MX2011007968A - Metodo para gasificacion y un gasificador. - Google Patents

Abstract

Se divulga un gasificador ciclónico y método de gasificación ciclónico. El gasificador ciclónico y el método de gasificación ciclónico involucran una cámara que tiene una primera porción próxima a un primer extremo y una segunda porción próxima a un segundo extremo, introducción de un primer combustible a la primera porción de la cámara, introducción de un segundo combustible a la cámara; e introducción de un primer oxidante para acelerar la velocidad del primer combustible y arremolinar el primer combustible de la primera porción hacia la segunda porción.

Description

MÉTODO PARA GASIFICACIÓN Y UN GASIFICADOR ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se dirige a un método de gasificación y un gasificador. Más específicamente, la presente invención se relaciona a un método de gasificación y un gasificador que involucra gasificación ciclónica.

Generalmente, la operación de reactores ciclónicos conocidos puede presentar desventajas. Debido a los gradientes de temperatura dentro de un reactor ciclónico, hay una tendencia para la escoria para solidificar dentro del reactor, más particularmente en la región cerca de donde la escoria sale del reactor. Por ejemplo, en reactores ciclónicos conocidos, la escoria viaja a través de la extracción de escoria y la escoria transfiere calor por radiación a ún ambiente enfriador tal como un tanque de enfriamiento. La pérdida de calor de la escoria cerca de la extracción de escoria puede ser relativamente alta debido al gradiente térmico grande entre el reactor y el tanque de enfriamiento. La alta pérdida de calor agudamente incrementa la viscosidad de la escoria, disminuyendo de esta manera el gasto de flujo de la escoria y frecuentemente conduce a solidificación de la escoria. Este proceso de enfriamiento de la escoria, incremento de viscosidad y solidificación puede conducir a una disminución en eficiencia térmica para el reactor, un incremento en las emisiones de materiales particulados y/o detención de operación.

Los reactores ciclónicos conocidos pueden erosionar las paredes del reactor por flujos cargados de partículas que tienen alta velocidad (por ejemplo, velocidad arriba de aproximadamente 200 pies/s). En general, cuando las paredes del reactor incluyen material refractario como un material de aislamiento de pared, las porciones erosionadas del material refractario deben ser reemplazadas regularmente para evitar el daño o la destrucción del recipiente. El reemplazo de las porciones de la pared refractaria da por resultado costos del material para el material de reemplazo, costos de operación para el manejo del reemplazo del material refractario, y una incapacidad para usar el reactor durante el reemplazo del material refractario.

La efectividad de ciertos procesos y la gama de interacción química capaz es limitada por el volumen del reactor. En general, los reactores ciclónicos involucran inyección de alta velocidad y también emplean relaciones relativamente altas de liberación de calor por unidad de volumen (por ejemplo, arriba de aproximadamente 10 MWtérmico/m3 ) . Con el fin de que los combustibles sólidos se quemen, los combustibles sólidos deben primero someterse a calentamiento, seguido por volatilización, luego oxidación. Cada proceso es dependiente del tiempo y el volumen del reactor afecta la duración de tiempo para el proceso (es decir para una liberación de calor dada, un volumen más grande permite una duración más larga para el proceso) . Los reactores conocidos están restringidos por el tiempo de residencia de gas relativamente corto (por ejemplo, aproximadamente un segundo) disponible del reactor ciclónico. Asi, el quemado lento de materiales de alimentación de combustible, tales como aquellos con alto nivel de humedad (por ejemplo, que excede aproximadamente 15% en peso) o tamaño de partícula grande (por ejemplo, que tiene una dimensión de aproximadamente H pulgada) no se puede oxidar a un grado deseado, dando por resultado la utilización de combustible reducida y/o eficiencia reducida para la combustión y/o gasificación.

El documento O 2005/106327, que es incorporado en la presente por preferencia en su totalidad, divulga un sistema de pirólisis/vitrificación de plasma ciclónico que piroliza y vitrifica los materiales de desecho en el gas de escape y la escoria utilizando un soplete de plasma. Este sistema reduce los materiales tóxicos tales como metales pesados. Este sistema funde la ceniza volante después de ser absorbida en las paredes interiores de un reactor bajo la fuerza centrífuga formada por el soplete de plasma. En este sistema, el soplete de plasma está inclinado en ángulo predeterminado con respecto a una superficie de fondo interna del reactor. Este sistema incluye un reactor auxiliar para recibir el gas de escape del reactor principal. Este reactor auxiliar está posicionado sobre un lado del reactor principal. Este sistema requiere un quemador posterior para incrementar las temperaturas de los gases de escape. Además, este sistema requiere una pared separadora expuesta a temperaturas relativamente altas sobre ambos lados (por ejemplo, arriba de aproximadamente 1400°C) sin un absorbedor de calor, para de esta manera poner en riesgo la falla de alta temperatura de este elemento. Este sistema también puede dar por resultado la erosión de la pared de reactor causada por un chorro de plasma de alta potencia /velocidad dirigida entre aproximadamente 20 y 40 grados arriba del plano de la superficie de impacto.

La Patente Norteamericana No. 6,910,432, que es incorporada en la presente por referencia en su totalidad, divulga un método para quemar un combustible sólido en un reactor ciclónico de formación de escoria que tiene un quemador y un barril. El método involucra la inyección de dos corrientes de oxidante, una primera corriente de oxidante que tiene una concentración de oxígeno de aproximadamente 21% en volumen y una segunda corriente de oxidante que tiene una concentración de oxigeno mayor que la concentración de oxigeno de la primera corriente. Las dos corrientes se inyectan selectivamente en una cámara de combustión ciclónica mediante lo cual el mezclado de las dos corrientes de oxidante es tal que una parte de la primera corriente oxidante permanece sin cambio de su concentración original en el barril de la cámara de combustión. Este método no incluye un combustible secundario dentro del reactor ciclónico y puede dar por resultado una erosión de la pared del reactor debido a la inyección de alta velocidad.

La Patente Norteamericana No. 6,968,791, que es incorporada en la presente por referencia en su totalidad, divulga un método' para operar un reactor ciclónico. El reactor ciclónico incluye un barril que tiene un extremo quemador (el frente o extremo de entrada) y una garganta (la parte trasera o el extremo de escape), dos quemadores en comunicación con el barril, una corriente de combustible primario y oxidante primario, y una corriente de combustible secundario y un oxidante secundario, en donde la concentración de oxigeno del primer oxidante es aproximadamente 21% en volumen y el oxigeno de la segunda concentración es mayor que aproximadamente 21% en volumen. El combustible y el oxidante secundario se introducen en el extremo quemador. Los productos de la combustión de combustible y oxidante secundarios salen en el extremo de garganta, y la flama secundaria generada por el combustible secundario del oxidante genera un calor radiante suplementario dentro del ciclón. Adicionalmente, este método también puede estar propenso a la erosión refractaria.

