolectado en el filtro de emisiones en partículas 1030 del acondicionador de gas convertidor 18 se envía al acondicionador de residuo sólido 1065 donde esto se convierte a un residuo sólido y una corriente de gas secundaria. La corriente de gas secundaria generada en el acondicionador de residuo sólido 1065 se procesa en un acondicionador de gas de residuo sólido 11, a través de procesos de Etapa Uno de enfriamiento en un intercambiador de calor aire a gas indirecto 1070, eliminación de materia en partículas en un filtro de emisiones en partículas 1085, seguido por enfriamiento en un enfriador de gas 1090 y eliminación de metal pesado adicional y materia en partículas en un lecho de carbón activado 1095. La corriente de gas secundaria se alimenta luego en el acondicionador de gas convertidor 18 donde esto se combina con la corriente de gas de admisión antes de la entrada de la corriente de gas de admisión en el filtro de emisiones en partículas 1030 del acondicionador de gas convertidor 18. La corriente de gas de admisión se procesa luego a través de la Etapa Uno restante y etapas de procesamiento de Etapa Dos del acondicionador de gas convertidor 18. Detalles adicionales del proceso se describen como sigue : INTRODUCCIÓN AL PROCESO El gas de síntesis crudo sale del convertidor 56 y pasa a través de un recuperador 1010. El recuperador 1010 enfria el gas y el calor sensible se usa para precalentar el aire de proceso que se introduce en el convertidor 56. El gas de síntesis enfriado luego sigue en un GCS, donde el gas de síntesis se enfría además y limpia de partículas, metales y gases ácidos secuencialmente . El GCS en este ejemplo comprende un acondicionador de gas convertidor 18 y un acondicionador de gas de residuo sólido 11. La limpieza y gas de síntesis acondicionado (gas de salida, con humedad deseada) se almacena en el tanque de almacenamiento de gas de síntesis 1062 antes de alimentarse en los motores de gas 1063, del cual la electricidad se genera. Las funciones de componentes principales (equipo) en el sistema se ilustran en las siguientes secciones (ver Tabla 6) , siguiendo la secuencia que el gas de síntesis se procesa. La figura de equipo y diagrama de proceso de la planta de gasificación MSW se presentan en las Figuras 16 y 10, respectivamente.
Tabla 6: Función Principal del Subsistema Subsistema o equipo Función Principal Recuperador 100 Enfriar gas de síntesis y recuperación de calor sensible Enfriador por Evaporación Enfriamiento adicional de (Apagado en Seco) 1020 gas de síntesis antes del filtro de emisiones particuladas Sistema de Inyección de Adsorción de metal pesado secado 1071 Filtro de emisiones Recolección de partículas o particuladas 1030 polvo Depurador HCL 1040 Eliminación de HCL y enfriamiento / acondicionado de de gas de síntesis Lecho de filtro de carbón eliminación de mercurio 1050 adicional Sistema de eliminación de H2S La eliminación de H2S y 1060 recuperación de azufre elemental Acondicionador de gas de Limpieza y enfriamiento de reisudo sólido 11 gas de salida de cámara de escoria Sistema de Regulación de Gas Almacenaje de gas de de Síntesis (Cámara de síntesis, homogenización, y Homogenización, Enfriador y control de humedad Separador Gas/Líquido Motores de gas 1063 Conductor primario para generación de electricidad Quemador de chimenea 1064 Quemadura de gas de síntesis durante el arranque RECUPERADOR Con el fin de recuperar el calor sensible de gas de síntesis, el gas de síntesis crudo que sale de cámara de refinado se enfría al aire usando un intercambiador de calor tipo envolvente-tubo, llamado un recuperador 1010. El gas de síntesis fluye a través del lado del tubo y el aire pasa a través del lado de la envolvente. La temperatura de gas de síntesis se reduce desde 1000°C hasta 738°C mientras se aumenta la temperatura de aire desde ambiente hasta 600 °C. El gas de síntesis de entrada luego entra al acondicionador de gas convertidor 18. ENFRIADOR POR EVAPORACIÓN (PROCESAMIENTO DE ETAPA UNO) El enfriador por evaporación lleva a cabo la primera etapa del acondicionador de gas convertidor 18. El enfriador por evaporación 1020 hace caer la temperatura de gas de síntesis a 250°C por medio de inyección directa de agua en una manera controlada (saturación adiabática) . Este proceso se llama también apagado por secado en que no hay líquido presente en el enfriamiento. El agua se atomiza y rocía co-actualmente en la corriente de gas de síntesis. Cuando el agua se evapora, esto absorbe el calor sensible del gas de síntesis y disminuye la temperatura de gas de síntesis a aproximadamente 250 °C antes de alimentarse al filtro de emisiones en partículas.
SISTEMA DE INYECCIÓN DE SECADO (PROCESAMIENTO DE ETAPA UNO) El sistema de inyección de secado 1071 inyecta carbón activado en la corriente de gas de síntesis de entrada. El carbón activado tiene una porosidad muy alta, una característica que es propicia para la adsorción de superficie de grandes' especies moleculares tales como mercurio y dioxina. El carbón activado, almacenado en una tolva, se inyecta neumáticamente en la corriente de gas de admisión y captura en el filtro de emisiones en partículas 1030. De esta manera, los metales y otros contaminantes se separan de la corriente de gas. Alternativamente otros materiales tales como feldespato, cal, y otros agentes de adsorción se pueden inyectar en la corriente de gas para controlar y capturar metales pesados y alquitranes encontrados en la corriente de gas de síntesis de entrada sin bloqueo de esto.
FILTRO DE EMISIONES EN PARTÍCULAS (PROCESAMIENTO DE ETAPA UNO) La materia en partículas y carbón activado con metal pesado en su superficie se remueve del gas de síntesis en el filtro de emisiones en partículas 1030. En el filtro de emisiones en partículas 1030, una torta filtro se forma con materia en partículas. Esta torta filtro aumenta la eficiencia de eliminación de partículas del filtro de emisiones en partículas. Los metales pesados tipo cadmio y conducción son en forma de partículas a esta temperatura y se recolectan también en el filtro de emisiones en partículas con muy alta eficiencia de recolección. Cuando caída de presión a través del filtro de emisiones en partículas 1030 aumenta hasta un cierto límite " establecido, chorros en pulsos de nitrógeno se usan para limpiar las bolsas. Los sólidos que caen de la superficie de salida de las bolsas se recolectan en el embudo de fondo y se envían al acondicionador de residuo sólido 1065 para conversión o eliminación adicional (ver acondicionador de gas de residuo sólido etapa abajo) .
DEPURADOR DE HCL (PROCESAMIENTO DE ETAPA DOS) El gas de síntesis de entrada sale del filtro de emisiones en partículas 1030 (partículas libres) se depura en un depurador de HC1 1040 en una torre empacada para eliminar HC1 en la corriente de gas por una solución alcalina. Dentro del depurador 1040, hay área de contacto suficiente para enfriar el gas a 35°C. La concentración de HC1 de salida alcanzará nivel 5 ppm. Una corriente de extracción de agua de desechos se envía a un tanque de almacenamiento de agua de desechos para eliminación.
SOPLADOR DE GAS DE SÍNTESIS (PROCESAMIENTO DE ETAPA DOS) Un soplador de gas 1045 se requiere en este punto para proporcionar la fuerza de conducción para el gas a lo largo del proceso de la salida del convertidor 56 hasta los motores 1063. Esto se encuentra corriente arriba del pulidor de mercurio 1050 ya que el pulidor tiene una mejor eficiencia de eliminación de mercurio bajo presión. El soplador 1045 se diseña usando todas las caldas de presión diseñadas del recipiente corriente arriba. Esto se diseña también para proporcionar la presión requerida para perdida de presión de equipo corriente abajo para tener una presión final de -2.1 hasta 3.0 psig (0.147 hasta 0.210 kg/cm2) en el tanque de almacenamiento de gas 1062.
LECHO DE FILTRO DE CARBÓN (PROCESAMIENTO DE ETAPA DOS) La presión de gas de síntesis se impulsa por un soplador 1045 y además enfría por un intercambiador de calor enfriado por agua 1046 antes del filtro de lecho de carbón 1050 que se usa como un dispositivo de pulido final por metal pesado en la corriente de gas. Esto es capaz también de absorber otros contaminantes orgánicos, tales como dioxinas de la corriente de gas si esta presente. El filtro de lecho de carbón 1050 está diseñado sobre 99.0% de eficiencia de eliminación de mercurio.
SISTEMA DE ELIMINACIÓN DE H2S (PROCESAMIENTO DE ETAPA DOS) Después de que la corriente de gas de admisión pasa a través del lecho de filtro de carbono, la eliminación de H2S 1060 se lleva a cabo usando tecnología Biológica Shell Paques. El gas de síntesis de entrada del filtro de lecho de carbón 1050 pasa a través de un depurador donde el H2S se elimina del gas de síntesis por re-circulación de una solución alcalina, lluego, la solución que contiene sulfuro del depurador se envía luego al bioreactor para regeneración de alcalinidad. La recuperación de azufre se presenta en el bio-reactor para oxidación de sulfuro en azufre elemental, seguido por filtración de azufre, esterilización de azufre y descarga de corriente de extracción para cumplir con los requisitos reglamentarios. El sistema de eliminación de H2S 1060 está diseñado para concentración de salida de H2S 20 ppm. Una vez que el gas de admisión sale del sistema de eliminación de H2S 1060 esto se dirige luego a un sistema de regulación de gas de síntesis que comprende entre otros componentes un enfriador, un separador gas/líquido y cámara de homogenización .