La Patente Norteamericana No. 7,621,154, que es incorporada en la presente por referencia en su totalidad, divulga un método para suministrar calor a un horno de fusión para formar un producto fundido. Un primer combustible que tiene un componente de ceniza y un primer oxidante se introduce en una cámara de formación de escoria junto con un combustible secundario y un segundo oxidante, el segundo oxidante que tiene una concentración de oxigeno de aproximadamente 22% en volumen y 100% en volumen. Por lo menos una porción del primer combustible y un segundo combustible se quema dentro de la cámara de formación de escoria, mientras que el componente de ceniza se recolecta como una capa de escoria fundida y se retira de la cámara de formación de escoria. El efluente del gas de la cámara de combustión de formación de escoria se pasa de la cámara de formación de escoria en un espacio de combustión de horno de fusión a una temperatura entre aproximadamente 1000°C y aproximadamente 2500°C para suministrar el calor para formar la escoria fundida.

Lo que es necesario es un método de gasificación y un gasificador ciclónico en donde la temperatura y la viscosidad de la escoria dentro del gasificador sean mantenidas, el gasificador sea sustancialmente protegido de erosión, el oxidante (s) use poco o nada de gas inerte, el momentum de gas para la gasificación sea mantenido, un arreglo compacto proporcione una alta liberación de calor para la relación de volumen, las partículas de combustible sólido se puedan calentar y encender rápidamente y/o el tiempo de residencia y uniformidad de distribución de temperatura puedan ser extendidas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un aspecto de la presente descripción incluye un gasificador ciclónico. El gasificador ciclónico incluye una cámara, un primer inyector de combustible, un quemador y un inyector de oxidante. La cámara tiene una primera porción próxima a un primer extremo y una segunda porción próxima a un segundo extremo. El primer "inyector de combustible se posiciona para introducir un primer combustible a la primera porción de la cámara. El quemador incluye un segundo inyector de combustible posicionado para introducir un segundo combustible a la segunda porción de la cámara y está configurado para dirigir una flama hacia la primera porción de la segunda porción. El primer inyector de oxidante está configurado para acelerar la velocidad del primer combustible y arremolinar el primer combustible de la primera porción hacia la segunda porción. La segunda porción incluye una ruta de flujo para un gas de producto formado por la gasificación del primer combustible, el segundo combustible, o una combinación de los mismos. El primer combustible incluye un combustible sólido.

Otro aspecto de la presente descripción incluye un gasificador ciclónico. El gasificador ciclónico incluye una cámara que tiene una primera porción próxima a un primer extremo y una segunda porción próxima a un segundo extremo, un primer inyector de combustible posicionado para introducir un primer combustible a la primera porción de la cámara, un quemador que incluye un segundo inyector de combustible posicionado para introducir un segundo combustible a la cámara, un inyector de oxidante de aceleración configurado para acelerar la velocidad del primer combustible y arremolinar el primer combustible de la primera porción hacia la segunda porción, y un inyector de oxidante anular. La segunda porción incluye una ruta de flujo para un gas de producto formado por la gasificación del primer combustible, el segundo combustible, o una combinación de los mismos. El inyector de oxidante anular está arreglado alrededor del primer inyector de combustible para promover la gasificación de por lo menos el primer combustible. El primer combustible incluye un combustible sólido.

Otro aspecto de la presente descripción incluye un método de gasificación ciclónico. El método incluye proporcionar una cámara que tiene una primera porción próxima a un primer extremo y una segunda porción próxima a un segundo extremo, introducir un primer combustible a la primera porción de la cámara, introducir un segundo combustible a la cámara y oxidar el segundo combustible con oxígeno, introducir un oxidante de aceleración para acelerar la velocidad del primer combustible y arremolinar el primer combustible de la primera porción hacia la segunda porción, y una o más de dirigir una flama hacia la primera porción de la segunda porción, la flama que se forma por oxidación del segundo combustible, y promover la gasificación de por lo menos el primer combustible al introducir un oxidante anular alrededor del primer combustible con un inyector de oxidante anular. El segundo combustible difiere del primer combustible en composición. El primer combustible incluye un combustible sólido .

Una ventaja de la presente descripción incluye el control de la temperatura y viscosidad de la escoria, que puede reducir o eliminar las detenciones de operación debido al enfriamiento y espesamiento de la escoria.

Otra ventaja de la presente descripción incluye introducir combustible sólido con un bajo ángulo de ataque con relación a la pared del reactor, para de esta manera reducir la erosión refractaria de la pared y prolongar la vida del material refractario.

Otra ventaja de la presente descripción incluye mantener la acción ciclónica mientras que se usa un oxidante con una baja concent ación de gas inerte, para de esta manera reducir los efectos adversos en el gas inerte sobre los procesos de gasificación.

Otras características y ventajas de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción más detalla de la modalidad preferida, tomada en conjunción con los dibujos acompañantes que ilustran, a manera de ejemplo, los principios de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE VARIAS VISTAS DE LOS DIBUJOS La FIG. 1 muestra una vista esquemática de un sistema que incluye un gasificador ciclónico ejemplar de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 2 muestra una vista esquemática de un sistema que incluye un gasificador ciclónico ejemplar de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 3 muestra una vista esquemática de un sistema que incluye un gasificador ciclónico ejemplar de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 4 muestra un gasificador ciclónico ejemplar de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 5 muestra una vista seccionada de un gasificador ciclónico ejemplar a lo largo de la línea 5-5 en la FIG. 4 de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 6 muestra una vista seccionada de un gasificador ciclónico ejemplar de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 7 muestra una vista seccionada de un gasificador ciclónico ejemplar de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 8 muestra una primera porción de una cámara de un gasificador ciclónico ejemplar de acuerdo con una modalidad .

La FIG. 9 muestra una primera porción de una cámara de un gasificador ciclónico ejemplar de acuerdo con una modalidad .

La FIG. 10 muestra una vista seccionada de un gasificador ciclónico ejemplar a lo largo de la linea 10-10 en la FIG. 4 de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 11 muestra una primera porción de una cámara de un gasificador ciclónico ejemplar de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 12 muestra una vista seccionada de un gasificador ciclónico ejemplar a lo largo de la linea 12-12 en la FIG. 4 de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 13 muestra una segunda porción de una cámara de un gasificador ciclónico ejemplar de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 14 muestra una gráfica ejemplar de los datos de velocidad de erosión contra el ángulo de contacto para un material quebradizo y un material dúctil.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se proporciona un método de gasificación y un gasificador que involucra gasificación ciclónica. Las modalidades mantienen la temperatura y la viscosidad de la escoria dentro del gasificador, sustancialmente protegen al gasificador de la erosión, utilizan oxidante (s) que tiene poco o nada de gas inerte, retienen el momentum de gas para la gasificación, incluyen el arreglo compacto con un alta relación de liberación de calor a volumen, rápidamente calientan y encienden las partículas de combustible sólido, y/o prolongan el tiempo de residencia y la uniformidad de la distribución de temperatura.