ACONDICIONADOR DE GAS DE RESIDUO SÓLIDO (PROCESAMIENTO DE ETAPA UNO) El material capturado en el filtro de emisiones en partículas del acondicionador de gas convertidor 1030 (que puede contener carbón activado y metales) se purga periódicamente por nitrógeno y transporta al acondicionador de residuo sólido 1065, donde el material se vitrifica. La corriente de gas secundaria sale del acondicionador de residuo sólido 1065 entra un acondicionador de gas de residuo sólido 11 donde esto se enfría en un enfriador de gas 1070. La corriente de gas secundaria se dirige luego a través del filtro de emisiones en partículas del acondicionador de gas de residuo sólido 1085 para eliminar partículas y luego se enfría por un intercambiador de calor 1090 antes de entrar un lecho de carbón activado 1095 donde los metales pesados se eliminan. El filtro de emisiones en partículas 1085 del acondicionador de gas de residuo sólido 11 se purga periódicamente también con base en la caída de presión a través del sistema. El residuo sólido recolectado en el filtro de emisiones en partículas de acondicionador de gas de residuo sólido 1085 se elimina por medios adecuados. El gas combustible (corriente de gas secundaria) que sale del acondicionador de gas de residuo sólido 11 se envía nuevamente al acondicionador de gas convertidor 18 para utilizar completamente la energía de recuperación.
SISTEMA DE REGULACION DE GAS DE SINTESIS El gas de salida que sale del GCS se almacena en un sistema de regulación de gas de síntesis 1062 antes de usar como un combustible para motores de gas. El diseño de motor de gas requiere que el gas de síntesis sea de un rango de composición específico en una humedad relativa específica. Por lo tanto, una vez que el gas de síntesis limpiado sale del depurador H2S 1060, esto se sub-enfría de 35°C hasta 26°C usando un enfriador. Esto condensa algo de agua de la corriente de gas. Esta agua se elimina por un separador gas/líquido. Esto asegura que el gas tiene una humedad relativa de 80% una vez que se recalienta a 40°C (requisito de motor) después del almacenamiento de gas antes de ser enviado a los motores en circunstancias donde la salida de gas se usa para la energía de un motor. El gas limpiado y enfriado entra en una cámara de homogenizacion diseñada para mantener aproximadamente 2 minutos de salida de las operaciones de procesamiento, así mezclando cualquiera de las variaciones en "riqueza" del gas, para alcanzar una calidad de gas altamente consistente (un gas regulado) que fluye a los motores. La cámara de homogenizacion se opera en 2.2 hasta 3.0 psig (0.154 hasta 0.210 kg/cm2) para cumplir con especificaciones de combustible de motor de gas. Una vez que el gas regulado sale de la cámara de homogenizacion, esto se calienta al requisito del motor y se dirige a los motores de gas 1063.
MOTORES DE GAS Cinco juegos de motores de gas GE Jenbacher 1063 se usan para producir electricidad con base en la escala de la planta. El motor de gas Jenbacher es un tipo de motor de pistón. Esto es capaz de hacer combustión baja o poder calorífico medio de gas de síntesis con alta eficiencia y emisiones bajas. Cada motor de gas tiene capacidad 1.0 W. Así, la capacidad completa de generación de electricidad es 5 MW. Sin embargo, debido al poder calorífico de gas relativamente bajo (como se compara con combustibles tales como gas natural) los motores se han reducido para operar alrededor de 700 k en su más eficiente punto de operación.
QUEMADOR DE CHIMENEA Un quemador de chimenea cerrado 1064 se uso para quemar gas de síntesis durante las fases del arranque, apagado y de estabilización del proceso. Una vez que el proceso se ha estabilizado el quemador de chimenea 1064 se usará para propósitos de emergencia solamente. El quemador de chimenea 1064 debe alcanzar 99.99% eficiencia de destrucción .
EJEMPLO 10: UNA PLANTA DE GASIFICACION DE RESIDUOS SOLIDOS MUNICIPALES QUE COMPRENDE UN GCS La Figura 11 describe un ejemplo de una planta de gasificación de residuos sólidos municipales que comprende un GCS similar al que se describe en el Ejemplo 9, con la excepción de que la corriente de gas secundaria generada en el acondicionador de residuo sólido 1065 se procesa en un acondicionador de gas de residuo sólido 13 y alimenta al interior del acondicionador de gas convertidor 20 después de la etapa de separación de Etapa Uno de la eliminación de materia en partículas y metales pesados en el filtro de emisiones en partículas 1030 del acondicionador de gas convertidor 20, y se procesa luego a través de Etapa Dos del acondicionador de gas convertidor 20.
EJEMPLO 11: INTRODUCCION DE UN GCS EN EL CUAL UN DEPURADOR DE GAS SECO Y UN FILTRO DE EMISIONES EN PARTÍCULAS SE USA PARA REMOVER LA MATERIA EN PARTÍCULAS Lo siguiente describe un sistema de acondicionamiento de gas ejemplar como se muestra en la figura 17, en el cual un depurador de gas seco y un filtro de emisiones en partículas se usan para remover la materia en partículas del gas de admisión . Como se muestra en la figura 17, el gas de admisión de un convertidor primero se enfría en un intercambiador de calor 1710 previo a entrar al GCS. El GCS en este ejemplo incluye el equipo necesario para inyección de bicarbonato de sodio y carbón activado, seco al interior del conducto y el filtro de emisiones en partículas 1730. El gas de admisión después de que el depurador de gas seco 1715 (procesamiento en la etapa uno) y la materia en partículas se remueven en un filtro de emisiones en partículas 1730 (Procesamiento en la etapa uno) se envía al depurador de gas húmedo 1740 (Procesamiento en la etapa dos) principalmente en una torre empacada seguido por un "una cámara de flujo cruzado 1760 como se ilustra en la figura 17. En el sistema de depurador de gas seco 1715, un polvo que contiene reactivo, bicarbonato de sodio y carbón activado, seco se almacena en descargadores de de bolsa de volumen. Una cantidad regulada de este reactivo se inyecta al interior del conducto a través de un sistema de transporte neumático corriente arriba del filtro de emisiones en partículas 1730. El carbón activado adsorbe los materiales pesados en la corriente del gas de admisión, y se lleva a cabo con otros materiales en partículas para el filtro de emisiones en partículas 1715. Los materiales en partículas se recolectan en el exterior de las bolsas de filtro, y la torta de polvo resultante además filtra la corriente del gas de admisión. El gas de admisión sale de cada compartimiento del filtro de tela se limpia y sub-enfría además en un depurador de gas de lecho empacado (absorbedor del depurador de gas húmedo 1740) , en el cual HC1 se remueve del gas de admisión, y una cámara de flujo cruzado 1760, en la cual H2S se remueve del gas de admisión. Requerimientos funcionales y técnicos del equipo Los requerimientos funcionales y técnicos del equipo descritos arriba son como sigue: Reactor de apagado (Absorbedor seco por roció) El reactor apagado o depurador de gas seco 1715 opera en una configuración de flujo contra corriente; el gas de síntesis caliente se apaga por solución alcalina fría del tanque que oxida la solución de la torre empacada. En el reactor empacado 1715 algo del HC1 presente en el gas de admisión se absorbe en la solución alcalina, y la sal que se precipita se remueve en el filtro de emisiones en partículas 1730. Reactivo y adición de carbón activado El reactivo y el carbón activado se agrega a la corriente de gas de admisión de silos de domo. Un alimentador de tornillos y un alimentador giratorio alimenta este material al interior de un conducto mezclado para mezclar (se hace reaccionar con gas de admisión) antes de que alcance el filtro de emisiones en partículas 1730. Filtro de emisiones en partículas Dos filtros de emisiones en partículas 1730 cada uno con 60% de capacidad con 3:1 aire hasta relación de tela se usan para evitar cualquier disminución indeseada. Durante el mantenimiento de uno de los filtros de emisiones en partículas el otro filtro de emisiones en partículas puede tomar la carga completa con aire más bajo hasta relación de tela sin dañar las bolsas y reducir el desempeño de la planta. Cada filtro de emisiones en partículas tiene valores de aislamiento para aislamiento durante el mantenimiento. Un sistema de calentamiento se proporciona para mantener el filtro de emisiones en partículas y la temperatura del embudo del fondo arriba del punto de rocío del gas todo el tiempo. El aislamiento propio se proporciona para asegurar pérdidas de calor sin radiación. Los filtros de emisiones en partículas 1730 se limpian intermitentemente con base en la caída de presión a través del filtro con nitrógeno (chorro de pulso tipo filtro de emisiones en partículas). Torre empacada (Absorbedor) El gas del filtro de emisiones en partículas 1730 se absorbe en un absorbedor de lecho empacado de flujo a contra corriente o absorbedor del depurador de gas húmedo 1740. El absorbedor de lecho empacado 1740 proporciona área y tiempo de contacto suficiente para la transferencia de calor y transferencia de masa. Una solución alcalina de carbonato de sodio con intervalos de 8.5 hasta 9.5 pH se vuelve a circular para el depurador de gas de gases ácidos. Cámara de flujo cruzado El bióxido de carbono en la corriente del gas de admisión es ácido y tiene afinidad para la solución alcalina en pH más alto (11.2-11.8), sin embargo H2S no puede absorberse con eficiente más alta en pH bajo. Para el balance entre la absorción de ¾S y el consumo de carbonato de sodio, el concepto de una cámara de flujo cruzado 1760 se adopta. En una cámara de flujo cruzado 1760 la solución de carbonato de sodio con pH alto se rocía en el patrón de flujo cruzado con gas de admisión para reducir el tiempo de contacto y por lo tanto reducir la reacción con C02. La solución de carbonato de sodio se prepara en un tanque de preparación de lote donde el carbonato de sodio se mezcla con agua en relación apropiada para hacer una solución de carbonato de sodio insaturada. Esta solución se suministra a un tanque de alimentación de pH alto el cual proporciona la solución para la cámara de flujo cruzado. Intercambiador de calor Dos intercambiadores de calor uno con 6.0 BTU/hr (con agua de enfriamiento como un medio de enfriamiento) y otro con 2 MBTU/hr (con agua sub-enfriada como medio de enfriamiento, para el verano) remueven calor de las soluciones que vuelven a circular. Tanque oxidante El depurado del sulfuro de hidrógeno con carbonato de sodio produce sulfuros de sodio; este sulfuro se convierte en una forma más estable como sulfato al oxidarse con aire al interior de tanque oxidante separado 1750. El carbón activado se agrega como catalizador para esta reacción. En términos de descarga de residuo liquido y residuo sólido, el GCS descrito en el Ejemplo 11 puede tener descarga de residuo sólido ligeramente más alto y descarga de residuo liquido comparado con la modalidad descrita en el Ejemplo 1.
EJEMPLO 12: CONTROL DE PROCESO DE NIVEL ALTO DE UNA PLANTA DE RESIDUOS SOLIDOS MUNICIPALES (MS ) QUE COMPRENDE UN GCS Este ejemplo proporciona una descripción de nivel alto de una estrategia de control para una planta MSW que comprende un GCS. El control de proceso de nivel alto incluye el control de componentes del GCS. Un enfoque de 2 fases se usa con respecto al desarrollo e implementación de la estrategia del control de proceso para una planta de gasificación de plasma MSW: Fase 1: Operación durante el inicio y puesta en marcha Para el inicio y puesta en marcha, se usa una estrategia de control de atrás hacia adelante (o impulso de suministro) donde el convertidor se corre a una relación de alimentación fija de MSW y las variaciones del proceso se absorben por el equipo corriente abajo (motores/generadores y quemador) . La planta se opera con un amortiguador pequeño de la producción del gas de síntesis en exceso, requiriendo un quemador continuo pequeño. La producción del gas de síntesis más allá de esta cantidad normal incrementa la cantidad de producción del gas de síntesis encendido y deficiente primero se consume al interior de este amortiguador, pero puede eventualmente requerir la salida de potencia del generador para reducirse (generadores pueden operarse desde 50-100% de salida de potencia por medio de un punto de conjunto de potencia ajustable) . Los beneficios de este esquema de control son: Es menos complejo. Mejora la capacidad de inicio y puesta en marcha de la planta, y luego hace uso de los datos que operan para implementar más control sofisticado. Desacopla el extremo de atrás del extremo de adelante tal que los problemas con una sección de la planta son menos probables para caer en cascada para el resto de la planta. Esto incrementa el tiempo de funcionamiento y mejora la capacidad para solucionar problemas y optimizar cada parte del proceso. El quemador continuo pequeño elimina el riesgo de flama visible grande en el quemador de chimenea el cual pueden ocurrir si el quemador se opera en modo de paro/inicio . Fase 2 : Estrategia de operación de larga duración La estrategia de control de larga duración para la planta MSW es para alcanzar el control de atrás hacia adelante (o control impulsado por demanda) donde los motores/generadores de gas en el extremo de atrás del impulso del sistema del proceso. Los motores de gas consumen un cierto volumen/hr de combustible dependiendo del contenido de energía del gas combustible y la potencia eléctrica se genera. Por lo tanto el objetivo de nivel alto del sistema de control es para asegurar que la alimentación MSW/HCF adecuada entra en el sistema y se convierte al gas de síntesis de contenido de energía adecuado para correr los generadores a potencia completa en todos las veces, mientras que la producción de gas de síntesis precisamente ajustada para el consumo de gas de síntesis tal que el encendido de gas de síntesis se elimina y se optimiza la potencia eléctrica producida por tonelada de MSW consumida. Un control de proceso a alto nivel esquemático para la operación de la fase 2 se muestra en la figura 18. La operación de la fase 1 es un sub-conjunto del control esquemático mostrado. Operación de fase 1 - Objetivos de control de proceso principales : a) Estabilizar la presión en el tanque de almacenamiento del gas de síntesis. b) Estabilizar la composición del gas de síntesis generado . c) Controlar la altura de la pila del material en la cámara principal del convertidor. d) Estabilizar las temperaturas en la cámara principal del convertidor. e) Controlar las temperaturas en la cámara de refinación del convertidor. f) Controlar la presión del proceso del convertidor. Descripción de cada objetivo a) Estabilizar la presión en el tanque de almacenamiento del gas de síntesis. Los motores de gas GE/Jenbacher son intolerantes de cambios en el suministro de presión. Las especificaciones son como sigue: presión mínima = 150 mbar (2.18 psig (0.153254 kg/cm2) ) ; presión máxima = 200 mbar (2.90 psig (0.20387 kg/cm2)); fluctuación permitida de la presión del gas combustible = +/- 10% (+/- 17.5 mbar, +/- 0.25 psi (0.017575 kg/cm2)); relación máxima de fluctuación de presión de gas = 10 mbar/sec (0.145 psi (0.0101935) /sec) . Los motores tienen un regulador de entrada que puede manejar disturbios pequeños en el suministro de presión, y el retraso en la tubería y la cámara de homogenización actúan un tanto para reducir estos cambios, pero esto permanece por necesidad el circuito de control de acción más rápida en el convertidor. La estrategia de control de presión de la fase 1 inicial se basa en la premisa de operación del convertidor que se corre a una relación de alimentación MSW suficiente para generar un amortiguador pequeño de la producción del gas de síntesis en exceso, la cual se enciende continuamente. Por lo tanto el control de presión de la cámara de homogenización es un circuito de control de presión simple donde las válvulas de control de presión en la línea del tanque de almacenamiento de gas de síntesis para el quemador se modulan como se requiera " para mantener la presión de la cámara en punto del conjunto deseado. b) Estabilizar la composición del gas de síntesis generado. Los motores de gas pueden operar durante un intervalo amplio de valores de combustible, con la condición de que la relación del cambio no es excesiva. La relación permisible del cambio para el poder calorífico más bajo es <1% de fluctuación en el gas de síntesis LHV/30 sec. Para H2 con base en los combustibles, el gas combustible es adecuado con un poco de H2 al 15% por si mismo, y el LHV puede ser tan bajo como 50 btu/scf (1.86 MJ/nm3). Para referencia, el LHV típico para el gas de síntesis producido está en el intervalo de 4.0 4.5 MJ/nm3. El volumen del sistema y la cámara de homogenización mayormente simplifican la taza de estabilización de la relación de cambio al proporcionar la mezcla de alrededor de 2 minutos valiosos de la producción del gas de síntesis. La composición de gas se mide por un analizador de gas instalado en la entrada de la cámara de homogenización. Con base en esta medición el controlador ajustará la relación de combustible a aire (es decir relación de alimentación MSW ligeramente incrementado/disminuido) con objeto de estabilizar el valor de combustible del gas. El incremento de cualquier alimento MSW o HCF con relación a la adición de aire que incrementa el valor de combustible del gas. Nota: Ya que esta acción de control tiene un tiempo de respuesta completamente grande, que se sintoniza para prevenir solamente la deriva de larga duración, no para responder a la variación de corta duración. Mientras que el HCF es por si mismo una fuente de combustible mucho más rica (~2x LHV) , se agrega típicamente en una relación 1:20 con el MSW, y no es por lo tanto el reproductor dominante en términos de combustible que se agrega al sistema. Es poco económico agregar demasiado HCF al sistema. El HCF por lo tanto se usa como un arreglo y no como un control primario. El HCF es una proporción para el alimento total con la relación ajustada para estabilizar el C total que sale del sistema en el gas de síntesis, como se mide por el analizador de gas. Estas fluctuaciones humedecidas en el valor de combustible MSW. c) Controlar la altura de la pila del material en la cámara principal del convertidor. Un sistema de control de nivel se requiere para mantener el lado de la altura de la pila estable en el convertidor. El control de nivel estable es necesario para prevenir la fluidización del material de la inyección de aire del proceso la cual puede ocurrir a nivel bajo y para prevenir la distribución de temperatura pobre a través de la propia pila para restringir el flujo de aire que ocurriría a alto nivel. El nivel estable de mantenimiento también mantiene el tiempo de residencia del convertidor consistente.
Una serie de interruptores de nivel en la cámara principal del convertidor mide la profundidad de la pila. Los interruptores de nivel son dispositivos de microondas con un emisor en un lado del recipiente y un receptor en el otro lado, el cual detecta ya sea la presencia o ausencia de material sólido en tal lado del punto del convertidor. El inventario en el recipiente es una función de relación de alimentación y movimiento de émbolo (y en un menor grado, de la eficiencia de conversión) . El émbolo de la etapa 3 ajusta el convertidor al mover una longitud y frecuencia de golpe fija para descargar ceniza del recipiente. El émbolo de la etapa 2 se mueve y sigue hasta que sea necesario para empujar el material en la etapa 3 y cambiar la etapa 3 del interruptor de nivel de inicio de etapa que se establece para "completo". El émbolo de la etapa 1 se mueve y sigue hasta que sea necesario para empujar el material en la etapa 2 y cambiar la etapa 2 del interruptor de nivel de inicio de etapa que se establece para "completo". Todos los émbolos luego se retiran simultáneamente, y un retraso programado se ejecuta antes de que la secuencia completa se repita. La configuración adicional puede usarse para limitar el cambio en longitudes de golpe consecutivas para menos de aquel nombrado por los interruptores de nivel para evitar los disturbios inducidos por émbolo en exceso.