Las FIGS. 1, 2 y 3 muestran sistemas ejemplares que incluyen un gasificador ciclónico ejemplar 300. Las FIGS. 4 hasta 13 muestran varias vistas y/o modalidades del gasificador 300. Los sistemas adecuados incluyen, pero no están limitados a, sistemas intensivos de energía (tal como para pulpa y papel, vidrio, acero, material no ferroso, servicios, biorrefinación) sistemas que retiene el material de alimentación de biomasa captivo o su producto orgánico (tal como para forestación, pulpa y papel, procesamiento de alimentos en animales y vegetales, agricultura y biorrefinación) u otros sistemas adecuados que buscan desplazar los combustibles fósiles con combustibles renovables en la producción de calor y potencia.

Con referencia a la FIG. 1, el gasificador 300 puede ser incluido en un sistema 100, que puede ser adecuado para aplicaciones combinadas de calor y/o potencia. El sistema 100 suministra gas de producto sintético a un horno de calentamiento o fusión industrial 102, tal como un horno de recalentamiento de acero o una caldera de proceso (que generalmente puede ser caldeado con gas natural). La salida de gas de producto sintético del gasificador 300 se suministra a un intercambiador de calor 104 (por ejemplo, un precalentador para el aire de combustión utilizado en el horno de calentamiento o' fusión industrial 102) antes de entrar a un cabezal de suministro de combustible 108 y suministrar los quemadores 106 que proporcionan calor al horno 102. El pr.e-tratamiento del gas de producto sintético adicional puede ser incluido antes de la inyección del horno 102, dependiendo de los requerimientos del horno. Los quemadores 106 pueden ser quemadores de bajo NOx (por ejemplo, quemadores que producen abajo de 20 ppmv de emisiones de NOx en un horno industrial. El control de los quemadores 106 se puede realizar a través de válvulas accionadas 130 que están enlazadas con un sistema de control 110 del horno 102. La adaptabilidad del sistema 100 a fluctuaciones a la demanda del horno puede ser aumentada al reciclar una porción del gas de producto para el uso como un combustible secundario en el gasificador 300. La temperatura del gas de chimenea que deja el horno 102 puede variar, por ejemplo de 260°C a 816°C (500°F a 1500°F), dependiendo del proceso industrial especifico. El gas de chimenea se suministra a un atemperador 112, donde la temperatura es bajada y estabilizada, por ejemplo al reciclar una porción del gas frío por la vía del ventilador del reciclado 132, luego un evaporador 114, donde el calor se intercambia con un fluido de trabajo tal como agua o un fluido orgánico tal como butano o amoniaco, y la potencia se genera con un generador de ciclo Rankin 116. La dirección del fluido del trabajo puede ser configurada para el tamaño de sistema 100 y/o la temperatura del gas de chimenea que sale del horno 102. El gas enfriado del evaporador 114 ya sea que es reciclable al atemperador 112 o suministrado a un secador de combustible 118, para asi incrementar adicionalmente la eficiencia del sistema 100. El sistema 100 puede incluir otros elementos de procesos adecuados. Por ejemplo, el sistema 100 puede incluir el sistema de remoción de material particular/ácido 120, un sistema de suministro de biomasa 122, un apilamiento 124, una fuente de oxigeno 126, y/o un inyector de aditivo 128.

Con referencia a la FIG. 2, el gasificador 300 puede ser incluido en un sistema de caldera de potencia caldeado con carbón pulverizado 200. El sistema puede producir gas sintético de la biomasa u otros combustibles renovables y utiliza el gas sintético para reemplazar parcial o completamente el carbón en la caldera. En una modalidad, el sistema 200 puede ser configurado para pulverizar el carbón y también gasificar la biomasa, donde el gas sintético derivado de biomasa se suministra más de aproximadamente 10% a 20% de energía total a la caldera. El co-caldeado de biomasa de alto nivel (por ejemplo, co-caldeado de biomasa para producir arriba de aproximadamente 50% de energía suministrada a la caldera) se puede lograr al gasificar la biomasa del gasificador 300, al usar una sola alimentación de biomasa 202, y/o distribuir e inyectar el gas de producto en los quemadores 204. En una modalidad, el sistema 200 puede estar sustancialmente libre de depuradores de azufre o una unidad de producción catalítica selectiva.

El gasificador 300 se configura para capturar y remover las partículas sólidas de la corriente de combustible de gas de producto sintético para de esta manera reducir o eliminar una fuente potencial de contaminación y ensuciamiento corriente abajo. Por otra parte, el gasificador 300 puede convertir el material inorgánico en escoria que es un material ambientalmente benigno. El gasificador 300 puede ser utilizado para procesar la ceniza volante de un dispositivo de recolección de material particulado 206, que puede proporcionar una opción ambientalmente preferible al relleno en tierra de ceniza volante, con potencial para la venta comercial de la escoria (por ejemplo, como un abrasivo de descarga o grano, granulo de techo y/o agregado en pavimento de asfalto) . Otros elementos de procesamiento adecuado se pueden incluir en el sistema 200. Por ejemplo, el sistema 200 puede incluir una fuente de carbón 208 para proporcionar carbón al horno 102.

Las porciones del sistema 100 y/o sistema 200 se pueden utilizar con otros procesos o sistemas. Por ejemplo, un intercambiador de calor se puede utilizar para calentar un fluido no utilizado en el sistema 100 y/o sistema 200. Por otra parte, múltiples sistemas adecuados se pueden combinar dependiendo de los requerimientos de calentamiento y/o potencia del proceso. También, como será apreciado, el gasificador 300 se puede utilizar en cualquier sistema adecuado que tenga un horno adecuado. Por ejemplo, el gasificador 300 se puede utilizar en el sistema 303 mostrado en la FIG. 3 que tiene un gasificador 300 y un horno 102 controlado por un controlador 305.

Con referencia a la FIG. 4, el gasificador 300 incluye un primer inyector, de combustible 302 para introducir un primer combustible (no mostrado) , un segundo inyector de combustible 304 para introducir un segundo combustible (no mostrado), y un inyector de oxidantes (por ejemplo, un inyector de oxidante de aceleración 306) para acelerar la velocidad tangencial del primer combustible dentro del gasificador 300. En una modalidad, el combustible proporcionado por el segundo inyector de combustible 304 a un quemador secundario 414 (mostrado en la FIG. 5) puede ser menor que aproximadamente 25% de la entrada de energía total al gasificador 300 (con el combustible proporcionado por el primer inyector de combustible 302 que es mayor que aproximadamente 75% de la entrada de energía total del gasificador 300). En una modalidad adicional, el combustible proporcionado por el segundo inyector de combustible 304 al quemador secundario 414 puede ser menor que aproximadamente 10% de la entrada de energía al gasificador 300 (con el combustible proporcionado por el primer inyector de combustible 302 que mayor que aproximadamente 90% de la entrada de energía total del gasificador 300) . En aún una modalidad adicional, el combustible proporcionado por el segundo inyector del combustible 304 al quemador secundario 414 puede ser menor que aproximadamente 5% de la entrada de energía al gasificador 300 (con el combustible proporcionado por el primer inyector de combustible 302 que mayor que aproximadamente 95% de la entrada de energía total del gasificador 300) .

El primer combustible se introduce en una cámara 400 (descrita enseguida con referencia a la FIG. 5) del gasificador por la vía del primer inyector de combustible 302 en baja velocidad (por ejemplo, abajo de aproximadamente 60 pies/s) y barrido en una trayectoria tangencial por una corriente de oxidante de alta velocidad (por ejemplo, una corriente que tiene una velocidad entre aproximadamente 200 pies/s y 400 pies/s). La fuerza centrífuga que actúa en las partículas del primer combustible serán las partículas en una pared 402 de la cámara 400, donde las partículas son sustancialmente capturadas en una capa de escoria fundida. La capa de escoria fundida se forma por la deposición y fusión sucesiva de las partículas de combustible sólido. Las partículas de combustible sólido capturadas y retenidas en una fase fundida incrementan el tiempo de residencia dentro del gasificador 300. Por ejemplo, las partículas de fase fundida pueden tener un tiempo de residencia que mayor que aproximadamente 1 minuto en comparación a las partículas de fase de gas que pueden tener un tiempo de residencia de aproximadamente 1 segundo. El tiempo de residencia extendido para las partículas de fase fundida facilita un alto grado de gasificación de carbón sólido en el combustible sólido (por ejemplo, un combustible puramente sólido, una suspensión que incluye combustible sólido, o cualquier otro combustible adecuado que contiene un combustible sólido) . La reacción de fase de gas se aumenta por el mezclado turbulento creado por los gradientes de alta velocidad del gas y presión radial creados por los flujos tangenciales que tienen una relación a contraflujo entre el primer inyector de combustible 302 y el segundo inyector de combustible 304 (como es descrito adicionalmente seguida) que induce flujos secundarios en tres dimensiones. La escoria fluye de un primer extremo 408 (por ejemplo, un extremo de entrada) a un segundo extremo 412 (por ejemplo, un extremo de salida) bajo la acción combinada de la gravedad y el esfuerzo cortante inducido por el gas. La escoria sale a través de un orificio de descarga de escoria 802 (por ejemplo, una extracción de escoria) a un dispositivo de recolección adecuado. El gas también fluye generalmente del primer extremo 408 al segundo extremo 412. Una mayoría de residuo sólido/particulado se separa del gas y el gas se descarga a través de una salida 404 (por ejemplo, un orificio de escape de gas) .

En una modalidad, mostrada en la FIG. 5, el quemador secundario 414 se posiciona en o en comunicación con la segunda porción 410 de la cámara 400 y está configurado para dirigir la flama secundaria 416 hacia la primera porción 406. Esta configuración puede ser referida por tener un quemador a contracorriente. La flama secundaria 416 en la configuración del quemador a contracorriente forma una flama de temperatura muy alta (por ejemplo, arriba de aproximadamente 5000°F) basado en la alta concentración del oxígeno en el oxidante. Como se utiliza en la presente, excepto donde se especifique de otra manera, el término "oxígeno" se refiere a un contenido 02 de por lo menos aproximadamente 30% en volumen. El calor liberado de la flama secundaria 416 mantiene la temperatura de la escoria arriba de una temperatura predeterminada que forma un flujo de escoria estable que condiciona la escoria que sale de la cámara 400 a través del orificio de descarga de escoria 402.

La temperatura predeterminada puede ser T250, que es la temperatura en la cual la viscosidad es 250 poise.

La configuración del quemador a contracorriente permite que la flama secundaria 416 arrastre el gas y el material particular redirija el gas y el material particular sea la primera porción 406, para de esta manera incrementar el tiempo de residencia y mejorar la eficiencia del gasificador 300. La flama secundaria 416 puede actuar como un quemador posterior para el gas de producto sintético que sale del gasificador 300. A medida que el gas de producto sintético sale del gasificador 300, el gas de producto sintético atraviesa una ruta 500 que mantiene la proximidad a segunda flama 416, elevando la temperatura del gas de producto sintético intermezclando el gas de producto sintético con especies químicamente activas. El incremento de la temperatura y el intermezclado mejora la eficiencia de gasificación al gasificar el carbón sólido particular o fino en el gas de producto sintético y reduce molecularmente (o craqueos) alquitranes, si están presentes, en el gas de producto sintético. Como se utiliza en la presente, el término "alquitranes" se refiere a component es orgánicos de alto peso molecular formados durante la etapa temprana de una reacción, particularmente en ambientes deficientes de oxígeno. Los alquitranes están propensos a condensarse a alta temperatura, formando una sustancia pegajosa, y son conocidos que ensucian el equipo de proceso corriente abajo tales como válvulas e intercambiadores de calor.

En una modalidad, el combustible secundario y oxidante se arremolinan con sustancialmente en la misma orientación, el flujo tangencial dentro de la cámara 400. El arremolinamiento ' puede causar una expansión radial de la segunda flama 416, que a su vez detiene el momentum delantero de la flama. El arremolinamiento puede reducir o eliminar el impacto de flamas secundarias sobre la pared frontal 409 de la cámara 400. El impacto de la flama secundaria puede conducir a la falla de la pared 402. El ampliamiento de la flama puede incrementar el área de la superficie de la flama. El . área de superficie de flama incrementada incrementa el calentamiento de la flama secundaria 416 por todo el gasificador 300. En particular, el calentamiento del primer extremo 408 de la cámara 400 se mejora con una flama secundaria a contracorriente arremolinada 416, al incrementar el área frontal de la flama, para de esta' manera incrementar el factor de visión radiante entre la superficie de guia de la flama y el primer extremo 408 de la cámara 400 (como se muestra en la FIG. 6) . El calentamiento mejorado próximo al primer extremo 408 permite el calentamiento más temprano del combustible sólido de la escoria, la liberación de calor del reactor incrementada, y la estabilidad de flujo de escoria incrementada. La flama secundaria arremolinada 416 mantiene el campo de flujo tangencial y más eficientemente captura las partículas sólidas en la escoria al hacer pasar las partículas sólidas hacia la pared 402.