Los émbolos necesitan moverse de forma completa frecuentemente con objeto de prevenir las condiciones de sobre temperatura en el fondo del convertidor. Además, los golpes de émbolo de extensión completa para el extremo de cada etapa pueden ser necesarios para programarse para que ocurran ocasionalmente para prevenir el material estancado de construcción y aglomeración cerca del extremo de la etapa . d) Estabilizar temperaturas en la cámara principal del convertidor Con objeto de obtener la eficiencia de conversión mejor posible, el material se mantiene en lo más alto en temperatura como sea posible, de manera que sea posible. Sin embargo, las temperaturas no pueden ir demasiado alto o el material comenzará a fundirse y aglomerarse (forma ladrillo vitrificado), el cual: 1) reduce el área de superficie disponible y por lo tanto la eficiencia de conversión, 2) provoca el flujo de aire en la pila para desviar alrededor de los pedazos de aglomeración, agrava la cuestión de temperatura y acelera la formación de aglomeración, 3) interfiere con la operación normal de los émbolos, y 4) potencialmente provoca un sistema que se disminuye debido al trabado del tornillo de eliminación de ceniza. La distribución de temperatura a través de la pila también se controlará para prevenir un segundo tipo de aglomeración del formado en este caso, metales plásticos y actúa como un aglutinante para el resto del material. El control de temperatura dentro de la pila se realiza al cambiar el flujo del aire de proceso dentro de una etapa dada (es decir más o menos combustión) . El flujo de aire del proceso proporciona para cada etapa en la cámara del fondo se ajustará para estabilizar temperaturas en cada etapa. El control de temperatura utiliza golpes de émbolo extra también pueden ser necesario para romper los puntos calientes . e) Controlar temperaturas en la cámara de refinación del convertidor Se ajusta la potencia del soplete de plasma para estabilizar las temperaturas de salida de la cámara de refinación en el punto de conjunto de diseño (1000°C) . Esto asegura que los alquitranes y hollín formados en la cámara principal se decomponen completamente. La adición del aire de proceso al interior de la cámara de refinación también porta parte de la carga de calor al liberar la energía de calor con la combustión del gas de síntesis. El caudal de flujo del aire de proceso se ajusta para mantener la potencia del soplete en un intervalo de operación bueno. f) Controlar la presión del proceso del convertidor La presión del convertidor se estabiliza al ajustar la velocidad del soplador del gas de síntesis. A velocidades bajas el soplador opera a la frecuencia mínima, un control secundario invalida y ajusta la válvula de recirculación de lugar. Una vez que la válvula de recirculación regresa completamente cerca, el control primario se vuelve a engranar. La descripción adicional de este control se encuentra a continuación. Fase 2 Objetivos de control de proceso: Para la operación de la fase 2, todos los objetivos de control de proceso se mantienen enlistados arriba. Sin embargo los requerimientos nuevos clave son para eliminar el encendido del gas de síntesis y para optimizar la cantidad de potencia eléctrica producida por tonelada de MSW consumido. Esto requiere que el flujo de gas de síntesis producido debe exactamente ajustar el combustible consumido por los motores. Por lo tanto el control de atrás hacia adelante (o control impulsado por demanda) debe implementarse donde los motores/generadores del gas en el extremo de atrás del sistema impulsa el proceso. Con objeto de estabilizar el flujo de gas de síntesis del convertidor, el flujo de aire del proceso al interior del convertidor se incrementa. Se ajusta la relación de la adición de MSW o HCF para el sistema eventualmente cambia el flujo de gas de síntesis, pero con un tiempo de residencia de 45+ minutos y sin reacciones de gasificación importante que toman lugar en el punto de entrada del material, no existe oportunidad de una respuesta rápida debido a estos ajustes (se espera que la respuesta importante tome lugar alrededor de 15 minutos) . Se ajusta el flujo de aire total que proporciona el circuito que actúa más rápido posible para control la presión. En el término corto, debido al grande inventario de material en el convertidor, se agrega más aire a la cámara del fondo no necesariamente diluido del gas en proporciones. El aire adicional penetra además al interior de la pila, y reacciona con material más alto. A la inversa, menos aire agregado enriquecerá inmediatamente el gas, pero eventualmente provoca temperaturas que caen y disminuyen las relaciones de reacción/flujo de gas de síntesis . El flujo de aire total está en proporción a la relación de alimentación del material (MSW+HCF) , los medios para incrementar el flujo de aire es para estimular la relación de alimentación del material. El controlador de sintonización se ajusta de manera que el efecto de aire incrementado se aprecia inmediatamente. El controlador de sintonización para la relación de alimentación es más baja, pero la alimentación adicional eventualmente se libera en y proporciona la solución de larga duración para estabilizar el flujo de gas de síntesis. Opcionalmente, se requiere reducir temporalmente la salida de potencia del generador dependiendo de las dinámicas del sistema para pontear el tiempo muerto entre el incremento de la relación de alimentación MSW/HCF e incrementar la visión del flujo de gas de síntesis. Los elementos de control dentro del GCS se describen como sigue con referencia a la figura 18. Los elementos de control dentro del GCS como se discuten aquí se integran con elementos de control a través de la planta MSW para asegurar la operación eficiente del sistema. Con referencia a la Figura 18, un elemento sensor de temperatura 8106 se proporciona para registrar a temperatura dentro del acondicionador de residuo sólido 4220, en donde esta temperatura es al menos parcialmente asociada con la potencia de salida de la fuente de calor de plasma del acondicionador de residuo sólido 4230. Se apreciará que otros elementos sensores de temperatura también pueden usarse en diversos puntos corriente abajo del convertidor 1200 para participar en diferentes procesos locales, regionales y/o globales. Por ejemplo, los monitores de temperatura también pueden asociarse con el GCS para asegurar gases condicionados por ello no son demasiado calientes para un sub-proceso dado, por ejemplo. Otros tales ejemplos deberán ser aparentes para la persona experta en la técnica . Al controlar el procesamiento de residuo dentro del acondicionador de residuo sólido, la potencia del soplete de plasma 4230 se puede ajustar como sea necesario para mantener temperaturas adecuadas para la operación de fusión. El instrumento de temperatura del acondicionador de gas del residuo sólido 4220 (por ejemplo elemento sensor de temperatura 8106) puede incluir, por ejemplo, dos termómetros ópticos (OT) los cuales miden la temperatura de superficie de la superficie durante la cual se apuntan, 3 termopares de espacio de vapor montados en los termopozos de cerámica anteriores del grupo de fusión, y 5 termopares montados en la piel externa montados en el metal protegido exterior. El acondicionador de gas del residuo sólido 4220 también puede incluir un transmisor de presión para medir la presión del proceso (por ejemplo elemento sensor de presión 8112) dentro del acondicionador de gas del residuo sólido 4220. La presión en el acondicionador de gas del residuo sólido 4220 puede monitorearse por un transmisor de presión utilizado al interior del espacio de vapor del recipiente (por ejemplo elemento 8112) . En general, la presión de operación del acondicionador de gas del residuo sólido 4220 es un tanto acoplado a tal del convertidor cámara de gasificación de manera que existe fuerza de impulso mínima para el flujo del gas a través de los transportadores de tornillo en cualquier dirección (flujo de solamente partículas de residuo sólido) . Una válvula de control (por ejemplo válvula 8134) se proporciona en la línea de salida de gas la cual puede restringir el flujo de gas que se remueve por el productor de vacío corriente abajo (soplador de gas de síntesis) . Un controlador DCS PID calcula la posición de la válvula necesaria para alcanzar la presión de operación deseada. La presión del convertidor y la presión a través del GCS pueden estabilizarse al ajustar la velocidad del soplador de gas de síntesis 6250. A velocidades debajo de la frecuencia mínima de operación del, un control secundario puede invalidar y ajustar un lugar de válvula de recirculación. Una vez que la válvula de recirculación regresa a estar completamente cerrada, el control primario se vuelve a engranar. En general, un sensor de presión 8110 es acopla operativamente al soplador 6250 por medio del sistema de control, el cual se configura para monitorear la presión dentro del sistema, por ejemplo a una frecuencia de alrededor de 20Hz, y se ajusta la velocidad del soplador por medio de un elemento de respuesta apropiado 8113 acoplado operativamente a esto para mantener la presión del sistema dentro de un intervalo deseado de valores.
EJEMPLO 13: UNA PLANTA DE GASIFICACION DE RESIDUOS SOLIDOS MUNICIPALES QUE COMPRENDE UN GCS La Figura 19 describe un diagrama de flujo del proceso de introducción de una planta de gasificación de residuos sólidos municipales que comprende un GCS ejemplar el cual se integra con una aplicación corriente abajo que involucra motores de gas. En este ejemplo, el acondicionador de gas del residuo sólido 15 no incluye un enfriador de gas o lecho de carbón activado después del filtro de emisiones en partículas 1985. La corriente de gas secundaria, una vez que se procesa a través del acondicionador de gas del residuo sólido 15 alimentada al interior del acondicionador de gas del convertidor 24 previo al filtro de emisiones en partículas 1930. En este ejemplo, el gas de admisión del convertidor 58 del sistema de gasificación de plasma se enfría en un recuperador 1910 y luego se procesa a través de un acondicionador de gas del convertidor 24 en los procesos de la etapa uno de enfriamiento adicional en un proceso de apagado en seco 1920, la adición del carbón activado 1971 a la corriente de gas de admisión, y la eliminación de materia en partículas y metales pesados en un filtro de emisiones en partículas 1930. El gas de admisión luego se procesa a través de procesos en la etapa 2 incluyendo eliminación de HC1 en un depurador de gas HC1 1940, el procesamiento de gas a través de un soplador de gas 1945 y enfriador 1946, la eliminación de metales pesados y materia en partículas en un pulidor de mercurio 1950 y eliminación de H2S en un sistema de eliminación H2S 1960. El material recolectado en el filtro de emisiones en partículas 1930 del acondicionador de gas del convertidor 24 se envía al acondicionador de residuo sólido 1965 donde se convierte a un residuo sólido y una corriente de gas secundaria. La corriente de gas secundaria generada en el acondicionador de residuo sólido 1965 se procesa en un acondicionador de gas de residuo sólido 15, a través de procesos en la etapa uno de enfriamiento en un enfriador de gas 1970, adición de carbón activado 1972, y eliminación posterior de materia en partículas en un filtro de emisiones en partículas 1085. La corriente de gas secundaria luego se alimenta al interior del acondicionador de gas del convertidor 24 donde se combina con la corriente de gas de admisión previo a la entrada de la corriente de gas de admisión al interior del filtro de emisiones en partículas 1930 del acondicionador de gas del convertidor 24. La corriente de gas de admisión luego se procesa a través de las etapas de procesamiento en la etapa uno y etapa dos restantes del acondicionador de gas del convertidor 24. Los detalles adicionales del proceso se describen a continuación .
INTRODUCCIÓN AL PROCESO El gas de síntesis crudo sale del convertidor 58 y pasa a través de un recuperador 1910. El recuperador 1910 enfria el gas y el calor sensible se usa para precalentar el aire de proceso que se introduce al interior del convertidor 58. El gas de síntesis enfriado luego fluye al interior de un GCS, donde el gas de síntesis además se enfría y limpia de materiales en partículas, metales y gases ácidos secuencialmente . El GCS en este ejemplo comprende un acondicionador de gas del convertidor 24 y un acondicionador de gas de residuo sólido 15. El gas de salida, un gas de síntesis limpio y acondicionado (con humedad deseada) se almacena en el tanque de almacenamiento del gas de síntesis 1962 antes de alimentarse al interior de los motores de gas 1963, del cual se genera electricidad. Las funciones de componentes principales (equipo) en el sistema se ilustran en las siguientes secciones (ver Tabla 7), después de que la secuencia del gas de síntesis se procesa. El diagrama de proceso de la planta de gasificación MSW se presenta en la Figura 19.
Tabla 7 : Función principal del subsistema RECUPERADOR Con objeto de recuperar el calor sensible del gas de síntesis, el gas de síntesis de émbolo que sale de la cámara de refinación se enfría con aire usando tubo protegido tipo intercambiador de calor, nombrado un recuperador 1910. El flujo de gas de síntesis a través del lado del tubo y el aire pasa a través del lado protegido. La temperatura del gas de síntesis se reduce desde 1000°C hasta 738°C mientras incrementa la temperatura de aire desde ambiente hasta 600°C. El gas de síntesis de entrada luego entra en el acondicionador de gas del convertidor 24.
ENFRIADOR DE EVAPORACION (PROCESAMIENTO EN LA ETAPA UNO) El enfriador de evaporación se lleva a cabo en la primera etapa del acondicionador de gas del convertidor 24. El enfriador de evaporación 1020 cae de la temperatura del gas de admisión hasta 250°C por medio de inyección directa de agua en una manera controlada (saturación adiabática). Este proceso también se nombra apagado en seco en el que no existe presencia de líquido en el enfriamiento. El agua se atomiza y rocía concurrentemente al interior de la corriente del gas de síntesis de entrada. Cuando el agua se evapora, absorbe el calor sensible del gas de síntesis y disminuye la temperatura del gas de síntesis hasta aproximadamente 250°C antes de alimentarse al filtro de emisiones en partículas. SISTEMA DE INYECCION SECA (PROCESAMIENTO EN LA ETAPA UNO) El sistema de inyección seca 1971 inyecta carbón activado al interior de la corriente del gas de síntesis de entrada. El carbón activado, almacenado en un embudo, se inyecta neumáticamente al interior de la corriente del gas de admisión y se captura en el filtro de emisiones en partículas 1930. De esta manera, los metales y otros contaminantes se separan de la corriente de gas. Alternativamente otros materiales tales como feldespato, cal, y otros sorbentes pueden inyectarse al interior de la corriente de gas para controlar y capturar metales pesados y alquitranes encontrados en la corriente del gas de síntesis de entrada sin bloquearlos.
FILTRO DE EMISIONES EN PARTÍCULAS (PROCESAMIENTO EN LA ETAPA UNO) La materia en partículas y el carbón activado con metal pesado en su superficie se remueve del gas de síntesis de entrada en el filtro de emisiones en partículas 1930. En el filtro de emisiones en partículas 1930, una torta filtro se forma con materia en partículas. Esta torta filtro aumenta la eficiencia de eliminación de partículas del filtro de emisiones. Los metales pesados tipo cadmio y plomo están en forma de partículas a esta temperatura y también se recolectan en el filtro de emisiones en partículas con eficiencia de recolección muy alta. Cuando la presión cae a través del filtro de emisiones en partículas 1930 incrementa a un cierto límite de ajuste, los reactores de pulso de nitrógeno se usan para limpiar los filtros de emisiones en partículas. Los sólidos que caen de la superficie de afuera de las bolsas se recolectan en ' el embudo del fondo y se envían al acondicionador de residuo sólido 1965 para conversión o descarga adicional (ver la etapa del acondicionador de gas de residuo sólido a continuación) . DEPURADOR DE GAS HCL (PROCESAMIENTO EN LA ETAPA DOS) La corriente del gas de síntesis de entrada que sale del filtro de emisiones en partículas 1930 (libre de partículas) se depura en un depurador de gas HCL 1940 en una torre empacado para remover HC1 en la corriente del gas de admisión por una solución alcalina. Dentro del depurador de gas 1940, existe área de contacto suficiente para enfriar completamente el gas hasta 35 °C. La concentración HC1 de salida alcanzará el nivel 5 ppm. Una corriente drenada de agua de residuo se envía a un tanque de almacenamiento de agua de residuo para descarga. SOPLADOR DE GAS (PROCESAMIENTO EN LA ETAPA DOS) Un soplador de gas 1945 se requiere en este punto para proporcionar la fuerza de impulso para el gas a lo largo del proceso de la salida del convertidor 58 para los motores 1963. Se ubica corriente arriba del pulidor de mercurio 1950 debido a que el pulidor tiene una mejor eficiencia de eliminación de mercurio bajo presión. El soplador 1945 se diseña usando todas las caídas de presión diseñadas del recipiente corriente arriba. También se diseña para proporcionar la presión requerida para las perdidas de presión de equipo corriente abajo para tener una presión final de -2.1 (0.14763 kg/cm2) hasta 3.0 psig (0.2109 kg/cm2) en el tanque de almacenamiento de gas 1962. LECHO DE FILTRO DE CARBÓN (PROCESAMIENTO EN LA ETAPA DOS) La presión del gas de síntesis se estimula por el soplador de 1945 y se enfría además por un intercambiador de calor enfriado por agua 1946 previo al filtro de lecho de carbón 1950 el cual se usa como un dispositivo de pulido final para metal pesado en la corriente de gas. También es capaz de absorber otros contaminantes orgánicos, tales como si están presentes las dioxinas de la corriente del gas de admisión. El filtro de lecho de carbón 1950 se diseña durante 99.0% de eficiencia de eliminación de mercurio. SISTEMA DE ELIMINACIÓN H2S (PROCESAMIENTO EN LA ETAPA DOS) Después de que la corriente de gas de admisión pasa a través del lecho de filtro de carbono, la eliminación de H2S 1960 se lleva acabo usando tecnología biológica Shell Paques. El gas de síntesis de entrada del filtro de lecho de carbón 1950 pasa a través de un depurador de gas donde H2S se remueve del gas de síntesis de entrada al volver a circular una solución alcalina. La solución que contiene sulfuro del depurador de gas luego se envía al bioreactor para la regeneración de alcalinidad. La recuperación de azufre ocurre en el bioreactor para oxidación de sulfuro al interior del azufre elemental, seguido por filtración de azufre, esterilización de azufre y descarga de la corriente drenada para cumplir requerimientos reguladores. El sistema de eliminación de H2S 1960 se diseña para 20 ppm de concentración de salida H2S. Una vez que el gas de admisión sale del sistema de eliminación de H2S 1960 luego se dirige a un sistema de regulación de gas de síntesis que comprende entre otros componentes un enfriador, un separador de gas/líquido y cámara de homogenización. ACONDICIONADOR DE GAS DE RESIDUO SOLIDO (PROCESAMIENTO EN LA ETAPA UNO) El material capturado en el filtro de emisiones en partículas del acondicionador de gas del convertidor 1930 (el cual puede contener carbón activado y metales) se purga periódicamente con nitrógeno y se transporta al acondicionador de residuo sólido 1965, donde el material se vitrifica. El gas que llega del acondicionador de residuo sólido 1965 entra en un acondicionador de gas de residuo sólido 15, donde se enfría en un enfriador de gas 1970. El carbón activado 1972 se inyecta al interior del gas enfriado el cual luego se dirige a través de un filtro de emisiones en partículas del acondicionador de gas de residuo sólido 1985 para remover materiales en partículas. El filtro de emisiones en partículas 1985 del acondicionador de gas del residuo sólido 15 también se purga periódicamente con base en la caída de presión a través del sistema. El residuo sólido recolectado en el filtro de emisiones en partículas del acondicionador de gas del residuo sólido 1985 se dispone por medios apropiados. El gas de combustible (corriente de gas secundaria) que sale del acondicionador de gas del residuo sólido 15 se vuelve a enviar al acondicionador de gas del convertidor 24 donde se alimenta al interior de este sistema previo a la eliminación del metal pesado y materia en partículas en el filtro de emisiones en partículas 1930, para utilizar completamente la energía recuperada.
SISTEMA DE REGULACIÓN DEL GAS DE SINTESIS El gas de salida que sale del GCS se almacena en un sistema de regulación de gas de síntesis 1962 previo al uso como un combustible para motores de gas. El diseño del motor de gas requiere que el gas de síntesis de salida sea de un intervalo de composición específico en una humedad relativa específica. Por lo tanto, una vez que el gas de síntesis de salida sale del depurador de gas H2S 1960, se sub-enfría desde 35 °C hasta 26°C usando un enfriador. Esto condensa algo de agua de la corriente de gas. Esta agua se remueve por un separador de gas/líquido. Esto asegura que el gas tiene una humedad relativa de 80% una vez que se vuelve a calentar hasta 40°C (requerimiento de motor) después de que el almacenamiento de gas previo a enviarse a los motores. El gas limpio y enfriado entra en una cámara de homogenización diseñada para mantener aproximadamente 2 minutos de salida de las operaciones de procesamiento, esto mezcla cualesquiera variaciones en "riqueza" del gas, para alcanzar una calidad de gas altamente consistente (un gas regulado) que fluye a los motores. La cámara de homogenización es opera a 2.2 psig (0.15466 kg/cm2) hasta 3.0 psig (0.2109 kg/cm2) para cumplir las especificaciones de combustible del motor de gas. Una vez que el gas regulado sale de la cámara de homogenización, se calienta para el requerimiento del motor y se dirige a los motores de gas 1963.
MOTORES DE GAS Cinco conjuntos de motores de gas GE Jenbacher 1963 se usan para producir electricidad con base en la escala de la planta. El motor de gas Jenbacher es un tipo de máquina de pistón. Es capaz de la combustión del gas de síntesis de poder calorífico medio o bajo con alta eficiencia y emisiones bajas. Cada motor de gas tiene 1.0 MW de capacidad. Por lo tanto, la capacidad completa de generación de electricidad es 5 MW. Sin embargo, debido al poder calorífico del gas relativamente bajo (como se compara con combustibles tales como gas natural) los motores se han reducido para operar alrededor de 700kW a su punto de operación más eficiente.
QUEMADOR DE CHIMENEA Un quemador de chimenea adjunto 1964 se usa para quemar el gas de síntesis durante las fases de inicio, disminución y estabilización de proceso. Una vez que el proceso se ha estabilizado en el quemador de chimenea 1964 se usará para propósitos de emergencia solamente. El quemador de chimenea 1964 deberá alcanzar 99.99% de eficiencia de destrucción.