En una modalidad, el quemador secundario 414 que caldea un combustible secundario con oxidante forma una segunda flama 416 que entra a la cámara 400 del segundo extremo 412 y se dirige hacia el primer extremo 408. El quemador secundario 414 proporciona fuente de calentamiento suplementaria distribuida para acelerar las reacciones de gasificación, estabilizar el flujo de escoria, reducir el remanente material particular en la corriente de producto y aumentar la acción ciclónica dentro del reactor. El quemador secundario 414 facilita la oxidación por lo menos parcial del combustible secundario dentro de la cámara 400. El combustible secundario puede ser sólido, líquido y/o gaseoso. La oxidación por lo menos parcial del combustible secundario forma una flama 416. La flama 416 se dirige a lo largo del eje central 301 de la cámara 400. En una modalidad, la flama 416 se extiende sobre la longitud del orificio de descarga de escoria 402, proporcionar la radiación térmica que mantiene la temperatura de la segunda porción 410 arriba de una temperatura predeterminada (por ejemplo, arriba del punto de fusión de la escoria). En una modalidad, el quemador secundario 414 se opera con menor que la cantidad estequiométrica de oxígeno, para reducir o eliminar la oxidación del gas de producto circundante. Si el combustible secundario es gaseoso, esta operación sub- estequiométrica puede incrementar la radiación de flama secundaria, que puede mejorar la eficiencia de calentamiento de la flama secundaria 416 dentro de la cámara 400.

El exterior del gasificador 300 puede incluir cualquier material adecuado. Por ejemplo, el exterior puede incluir acero, cualquier otro material adecuado, o combinaciones de los mismos. El exterior de gasificador 300 puede ser de cualquier geometría adecuada para alojar la cámara 400. La cámara 400 incluye una primera porción 406 próxima al primer extremo 408 y una segunda porción 410 próxima al segundo extremo 412. Toda una porción de la cámara 400 puede incluir material refractario. El material refractario puede incluir aleaciones de sílice, alúmina, hierro, cromo, zirconio y/u otros materiales de alta temperatura. En una modalidad, la cámara 400 (o pared (s) 402 de la cámara 400) puede incluir termopares para monitorear la temperatura de la primera porción 406, la segunda porción 410 y/o cualquiera de otras porciones adecuadas de la cámara 400. Adicionalmente o alternativamente, toda o parte de la cámara 400 puede ser enfriada con agua al circular agua a través de una chaqueta de agua 422 (ver la FIG.5).

En una modalidad, la cámara 400 es cilindrica en forma y puede ser referida como un barril. En la cámara ejemplar 400, la cámara depende de las fuerzas centrifugas y la forma de "barril" para separar el gas de producto de la escoria. El combustible tiene un componente de ceniza que puede ser introducido con una velocidad predeterminada. En una modalidad, la velocidad predeterminada está abajo de aproximadamente 60 pies/s. En otra modalidad, el primer combustible se introduce sustancialmente libre de un gas de transporte (no neumáticamente) .

El primer combustible de baja velocidad se pone en contacto con el oxidante de alta velocidad antes de que el primer combustible se ponga en contacto con la pared 402 de la cámara 400. El contacto entre el primer combustible de oxidante antes de que el primer combustible haga contacto con la pared 402 previene el asentamiento y/o amontonamiento de las partículas dentro del reactor, y permite el arrastre rápido de las partículas de combustible debido a la velocidad mucho más alta de la primera corriente de oxidante. La reducción o eliminación del asentamiento y/o amontonamiento de partículas permite la deposición aún más de las partículas de combustible dentro de la cámara 400. Generalmente, una velocidad para recolectar las partículas ya depositadas (una velocidad de recolección) es sustancialmente más alta que una velocidad para retener las partículas en suspensión (una velocidad de saltación) . Por ejemplo, la velocidad de recolección puede ser hasta 2.5 veces más alta que la velocidad de saltación. Por consiguiente, al reducir o eliminar el asentamiento de partículas inicial y/o amontonamiento de partículas, las partículas de combustible se dispersan más uniformemente dentro de la cámara 400. Esta distribución más uniforme puede incrementar velocidades de reacción químicas y/o habilidad las velocidades de liberación de calor más alta para un volumen dado de la cámara 400 al exponer más área de superficie al material particulado a la temperatura más alta y los gases reactivos. La velocidad del oxidante puede estar entre aproximadamente 200 pies/s y 400 pies/s. Este intervalo puede (dependiendo del tamaño y/o forma de las partículas de combustible) proporcionar bastante momentum para mantener el arrastre de partículas rápido y la acción centrífuga. Además, este intervalo puede ser (dependiendo del tamaño y/o forma de las partículas de combustible) evitar la presión de suministro extremadamente alta y/o una tendencia para solidificar la capa de escoria mediante enfriamiento convectivo.

La cámara 400 permite al gasificador 300 gasificar los combustibles (por ejemplo, combustibles sólidos) con uno o más oxidantes (por ejemplo gas que contiene oxígeno) . La cámara 400 está configurada para recibir el combustible del primer inyector de combustible 302 en la primera posición, 06 de la cámara 400 próxima al primer extremo 408 de la cámara 400. La velocidad de combustible introducida a través del primer inyector de combustible 302 sea tangencialmente por el oxidante inyectado por el inyector de oxidante de aceleración 306. La FIG. 8 muestra la ruta inicial de las partículas del primer combustible en dirección a la cámara 400. Un primer conjunto de flechas 602 muestra la ruta de las partículas de primer combustible. Un segundo conjunto de flechas 604 muestra la ruta del oxidante. En cada conjunto de flechas 602, 604, se muestra una velocidad comparativa por la longitud de la flecha. Por ejemplo, una flecha más larga representa una velocidad más grande para las partículas/oxidante con la ruta respectiva. En cada conjunto de flechas 602, 604, una dirección/trayectoria relativa de las partículas se muestra por la orientación de la flecha. Por ejemplo, una flecha orientada verticalmente representa una dirección/trayectoria hacia abajo. En una modalidad, el oxidante puede incluir una concentración de 02 de mayor que aproximadamente 28% en volumen. En otra modalidad, el oxidante puede incluir una concentración de 02 de mayor que aproximadamente 50% en volumen. En otra modalidad, el oxidante puede incluir una concentración de 02 de mayor que aproximadamente 85% en volumen.

La aceleración del primer combustible causada por la interacción con el oxidante causa que ambas fuerzas centrifugas y cortantes lineales actúan sobre las partículas de combustible. La fuerza lineal mantiene las partículas en suspensión al impartir un incremento rápido en la velocidad tangencial de la partícula, para de esta manera distribuir las partículas por todo el volumen del reactor, mientras que la fuerza centrífuga (causada por el campo de flujo tangencial) imparte movimiento radialmente hacia afuera de las partículas, permitiéndolas depositarse sobre la pared (es) 402 de la cámara 400. Sin embargo, como se muestra en la FIG. 9, debido a la alta velocidad del oxidante y/o la baja velocidad de combustible, el arrastre simultáneo de las partículas de combustible en el inyector de oxidante de aceleración 306 mantiene un ángulo de contacto 510 en impacto de combustible inicial entre las partículas de combustible y la pared 402 en un valor predeterminado, el valor predeterminado que es bastante bajo para reducir o eliminar la erosión de la pared (es) 402. En una modalidad, la cámara 400 está ángulo de la primera porción 406 a la segunda porción 410, para de esta manera usar las fuerzas gravitacionales para facilitar adicionalmente el flujo de escoria hacia el orificio de descarga de escoria 802. En una modalidad adicional, un eje central 301 (mostrada en las FIGS. 5 y 7) de la cámara 400 está en un ángulo de aproximadamente 10 grados arriba de la horizontal (por ejemplo, 10 grados de estar perpendicular a la gravedad) .

Con referencia nuevamente a la FIG. 4, una pluralidad de inyectores de oxidante en etapas 308 se puede configurar para facilitar la inyección de oxidante en etapas. Los inyectores de oxidante en etapas 308 tangencialmente introducen al oxidante en posiciones predeterminadas a lo largo de una ruta de flujo 418 (ver la FIG. 5) del gas dentro de la cámara 400. La inyección de oxidante en etapas puede crear una velocidad y perfil de temperatura dentro de la cámara 400. Por ejemplo, la escoria viscosa entre un campo de flujo tangencial en la pared 402 disminuye la velocidad de flujo y gradualmente disminuye las fuerzas que transportan las partículas de combustible de las partículas de ceniza. En una modalidad, el oxidante de alta velocidad adicional (por ejemplo, oxidante introducido a una velocidad entre aproximadamente 200 pies/s y 400 pies/s) se ponen en etapas en uno o más de los inyectores de oxidante en etapas 308 para reacelerar el flujo tangencial, para de esta manera promover el transporte continuo de las partículas sólidas. Simultáneamente, los inyectores de oxidante en etapas 308 adicionan al oxidante adicional, liberando más energía química a través de la oxidación del combustible, que incrementa las temperaturas locales. El incremento de las temperaturas locales incrementa la cinética de reacción próxima a la primera porción 406 de la cámara 400. En otra modalidad, el perfil de velocidad incluye una baja velocidad del oxidante en etapas (por ejemplo, un oxidante introducido es menor que aproximadamente 200 pies/s) a través de los inyectores de oxidante en etapas 308, que pueden adicionar oxidante sin acelerar sustancialmente el campo de flujo tangencial .

La combinación deseada de velocidad de oxidante en etapas y la ubicación de la inyección se puede determinar por la medición de temperatura (por ejemplo, de monitorear la temperatura dentro de la cámara 400 por la vía de termopares incrustados en la pared 402 o al monitorear la temperatura de gas de escape por la vía de termopares posicionados en la corriente de gas de escape. Adicionalmente o alternativamente, las condiciones de operación del reactor óptimas se pueden determinar por la medición de la composición del gas de escape. Por ejemplo, la composición se puede determinar mediante el muestreo extractivo utilizando un cromatógrafo de gas como un espectrómetro de masas como un espectrómetro Raman, u otra instrumentación analítica espectroscópica adecuada. Adicionalmente o alternativamente, la composición de gas se puede medir in situ utilizando medios óptiicos tal como un administrador infrarrojo no dispersivo. En una modalidad, la condición de operación de reactor óptima se determina al determinar la consistencia y contenido de carbón de la escoria. En esta modalidad, el material sólido que sale del orificio de descarga de escoria 802 es analizado. El monitoreo de la condiciones dentro de la cámara 400 permite que se ha hecho ajustes para lograr los resultados deseados. Los resultado deseados pueden incluir uniformidad sustancial de temperatura dentro del refractario (por ejemplo, temperatura de refractario que es mantenida en un intervalo de aproximadamente 50°C o entre aproximadamente 1300°C y aproximadamente 1350°C), lograr una temperatura de gas de escape predeterminada (por ejemplo, de aproximadamente 1400°C), lograr una concentración de monóxido de carbono de gas de escape predeterminada (por ejemplo, 50% en volumen) , lograr un contenido de material particulado de gas de escape predeterminado (por ejemplo, menor que aproximadamente 10% del contenido de ceniza total del primer combustible) , y/o lograr un contenido de carbón predeterminado en escoria (por ejemplo, menor que aproximadamente 10% en peso) .

Los inyectores de oxidante en etapas 308 se posicionan a una distancia predeterminada de la salida 404 (por ejemplo, en aproximadamente 1/3 o aproximadamente 2/3 la longitud de la ruta de flujo de gas 418). La ruta de flujo de gas 418 es la distancia entre linea central del primer inyector de combustible 302 y la linea central de la salida de gas 404, como es medido a lo largo del eje central 301 de la cámara 400.

La inyección de combustible por el primer inyector de combustible 302 ocurre en baja velocidad (por ejemplo, menor que aproximadamente 60 pies/s) y con poco o nada de gas de transporte (por ejemplo, menor que aproximadamente 0.5 Ib de gas de transporte por libra de combustible sólido o nada de gas de transporte en una alimentación de gravedad) . Teniendo poco o nada de gas de transporte (tales como los gases de transporte convencionales que incluyen aire o nitrógeno) se puede prevenir la temperatura del reactor y el valor de calentamiento del gas sintético de ser reducido por diluyentes inertes.

La FIG. 10 muestra una sección transversal de una modalidad ejemplar de gasificador 300 mostrada en la FIG. 4 a lo largo de 10-10. La FIG. 10 específicamente muestra la' primera porción 406 de la cámara 400. Como se muestra en la FIG. 10, un inyector de oxidante preliminar 309 proporciona una corriente de oxidante preliminar a la cámara 400. El inyector de oxidante preliminar 309 está posicionado próximo a una corriente de combustible que entra a la cámara 400 del primer inyector de combustible 302. En una modalidad, el primer inyector de combustible 302 se puede posicionar para proporcionar una corriente de combustible entre una corriente de oxidante proporcionada por el inyector de oxidante de aceleración 306 y una segunda corriente oxidante proporcionada por el inyector de oxidante preliminar 309. La introducción de la corriente de combustible de las dos corrientes de oxidante puede incrementar un área interfacial de oxidante-combustible, mejorar el encendido, acelerar el quemado de combustible y/o reducir/eliminar la erosión de la pared(es) 402 de la cámara 400.

En una modalidad, una velocidad de la corriente de oxidante proporcionada por el inyector de oxidante preliminar 309 se preselecciona para estar abajo de una velocidad predeterminada que incrementaría el ángulo de contacto 510 más allá de un ángulo predeterminado y erosionaría indeseablemente la pared(es) 402 de la cámara 400. La velocidad de esta corriente de oxidante también puede estar arriba de una velocidad predeterminada que adicionaría escoria viscosa al movimiento centrífugo y retardaría el momento de las partículas de combustible arrastradas por el primer oxidante. En una modalidad, la velocidad de esta corriente de oxidante está entre aproximadamente 30 pies/s y aproximadamente 60 pies/s.