EJEMPLO 14: UNA PLANTA DE GASIFICACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS MUNICIPALES QUE COMPRENDE UN GCS La Figura 20 describe un ejemplo de una planta de gasificación de residuos sólidos municipales similar a la descrita en el Ejemplo 13, excepto que la corriente de gas secundaria generada en el acondicionador de residuo sólido 1965 y procesada en un acondicionador de gas de residuo sólido 17 se alimenta al interior del acondicionador de gas del convertidor 26 después de la etapa de procesamiento en la etapa uno de remover la materia en partículas y metales pesados en el filtro de emisiones en partículas 1930 del acondicionador de gas del convertidor 26. La corriente de gas de admisión luego se procesa a través de de la etapa dos del acondicionador de gas del convertidor 26.
EJEMPLO 15: ESPECIFICACIONES PARA TORRE DE ENFRIAMIENTO DE EVAPORACION, FILTRO DE EMISIONES EN PARTÍCULAS, DEPURADOR DE GAS HCL, Y FILTRO DE LECHO DE CARBÓN Los ejemplos de una torre de enfriamiento de evaporación, filtro de emisiones en partículas, depurador de gas HCL y filtro de lecho de carbón que pueden emplearse en el GCS descritos en el Ejemplo 1 se proporcionan a continuación .
Torre de enfriamiento de evaporación El gas de admisión del intercambiador o recuperador de calor s enfría previo a entrar al sistema de filtración de gas-sólido (filtro de emisiones en partículas). Este enfriamiento se realiza por enfriamiento de evaporación (apagado en seco del fondo) con objeto de minimizar la cantidad de agua (líquido) vigente en el filtro de emisiones en partículas. Un sistema de suministro de agua redundante se diseña con objeto de asegurar la temperatura del gas de síntesis que sale de la torre de apagado nunca excede la temperatura de diseño del filtro de emisiones en partículas. Se proporciona agua de apagado del depurador de gas HC1, a 35°C. La torre de extensión se ubica afuera donde la temperatura será entre -40°C hasta 35°C. La Tabla 8 describes las especificaciones de diseño para la torre de apagado .
Tabla 8 : Especificaciones de la torre de extensión Componentes seleccionados de la torre de apagado: 1. La torre de apagado alcanzada requiere enfriamiento del gas de síntesis hasta 260°C. 2. El sistema de agua de emergencia para enfriar completamente el gas en caso de falla de bomba. 3. Todos los instrumentos con señal 4-20 mA o transmisores SMART, se cablean a la caja de unión y válvulas para la operación de la torre de apagado. Sistema de filtración de gas-sólido (filtro de emisiones en partículas) : La tabla 9 proporciona una descripción de las características del flujo de gas de síntesis a través del filtro de emisiones en partículas.- La Tabla 10 muestra la composición del flujo de gas de síntesis a través del filtro de emisiones en partículas.
Tabla 9: Características del flujo de gas de síntesis a través del filtro de emisiones en partículas : Tabla 10: Composición de gas del flujo de gas de síntesis a través del filtro de emisiones en partículas El material en partículas del gas de entrada y carga de metal pesado (principalmente polvo de ceniza con metales pesados) en el filtro de emisiones en partículas es como sigue : Carga de polvo 7.4 g/Nm3 Cadmio 2.9 mg/Nm3 Plomo 106 mg/Nm3 Mercurio 1.3 mg/Nm3 La garantía de desempeño requerida después del sistema de filtración Salida del sistema de filtración garantizada Materia en partículas 11 mg/Nm3 (99.9% de eliminación) Cadmio 15 µ?/ Nm3 (99.65% de eliminación) Plomo 159 µg/ Nm3 (99.9% de eliminación) Mercurio 190 Nm3 (90% de eliminación) Componentes seleccionados del sistema de filtración del filtro de emisiones en partículas: 1. Una unidad de filtración sencilla que opera al 100% de capacidad. 2. Suministro para aislamiento doble para cumplir las regulaciones de entrada de espacio limitado y mejor práctica. Los ejemplos aceptables incluyen cero amortiguadores de aislamiento de escape (total dos) y el suministro de placa blanqueada insertada al interior del ducto para aislar el modulo del proceso. 3. Sistema de soplado del nitrógeno nuevamente con múltiple de nitrógeno para el punto de suministro común. 4. Resistencia de ácido de alta calidad, filtros de resistencia de abrasión con resistencia a la temperatura de al menos 260°C. 5. Todos los instrumentos con señal 4-20 mA / o transmisor SMART (conectado a una caja de unión) requerido para operación del sistema. DCS se proporciona. 6. Detectores de escape de polvo (separados para cada módulo) . 7. Tolvas separadoras para cada módulo con cero descargas de sólido de escape (válvulas giratorias o equivalentes ) . 8. Todo el acero estructural incluyendo escalera, plataformas de acceso/mantenimiento requeridas para ambas unidades . 9. El sistema de inyección de carbón activado con cero válvulas giratorias de escape (el embudo tendrá capacidad de 1.5 super sacos), sistema de descarga de bolsa para el embudo con instrumentos requeridos. 10. El sistema de filtración se ubicará afuera donde la temperatura será entre -40°C hasta 35°C.
Depurador de gas HCl El depurador de gas HCl se diseña para proporcionar las características del flujo de gas de síntesis a través del depurador de gas HCl como se muestra en la tabla 11.
Tabla 11: Características del flujo de gas de síntesis a través del depurador de gas HCl Una concentración de salida HCl adecuada es 5 ppm. Componentes del depurador de gas de HCl: 1. Torre empacada de FRP (plástico reforzado de fibra de vidrio, o equivalente) para alcanzar la eficiencia de eliminación requerida del HCl. 2. Intercambiador de calor (placa y cuadro - Titanio) para la corriente liquida de recirculación fría para mantener la temperatura de gas debajo de 35°C. El agua de enfriamiento se suministra y regresa. Todos los controles requeridos para la operación de sistema. 3. Medidor de conductividad, sistema de control de pH, control de nivel para el sistema de depurador de gas, dos bombas de recirculación (ahorro en línea) . 4. Todos los instrumentos (con señales de salida 4-20 mA) , válvulas requeridas para la operación del depurador de gas, las bombas se amontonan en bultos y los instrumentos se conectan a la caja de unión. DCS se proporciona. 5. Las bombas e intercambiador de calor se ubicarán dentro de una construcción directamente adyacente a la columna; sin embargo la columna se ubicará afuera. 6. El apagado húmedo para enfriar completamente el gas desde 235°C (diseño a 260°C) para los requerimientos de material del depurador de gas HCl. 7. Sistema de agua de emergencia, para enfriar completamente el gas en caso de falla de la bomba de circulación (ambas) . 8. Todo el acero estructural requerido para soporte de columna/plataforma, bomba e intercambiador de calor en bultos y soporte de tubería. 9. Tubería del gas de salida del depurador de gas para succión del soplador. Filtro de lecho de carbón El filtro de lecho de carbón se ubica después del soplador de gas producto y se diseña para acomodar las siguientes características del flujo de gas de síntesis a través de esto. Se muestran estas características resumidas en la Tabla 12 Tabla 12: características del flujo de gas de síntesis a través del filtro de lecho de carbón Garantía de salida de 19 vq/ Nm3 (99.0%) lecho de carbón de mercurio Componentes de lecho de filtro de carbón 1. El recipiente de filtro de lecho de carbón FRP con primera carga de carbono 2. El acero estructural requerido para soportes de recipientes, plataforma de inspección/mantenimiento, y suministro para carga de carga de carbón futura. 3. Todos los accesorios requeridos para operación de filtros de lecho de carbón. • Todos los instrumentos tienen capacidad para interferir con un sistema de control de gasificación. El equipo de impulso de motor se proporciona con controles de encendido/apagado, cerradura de botón apagado y líneas de estados que permitirán al quipo operarse por un sistema de control de proceso.
EJEMPLO 16: ESPECIFICACIONES DE UN SISTEMA DE ELIMINACION DE H2S El siguiente ejemplo proporciona una descripción de un sistema de eliminación H2S que puede implementarse en el GCS descrito en Ejemplo 1. El sistema de eliminación H2S se diseña para acomodar las características del flujo de gas de síntesis a través de este, como se muestra en la Tabla 13. La composición del flujo de gas de síntesis a través del sistema de eliminación H2S se muestra en la Tabla 14.
Tabla 13: Características del flujo de gas de síntesis a través del sistema de eliminación H2S Tabla 14: Composición del flujo de gas de síntesis a través del sistema de eliminación H2S Material en partículas del gas de entrada normal y datos de carga de metal pesado (principalmente polvo de ceniza con metales pesados) se enlistan a continuación. Carga de polvo 17 mg/Nm3 Cadmio 14 µ?/ Nm3 Plomo 142 µ?/ Nm3 Mercurio 20 Nm3 La garantía de salida de H2S para el sistema - 20ppm Durante la alteración del polvo de condición y la carga de metal pesado debido a la falla del sistema corriente arriba es como sigue. Carga de polvo 1 g/ Nm3 Cadmio 1.3 mg/ Nm3 Plomo 20 mg/ Nm3 Mercurio 510 g/ Nm3 Se entiende que durante las condiciones de alteración, la presencia de polvo y metal pesado puede provocar la formación de espuma, y se trata por la inyección de un agente antiespuma. Se usa un sistema antiespuma eficiente.
Lista de Componentes 1. Depurador de gas ¾S (contactador) con todos los accesorios asociados requeridos para la operación de columna empacada, bombas de recirculación de columna con (ahorro en línea) , todos los instrumentos, controles (pH, nivel y controlador de conductividad) y válvulas (control y manual) requeridos para la operación y aislamiento del depurador de gas . 2. Separador de gas-líquido de salida y entrada con control de- sello líquido automático (nivel de líquido) para evitar cualquier filtro de gas - si se requiere. 3. Tanque de nutrientes requeridos y tanque de filtro con todos los accesorios, tubería, válvulas y controles para la operación y aislamiento continuo del proceso. 4. Bioreactor con sistema de control completo requerido para la operación continúa del sistema. El soplador de aire con ahorro en línea, instrumentos y controles incluyendo el controlador ORP, controlador de nivel y válvulas (control y manual) requerido para operación y aislamiento del proceso. 5. Placa y cuadro o prensa de filtro equivalente para la eliminación de azufre de la mezcla espesa húmeda. El filtro es capaz de operar continuamente durante dos días entre dos lavados de limpieza/filtro. Toda la instrumentación con válvulas requiere de operación y aislamiento del proceso. 6. Las bombas del filtrado con ahorros en línea, todas las válvulas de control y válvulas del manual requeridas para la operación y aislamiento de las bombas del filtrado. 7. Un sistema completo requerido para el tratamiento de agua purgada (es decir filtración UV para el agua purgada) para cumplir con las regulaciones de la Agencia de Protección Ambiental Canadiense, y suministro futuro para la esterilización de solución antes de la filtración para cumplir todas las regulaciones provinciales y locales. 8. Todos los instrumentos con señal 4-20 mA (conectado a una caja de unión) requeridos para operación del sistema.
DCS también se incluye. Interfaces de control Un DCS se usa para el control del proceso completo. Opcionalmente, un transmisor se selecciona con el protocolo de fundación filedbus usado para la integración fácil con el DCS.
EJEMPLO 17: CARACTERISTICAS Y DISEÑO DE UN SOPLADOR DEL GAS PRODUCTO Lo siguiente es una descripción ejemplar de un soplador del gas producto (con un enfriador de gas) el cual puede usarse para separar el gas de síntesis de un sistema de gasificación de plasma y mueve esta a través del GCS. El soplador proporciona la succión adecuada a través de todo el equipo y tuberías como por las especificaciones mostradas a continuación .
Especificaciones funcionales Las especificaciones funcionales para el soplador del gas producto se describe a continuación. El gas de síntesis es inflamable y deberá crear una mezcla explosiva con el aire, por lo tanto, todo fluido sirve, es decir, el sello de la purga se hace con Nitrógeno. El soplador se opera a través de un manejo de velocidad variable (VSD) dentro del rango de flujo de 10% hasta 100%. Las tablas 15 y 16 muestran las especificaciones diseñadas para el soplador de gas . Tabla 15 : Especificaciones del soplador de gas Nota: La caída de presión a través de la succión y descarga del soplador no se incluye en las presiones estáticas del soplador. Tabla 16: Flujo de la composición de gas promedio a través del soplador de gas , en una base húmeda : El soplador esta diseñado ya que no hay ninguna toma de aire de la atmosfera (puede crear una mezcla explosiva) o fuga de gas a la atmósfera (gas de síntesis es tóxico e inflamable) . El soplador tiene un buen sello en el eje (0% de fugas) y un avanzado sistema de detección de fugas para las fugas en ambas direcciones. Componentes que pueden usarse La siguiente es una lista de los componentes que pueden usarse con el soplador del gas producto. 1. Soplador de gas de síntesis, motor a prueba de explosiones.- Soplador de sello de eje sin fugas (no tiene fugas) . 2. Enfriador del gas producto - el alcance suministrado del proveedor será enfriador de gas solamente. 3. La bomba de aceite auxiliar con motor, todos los instrumentos requeridos por el sistema auxiliar del soplador . 4. Todos los instrumentos y controles (es decir, interruptor de presión de aceite alto y bajo, presión de descarga alta e interruptor de temperatura, temperatura diferencial e interruptor de presión, calibrador de temperatura de descarga, presión de aceite y calibrador de temperatura). Todos los instrumentos están en cables a prueba de explosiones de caja. El VFD deberá controlarse por el transmisor de presión instalado corriente arriba del soplador . 5. Cero fugas de la válvula de descarga. 6. Sistema de seguridad del equipo para prevenir la presión excesiva del soplador/vacio/descarga apagada (sistemas tipos PRV y linea de reciclaje) . El soplador se diseña para trabajar en un ambiente donde los gases explosivos pueden presentarse en condiciones salientes . El soplador se opera continuamente (24 horas por día/7 días por semana) , sin embargo estas son las posibilidades de inicio frecuente/operación de detención del soplador durante la estabilización del proceso. El soplador de gas es capaz de trabajar con alta integridad aun durante la frecuencia del inicio/detención.
Interfaces de control El manejo de velocidad variable para el control del motor deberá proporcionarse, asi como el voltaje del motor, protección de la sobrecarga, etc. Estado del motor, operación de encendido/apagado, el cambio de velocidad deberá operarse y monitorearse remotamente a través del DCS .
Aunque la invención se describe con referencia a ciertas modalidades especificas, diversas modificaciones deberán ser aparentes por aquellos de habilidad en la técnica sin departir del espíritu y alcance de la invención. Todas de tales modificaciones deberían ser aparentes por alguien de habilidad en la técnica, se intentan para incluirse dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES Sistema de condicionamiento de gas para condicionar un gas de entrada desde una o más ubicaciones dentro de un sistema de gasificación para suministrar un gas acondicionado, dicho sistema de condicionamiento de gas que comprende: a. un primer acondicionador de gas que comprende una o más unidades de eliminación de partículas para eliminar partículas del gas de entrada en una primera etapa de condicionamiento para suministrar un gas acondicionado y partículas eliminadas; b. un acondicionador de residuos sólidos para recibir y procesar dichas partículas eliminadas para producir un gas secundario y desperdicios sólidos; y c. a segundo acondicionador de gas operativamente asociado con dicho acondicionador de residuos sólidos, dicho segundo acondicionador de gas que comprende un enfriador de gas y una o más de otras unidades de eliminación de partículas para eliminar partículas desde dicho gas secundario para suministrar un gas secundario parcialmente acondicionado, dicho segundo acondicionador de gas configurado para pasar dicho gas secundario a través de dicho enfriador de gas para enfriar antes de ingresar el gas secundario a la una o más de otras unidades de eliminación de partículas y para pasar dicho gas secundario parcialmente acondicionado al primer acondicionador de gas para un procesamiento posterior . Sistema de condicionamiento de gas de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicho primer acondicionador de gas además comprende uno o más componentes corriente abajo de dicha una o más unidades de eliminación de partículas para implementar un posterior condicionamiento del gas de entrada en a segunda etapa de condicionamiento para eliminar contaminantes adicionales del gas de entrada. Sistema de condicionamiento de gas de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha una o más ubicaciones es un gasificador. Sistema de condicionamiento de gas de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, donde dicho primer acondicionador de gas comprende además al menos otro componente para implementar un paso de procesamiento de fase seca en dicho primera etapa de condicionamiento. Sistema de condicionamiento de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde una de dicha una o más unidades de eliminación de partículas es un filtro de manga. Sistema de condicionamiento de gas de acuerdo con la reivindicación 4, donde dicho componente para implementar dicho paso de procesamiento de fase seca es un sistema de inyección a seco. Sistema de condicionamiento de gas de acuerdo con la reivindicación 2, donde dicho uno o más componentes comprenden uno o más componentes para eliminación de gas ácido. Sistema de condicionamiento de gas de acuerdo con la reivindicación 7, donde dicho uno o más componentes para eliminación de gas ácido comprenden un lavador de HC1 y/o un sistema de eliminación de H2S . Sistema de condicionamiento de gas de acuerdo con la reivindicación 2, donde dicho uno o más componentes comprenden una unidad de eliminación de partículas. Sistema de condicionamiento de gas de acuerdo con la reivindicación 9, donde dicha unidad de eliminación de partículas es un pulidor de mercurio de carbono activado. Sistema de condicionamiento de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde dicho acondicionador de gas convertidor además comprende a ventilador para mover el gas de entrada a través del sistema de condicionamiento de gas. Sistema de condicionamiento de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, donde dicho primer acondicionador de gas además comprende una unidad de enfriamiento corriente arriba de dicha una o más unidades de eliminación de partículas. Sistema de condicionamiento de gas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, donde dicho segundo acondicionador de gas además comprende una unidad de enfriamiento corriente abajo de una o más de otras unidades de eliminación de partículas, y un lecho de carbono activado corriente abajo de dicha unidad de enfriamiento . Sistema de condicionamiento de gas configurado para asociación operativa con un convertidor que comprende un gasificador y para eliminar contaminantes de un gas de entrada del sistema de condicionamiento de gas (gas de entrada GCS) generado por el convertidor para suministrar un gas acondicionado, el sistema de condicionamiento de gas que comprende: a) un acondicionador de gas primario que comprende (i) una o más unidades de condicionamiento de gas de Etapa Uno configuradas para realizar Procesos de Etapa Uno que comprende separación de fase seca donde una proporción sustancial de partículas y una proporción sustancial de contaminantes de metal pesado se eliminan de el gas GCS de entrada para suministrar un gas parcialmente acondicionado; y (ii) una o más unidades de condicionamiento de gas de Etapa Dos localizadas corriente abajo de la una o más unidades de condicionamiento de gas de Etapa Uno configuradas para realizar Procesos de Etapa Dos que comprende la eliminación de una porción sustancial de gases ácidos y otros contaminantes remanentes en el gas parcialmente acondicionado, y b) un acondicionador de residuos operativamente asociado con la unidad de condicionamiento de gas de Etapa Uno y/o Unidad de condicionamiento de gas de Etapa Dos y configurado para recibir y fundir residuos de las mismas, donde el sistema de condicionamiento de gas está opcionalmente operativamente asociado con un sistema de control que comprende: A. uno o más elementos sensores configurados para marcar una o más características de un proceso, un dispositivo del proceso, una entrada del proceso y/o una salida del proceso; B. uno o más elementos de respuesta configurados para afectar una o más características de uno o más procesos dentro del sistema de condicionamiento de gas; y C. una o más plataformas de computación operativamente asociadas con uno o más de los elementos sensores y uno o más de los elementos de respuesta, la una o más plataformas de computación configuradas para recibir señales de entrada desde al menos un elemento sensor y para suministrar señales de control hacia al menos un elemento de respuesta ya sea para mantener o ajusfar una característica del proceso dentro del sistema de condicionamiento de gas; el sistema de control configurado para utilizar control de alimentación directa o control de realimentación o control de predicción o control de adaptación o una combinación de los mismos, y donde una o más de las unidades de condicionamiento de gas de Etapa Uno y/o Unidad de condicionamiento de gas de Etapa Dos están opcionalmente operativamente asociadas con uno o más elementos sensores y/o de respuesta . Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, que comprende un acondicionador de gas secundario operativamente asociado con el acondicionador de residuos para condicionar un gas secundario generado a partir de la fusión del residuo para suministrar un gas secundario acondicionado. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 15, donde el acondicionador de gas secundario comprende una o más unidades secundarias de eliminación de partículas para eliminar partículas del gas secundario. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 15, donde el acondicionador de gas secundario está configurado para pasar el gas secundario acondicionado al acondicionador de gas primario para un posterior condicionamiento . Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, que comprende uno o más sistemas de enfriamiento de gas opcionalmente operativamente asociado con uno o más elementos sensores y/o de respuesta, y/o uno o más controladores de humedad opcionalmente operativamente asociados con uno o más elementos sensores y/o de respuesta, donde al menos un sistema de enfriamiento de gas y/o controlador de humedad está posicionado corriente arriba de la una o más unidades de eliminación de partículas de Etapa Uno para enfriar el gas GCS de entrada. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 18, donde el uno o más sistemas de enfriamiento de gas comprenden uno o más componentes seleccionados de a refrigerador a seco, una torre de enfriamiento por evaporación, un enfriador de gas, un refrigerador, un recuperador, a intercambiador de calor, un intercambiador de calor aire-a-gas indirecto y a generador de vapor de recupero de calor, y donde al menos un componente está opcionalmente operativamente asociado con uno o más elementos sensores y/o de respuesta . Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 18, donde el uno o más sistemas de enfriamiento de gas y/o controladores de humedad están configurados para enfriar el gas GCS de entrada hasta una temperatura entre aproximadamente 180°C y aproximadamente 280°C. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 18, donde el uno o más controladores de humedad es un refrigerador o un refrigerador en combinación con un separador de gas/liquido. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, donde el acondicionador de residuos es un sistema de condicionamiento de residuos dedicado. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, donde el acondicionador de residuos está además operativamente asociado con el gasificador para recibir residuos del mismo. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, donde la una o más unidades de condicionamiento de gas de Etapa Uno comprenden uno o más de un sistema de inyección a seco, unidad de eliminación de partículas, componentes de filtración de carbono activado, y/o componentes configurados para permitir el contacto del gas GCS de entrada con un sorbente especializado. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, donde la una o más unidades de condicionamiento de gas de Etapa Uno comprenden un sistema de inyección a seco y una unidad de eliminación de partículas. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, donde al menos una de la una o más unidades de condicionamiento de gas de Etapa Uno comprende una unidad de eliminación de partículas seleccionadas de un colector centrífugo, un filtro ciclónico, un filtro cerámico de elevada temperatura, un filtro granular de lecho moviente, un filtro de manga, y un precipitador electrostático, y donde la unidad de eliminación de partículas está opcionalmente operativamente asociada con uno o más elementos sensores y/o de respuesta. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, donde al menos una de la una o más unidades de condicionamiento de gas de Etapa Uno comprende un filtro de manga, y donde el filtro de manga está opcionalmente operativamente asociado con uno o más elementos sensores y/o de respuesta. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, donde el gas GCS de entrada es generado por gasificación de una carga de alimentación carbonácea y donde el sistema de condicionamiento de gas está configurado para producir desperdicios peligrosos inferiores a aproximadamente 5% del peso de la carga de alimentación carbonácea utilizada para generar el gas GCS de entrada. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, donde el gas GCS de entrada es generado por gasificación de una carga de alimentación carbonácea y donde el sistema de condicionamiento de gas está configurado para producir desperdicios peligrosos entre aproximadamente 1 kg y aproximadamente 5 kg por 1 tonelada de carga de alimentación carbonácea utilizada para generar el gas GCS de entrada. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, donde el sistema de condicionamiento de gas está configurado para eliminar al menos aproximadamente 70% de las partículas presentes en el gas GCS de entrada en los procesos de Etapa Uno. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, donde el sistema de condicionamiento de gas esta configurado para eliminar al menos aproximadamente 50% de los contaminantes de metal pesado presentes en el gas GCS de entrada en los procesos de Etapa Uno. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, donde la una o más unidades de condicionamiento de gas de Etapa Dos comprenden lavadores a seco y/o lavadores por humedad para eliminación de gas ácido, donde al menos uno de los lavadores a seco y/o lavadores por humedad está opcionalmente operativamente asociado con uno o más elementos sensores y/o de respuesta . Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, donde al menos una de la una o más unidades de condicionamiento de gas de Etapa Dos comprende carbono activado, alúmina, carbonatos de tierra alcalina, óxidos de tierra alcalina, carbonatos alcalinotérreos , óxidos alcalinotérreos , guardas de cloruro, sorbentes de gases de combustión, y/o sorbentes de alta temperatura para la eliminación de vapor HC1 del gas parcialmente acondicionado. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, donde la una o más unidades de condicionamiento de gas de Etapa Dos comprenden un lavador de HC1 y/o un sistema de eliminación de H2S, y donde el lavador de HC1 y/o el sistema de eliminación de H2S está opcionalmente operativamente asociado con uno o más elementos sensores y/o de respuesta. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, donde al menos una de la una o más unidades de condicionamiento de gas de Etapa Dos comprenden una o más unidades de eliminación de partículas, y donde al menos una unidad de eliminación de partículas está opcionalmente operativamente asociado con uno o más elementos sensores y/o de respuesta . Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, donde al menos una de la unidad de condicionamiento de gas de Etapa Dos comprende uno o más pulidores de mercurio de carbono activado, y donde al menos uno de los pulidores de mercurio de carbono activado está opcionalmente operativamente asociado con uno o más elementos sensores y/o de respuesta. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 36, donde el pulidor de mercurio de carbono activado está configurado para obtener aproximadamente 99,8% de eliminación de mercurio del gas parcialmente acondicionado . Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, donde al menos una de la una o más unidades de condicionamiento de gas de Etapa Dos están configuradas para la eliminación de dioxina, furano, dióxido de carbono, o amoniaco del gas parcialmente acondicionado. 9. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, que comprende una o más unidades de enfriamientos operativamente asociadas con una o más unidades de condicionamiento de gas de Etapa Dos, las unidades de enfriamiento seleccionadas de torres de enfriamiento por evaporación, enfriadores de gas, refrigeradores, recuperadores, intercambiadores de calor, intercambiadores de calor a gas a aire indirecto, y/o generadores de vapor de recupero de calor, donde al menos una de las unidades de enfriamiento está opcionalmente asociada operativamente con uno o más elementos sensores y/o de respuesta. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, que comprende uno o más controladores de humedad operativamente asociados con una o más unidades de condicionamiento de gas de Etapa Dos, los controladores de humedad seleccionados de desempañadores , recalentadores, y/o refrigeradores, donde al menos uno de los controladores de humedad está opcionalmente asociado operativamente con uno o más elementos sensores y/o de respuesta Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, que comprende uno o más compresores operativamente asociados con una o más unidades de condicionamiento de gas de Etapa Dos para comprimir el gas acondicionado o parcialmente acondicionado a una presión deseada, donde al menos uno de los compresores están opcionalmente asociados operativamente con uno o más elementos sensores y/o de respuesta. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 14, que comprende una o más unidades de movimiento de gas asociadas operativamente con una o más unidades de condicionamiento de gas de Etapa Dos para mover el gas a través del sistema de condicionamiento de gas, donde al menos una de las unidades de movimiento de gas está opcionalmente asociada operativamente con uno o más elementos sensores y/o de respuesta. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 42, donde la una o más unidades de movimiento de gas están seleccionadas de ventiladores de gas en proceso, ventiladores de presión, bombas al vacío, ventiladores rotativos de desplazamiento positivo, compresores recíprocos, y compresores helicoidales rotativos. Sistema de condicionamiento de gas de la reivindicación 42, donde la una o más unidades de movimiento de gas están configuradas para presurizar el gas que pasa a través de la unidad. Proceso para condicionar un gas generado por gasificación de una carga de alimentación carbonácea, el proceso que comprende los pasos de: a) eliminar del gas al menos una porción de cualquiera de las partículas y al menos una porción de cualquier contaminante de metal pesado presente en el gas para suministrar un gas parcialmente acondicionado; b) eliminar del gas parcialmente acondicionado al menos una porción de cualquier gas ácido presente en el gas parcialmente acondicionado suministrando de este modo un gas acondicionado, y c) aplicar calor de plasma a las partículas y/o contaminantes de metal pesado eliminados del gas para fundir las partículas eliminadas y/o contaminantes de metal pesado y volatilizar cualquier carbono presente en el mismo. Proceso de la reivindicación 45, que comprende además el paso de enfriar el gas antes del paso (a) . Proceso de la reivindicación 45, donde el paso c) genera un gas secundario y el proceso además comprende el paso de: d) eliminar del gas secundario al menos una porción de cualquier partícula presente en el gas secundario para suministrar un gas secundario acondicionado . Proceso de la reivindicación 47, que comprende además el paso de: e) eliminar del gas secundario acondicionado al menos una porción de cualquier gas ácido presente en el gas secundario acondicionado. Gas acondicionado adecuado para uso en un motor a gas, el gas acondicionado que comprende monóxido de carbono e hidrógeno, y opcionalmente nitrógeno, metano y dióxido de carbono, y preparado mediante un proceso que comprende los pasos de: a) proveer un gas de entrada generado por gasificación de una carga de alimentación carbonácea que comprende desperdicios sólidos municipales; b) eliminar del gas de entrada al menos una porción de cualquiera de las partículas y al menos una porción de cualquier contaminante de metal pesado presente en el gas de entrada para suministrar un gas parcialmente acondicionado; y c) eliminar del gas parcialmente acondicionado al menos una porción de cualquier gas ácido presente en el gas parcialmente acondicionado suministrando de este modo el gas acondicionado, donde el gas acondicionado comprende menos que 20 ppm de H2S, menos que 10 ppm de HC1, menos que 17 mg/Nm3 de partículas y menos que 190 µg/Nm3 de mercurio.
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