Otra modalidad incluye el primer inyector de combustible 302 que proporciona combustible que es aspirado con oxidante a través de un inyector de oxidante anular 702. Como se utiliza en la presente, el término "inyector de oxidante anular" y variaciones gramaticales del mismo se refieren a un inyector de oxidante configurado para formar un anillo (ya sea contiguo o no contiguo de oxidante) . La FIG. 11 muestra una sección transversal de esta modalidad de clasificador 300. La FIG. 11 específicamente -muestra una modalidad alternativa de la primera porción 406 de la cámara 400. El inyector de oxidante anular 702 está posicionado para introducir oxidante alrededor (o sustancialmente alrededor) , antes que solamente adyacente a el primer inyector de combustible 302. El posicionamiento de inyector de oxidante anular 702 alrededor del primer inyector de combustible 302 incrementa la interfase de combustible-oxidante y reduce o elimina la dilución de reacciones de combutible-oxidante causada por gases circundantes.

En una modalidad, el inyector de oxidante anular 702 está posicionado para mezclar el oxidante y el combustible antes de que estas corrientes hagan contacto con la pared(es) 402 de la cámara 400. Por ejemplo, la bujía de combustible del inyector de oxidante anular '702 puede ser retraída de la pared(es) 402 de la cámara 400 por una distancia predeterminada X. La distancia predeterminada X puede ser seleccionada para estar arriba de una distancia para iniciar el encendido en una duración preseleccionada y/o se puede seleccionar para formar una reacción de combustible arriba de un grado preseleccionado . El incremento de la distancia predeterminada X incrementa el grado de me zclado de combustible de oxidante antes de entrar al gasificador 300 y proporciona la iniciación más temprana del encendido de combustible y un grado más grande de reacción de combustible antes de entrar al gasificador 300. Adicionalmente o alternativamente, la distancia predeterminada X puede ser seleccionada para · estar arriba de una distancia correspondiente a una cantidad de daño causado por el inyector de oxidante anular 702 y/o la pared (es) 402. La disminución de la distancia predeterminada X reduce o elimina el daño al inyector de oxidante anular 702 y la pared (es) 402 de la cámara 400. En una modalidad, la distancia predeterminada X es menor que aproximadamente dos veces el diámetro hidráulico de la boquilla de combustible (el diámetro hidráulico que es igual a cuatro veces el área de sección transversal divida entre el perímetro) . E una modalidad, la distancia predeterminada X es menor que aproximadamente cinco veces el diámetro hidráulico de la boquilla de combustible.

La FIG. 12 muestra una sección transversal del gasificador ejemplar 300 mostrado en la FIG. 4 a lo largo de 12-12. La FIG. 12 específicamente muestra la segunda porción 410 de la cámara 400. En esta modalidad, la separación adicional del gas de producto de material particular o sólido se logra al formar un ángulo agudo 520 entre una región superior 404 de la pared 402 y la salida de gas 404. El ángulo agudo 520 causa una curvatura aguda del flujo de gas de salida. Las partículas sólidas/material particulado sustancialmente se previenen de entrada a la salida de gas 404 por la curvatura aguda y siguen una ruta de partícula sólida 806. Específicamente, la inercia de las partículas sólidas corriente arriba del ángulo agudo 520 forza a las partículas sólidas más allá de la salida 404 (en contraste a la ruta de gas de producto 808) y somete a las partículas sólidas al arrastre dentro del campo centrífugo de la cámara 400. En otra modalidad, efectos similares se producen al posicionar un miembro sobresaliente 810 entre la región-superior 804 de la pared 402 y la salida de gas 404 (ver la FIG. 13). El ángulo agudo 520, el miembro sobresaliente 810 y/u otras características adecuadas pueden formar una ruta sinuosa para el gas de producto formado por la gasificación. La ruta sinuosa puede separar el material particulado del gas de producto.

En una modalidad alterna, mostrada en la FIG. 7, el quemador secundario 414 está posicionado en la primera porción 406 de la cámara 400 y está configurado para dirigir la flama secundaria 416 hacia la segunda porción 410. Esta configuración puede ser referida como tener un quemador de co-corriente . La flama secundaria 416 en la configuración del quemador de co-corriente forma una distribución de temperatura con temperaturas más altas que están en la primera porción 406 de la cámara y, como tal, forma una distribución de viscosidad de escoria dentro de la escoria que tiene una viscosidad inferior en la primera porción 406 y una viscosidad más alta en la segunda porción 410.

En una modalidad, un valor predeterminado del ángulo de contacto 510 se selecciona para reducir la erosión del material en la pared(es) 402 de la cámara 400. La erosión de la pared (es) 402 es dependiente de la velocidad y trayectoria de las partículas de combustible, el tamaño de las partículas de combustible, la forma de las partículas de combustible, la dureza de las partículas de combustible y/o la ductilidad relativa del material que forma la pared (es) 402. En una modalidad, la velocidad de trayectoria de las partículas de combustible se controlan en respuesta al tamaño de las partículas de combustible, la forma de las partículas de combustible, la dureza de las partículas de combustible y/o la ductilidad relativa del material que forma la pared(es) 402.

La FIG. 14 muestra una gráfica ejemplar de los datos de velocidad de erosión contra el ángulo de contacto para un material quebradizo y un material dúctil. Los materiales quebradizos incluyen cerámicas. Los materiales dúctiles incluyen acero recocido. La ductilidad relativa del material refractario puede variar basado en la temperatura del material refractario. En general, la ductilidad se incrementa con un incremento de la temperatura. En la cámara 400, la temperatura de la pared 402 en la primera porción 406 es más fría que las otras porciones de la cámara 400. La temperatura más fría de la primera porción 406 da por resultado que el material de la pared 402 en la primera porción 406 sea más quebradizo que las otras porciones de la cámara 400. Las velocidades de erosión para el material quebradizo continuamente se incrementan a medida que el ángulo de contacto se incrementa a 90 grados. Las velocidades de erosión para el material dúctil alcanzan un pico en el ángulo de contacto de aproximadamente 20 a aproximadamente 30 grados. En una modalidad, las velocidades de erosión se reducen a mantener el ángulo de contacto abajo de aproximadamente 20 grados. En una modalidad, el mantenimiento del ángulo de contacto abajo de aproximadamente 20 grados se logra al mantener una velocidad de inyección de combustible abajo de aproximadamente 60 pies/s y una primera velocidad oxidante de aproximadamente 200 pies/s y 400 pies/s. En una modalidad, el ángulo de contacto se mantiene abajo de aproximadamente 10 grados y la velocidad de inyección de combustible se mantiene abajo de aproximadamente 3 pies/s .

En una modalidad, el inyector de oxidante preliminar 309 y/o el inyector (es) de oxidante en la etapa 308 ajusta las características de la flama al ajustar la aerodinámica (por ejemplo, velocidad y trayectoria délos reactivos) del quemador secundario 414. Por ejemplo, la temperatura dentro de la cámara 400, la cinética química dentro de la cámara 400 y el flujo de escoria dentro de la cámara 400 se puede ajustar al arremolinar el combustible de quemador secundario 414 (que puede o no puede corresponder en dirección con el arremolinamiento de combustible) , arremolinamiento de oxidante del inyector de oxidante preliminar 309 y/o arremolinamiento del oxidante del inyector (es) de oxidante de etapas 308. Tales ajustes pueden ampliar y/o acortar la flama secundaria 416. Esto puede incrementar el área de la flama secundaria 416 dando por resultado la proyección incrementada de radiación de la flama secundaria 416 por toda la cámara 400.

La cámara 400 puede ser configurada para promover un vórtice para soportar las fuerzas centrifugas que forzan la ruta del flujo de gas 418 al arremolinarse a lo largo de la pared 402 de la cámara 400. La promoción del vórtice se puede lograr (en conjunto o en parte) por la geometría de la cámara 400 (por ejemplo siendo cilindrica) , el posicionamiento del inyector de oxidante de aceleración 306, el posicionamiento del inyector de oxidante preliminar 309, el inyector (es) de oxidante de etapas 308, la ubicación, diseño y condiciones de operación del quemador secundario 414 y la velocidad del combustible y el primer oxidante .

Las modalidades de la presente descripción pueden gasificar combustibles sólidos para producir un gas sintético con poco o nada de componente inerte. Por ejemplo, uno o más de los oxidantes en el reactor pueden ser enriquecidos en concentración de oxígeno con relación al aire. Esto puede permitir que el volumen del gas inerte (por ejemplo, nitrógeno) sea reducido o eliminado. Sin embargo, la reducción del volumen de gas inerte puede reducir el momento del gas que impulsa la acción ciclónica. El tamaño del reactor puede ser bastante compacto para permitir que el reactor opere con una alta relación de liberación de calor (Q) a volumen (V) (por ejemplo, un Q/V de mayor que o igual a aproximadamente 10 W/m3), con la liberación de calor (Q) que es un valor de calentamiento más alto de primer combustible y el segundo combustible y el volumen (V) que es el volumen del reactor total. Así, el reactor puede ser configurado para la utilización incrementada de volumen de reactor mediante el área de superficie incrementada, calentamiento incrementado y/o encendido de partículas de combustible sólidas, tiempo de residencia incrementado y/o uniformidad incrementada de la distribución de temperatura.

Mientras que la invención se ha descrito con referencia a una modalidad preferida, será entendido por aquellos expertos en la técnica que varios cambios se pueden hacer y equivalentes pueden ser sustituidos por elementos de los mismos sin apartarse del alcance de la invención. Además, muchas modificaciones se pueden hacer para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas de la invención sin apartarse del alcance esencial de la misma. Por lo tanto, se propone que la invención no sea limitada a la modalidad particular divulgada como el mejor modo contemplado para llevar a cabo esta invención, sino que la invención incluirá todas las modalidades que caen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un gasificador ciclónico, caracterizado porque comprende : una cámara que tiene una primera porción próxima a un primer extremo y una segunda porción próxima a un segundo extremo; un primer inyector de combustible posicionado para introducir un primer combustible a la primera porción de la cámara ; un quemador posicionado para introducir un segundo combustible a la segunda porción de la cámara; y un inyector de oxidante de aceleración configurado para acelerar la velocidad del primer combustible y arremolinar el primer combustible desde la primera porción hacia la segunda porción; en donde el quemador está configurado para dirigir una flama hacia la primera porción desde la segunda porción; en donde la segunda porción incluye una ruta de flujo para un gas de producto formado por la gasificación de por lo menos el primer combustible; y en donde el primer combustible incluye un combustible sólido.

2. El gasificador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer inyector de combustible es un inyector de combustible no neumático.

3. El gasificador de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el primer inyector de combustible es un inyector de combustible de baja velocidad configurado para inyectar el primer combustible en menor que aproximadamente 60 pies/s.

4. El gasificador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende uno o más inyectores de oxidante en etapas configurados para mantener el arremolinamiento del primer combustible desde la primera porción hacia la segunda porción.

5. El gasificador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el quemador está configurado para arremolinar la flama, el arremolinamiento de la flama que corresponde al arremolinamiento del primer combustible.

6. El gasificador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el quemador incluye un segundo inyector de combustible y un inyector de oxígeno.

7. El gasificador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer combustible y el segundo combustible difieren en composición.

8. El gasificador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la ruta de flujo es una ruta de flujo sinuosa.

9. El gasificador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende inyector oxidante anular arreglado alrededor del primer inyector de combustible para promover la gasificación de por lo menos el primer combustible.

10. Un gasificador ciclónico, caracterizado porque comprende : una cámara que tiene una primera porción próxima a un primer extremo y una segunda porción próxima a un segundo extremo; un primer inyector de combustible posicionado para introducir un primer combustible a la primera porción de la cámara; un quemador que incluye un segundo inyector de combustible posicionado para introducir un segundo combustible a la cámara; y un inyector de oxidante de aceleración configurado para acelerar la velocidad del primer combustible y arremolinar el primer combustible desde la primera porción hacia la segunda porción; un inyector de oxidante anular; y en donde la segunda porción incluye una ruta de flujo para un gas de producto formado por la gasificación del primer combustible, el segundo combustible o una combinación de los mismos; en donde el inyector de oxidante anular está arreglado alrededor del primer inyector de combustible para promover la gasificación de por lo menos el primer combustible; y en donde el primer combustible incluye un combustible sólido.

11. Un método de gasificación ciclónico, el método caracterizado porque comprende: proporcionar una cámara que tiene una primera porción próxima a un primer extremo y una segunda porción próxima a un segundo extremo; introducir un primer combustible a la primera porción de la cámara, en donde el primer combustible incluye un combustible sólido; introducir un segundo combustible a la cámara y oxidar el segundo combustible con oxigeno, el segundo combustible que difiere del primer combustible en composición; introducir un oxidante de aceleración para acelerar la velocidad del primer combustible y arremolinar el primer combustible desde la primera porción hacia la segunda porción; y una o más de: dirigir una flama hacia la primera porción de la segunda porción, la flama que es formada por la oxidación del segundo combustible, y promover la gasificación de por lo menos el primer combustible al introducir un oxidante anular alrededor del primer combustible con un inyector de oxidante anular.

12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la segunda porción incluye una ruta de flujo sinuosa para un gas de producto formado por la gasificación del primer combustible.

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la ruta de flujo sinuosa separa el material particulado del gas de producto.

14. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el primer combustible se introduce a una velocidad de menor que aproximadamente 60 pies/s.

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el oxidante de aceleración se introduce a una velocidad de aproximadamente 200 pies/s a aproximadamente 400 pies/s.

16. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque además comprende mantener el arremolinamiento del primer combustible desde la primera porción hacia la segunda porción mediante la inyección de oxidante en etapas.

17. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el oxidante en etapas se inyecta a una velocidad de aproximadamente 200 pies/s a aproximadamente 400 pies/s.

18. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el oxidante de aceleración es oxígeno .

19. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el oxidante anular es oxígeno.

20. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el primer combustible mantiene un ángulo de contacto de menor que aproximadamente 20 grados con la cámara.