BR9809949B1 - controle de fluxo de oxigênio para gaseificação. - Google Patents
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CONTROLEDE FLUXO DE OXIGÊNIO PARA GASEIFICAÇÃO".
Referência Cruzada a Patentes
Este pedido reivindica prioridade do pedido de patente provisórionúmero de série 60/048.834 requerido em 6 de Junho de 1997, intituladoSistema de Controle de Fluxo de Oxigênio & Hidrogênio de Conjunto de Ga-seificador Único.
Campo da Invenção
A invenção do instante refere-se a um método e sistema paracontrolar o fluxo de oxigênio em um processo de gaseificação.Fundamentos da Invenção
Os estoques de abastecimento baseados em petróleo incluem ocoque de petróleo impuro e outros materiais hidrocarbonáceos, tal como osdejetos carbonáceos sólidos, os óleos residuais, e os subprodutos do óleobruto pesado. Estes estoques de abastecimento são comumente utilizadospara as reações de gaseificação que produzem misturas de hidrogênio egases de monóxido de carbono, referidos comumente como "gás de sínte-se" ou simplesmente "singás". O singás é utilizado como um estoque de a-bastecimento para fazer um hospedeiro de componentes orgânicos úteis epode também ser utilizado como um combustível limpo para gerar energia.
A reação de gaseificação envolve tipicamente fornecer o esto-que de abastecimento, o gás que contém oxigênio livre e quaisquer outrosmateriais para um reator de gaseificação o qual é também referido como um"reator de gaseificação de oxidação parcial" ou simplesmente um "reator" ou"gaseificador". Devido às altas temperaturas utilizadas, o gaseificador é re-vestido com um material refratário projetado para suportar a temperatura dereação.
O estoque de abastecimento e o oxigênio são misturados inti-mamente e reagidos dentro do gaseificador para formar o singás. Enquantoa reação ocorrerá sobre uma ampla faixa de temperaturas, a temperatura dereação a qual é utilizada deve ser alta o suficiente para fundir quaisquer me-tais que possam estar dentro do estoque de abastecimento. Se a tempe-ratura não for suficientemente alta, a saída do reator pode se tornar bloque-ada com os metais não-fundidos. Por outro lado, a temperatura deve serbaixa o suficiente de modo que os materiais refratários que revestem o rea-tor não sejam danificados.
Um modo de controlar a temperatura da reação é pelo controleda quantidade de oxigênio a qual é misturada com e subseqüentemente re-age com o estoque de abastecimento. Deste modo, se for desejado aumen-tar a temperatura da reação, a quantidade de oxigênio é aumentada. Poroutro lado, se for desejado diminuir a temperatura da reação, então a quan-tidade de oxigênio é diminuída.
Convencionalmente, o oxigênio a ser utilizado na reação se des-loca via um tubo de uma fonte de oxigênio para um compressor e então a-través de um segundo tubo do compressor para o gaseificador. Existe fre-qüentemente um reservatório entre o compressor e o gaseificador. No gasei-ficador, o oxigênio é introduzido através de uma abertura na extremidadesuperior do reator para se misturar com o estoque de abastecimento. O con-trole da quantidade de oxigênio a qual entra na abertura é executado pelautilização de uma válvula na abertura. Quando a válvula está aberta, o oxi-gênio flui para dentro do reator. Quando é necessário retardar a reação eresfriá-la, por exemplo, quando o fluxo de estoque de abastecimento diminu-iu, então o fluxo através da válvula é reduzido, isto é, a válvula é movida pa-ra uma posição de fluxo reduzido.
Infelizmente, o sistema de controle acima descrito não controla ooxigênio muito precisamente. Isto é devido ao fato de que mesmo quando aválvula na abertura está na posição de fluxo reduzido, o oxigênio ainda estásendo enviado através do segundo tubo pelo compressor. O oxigênio produ-zido se desloca do compressor para a válvula de fluxo reduzido e a pressãodo oxigênio aumenta. Portanto, um bom controle é difícil de conseguir.
Uma solução é de ter um grande reservatório na saída do com-pressor. No entanto, isto é um grande risco de segurança, já que existemaltas temperaturas e materiais carbonáceos na proximidade. Seria desejávelse um método e sistema para controlar o fluxo de oxigênio em um processode gaseificação poderia ser descoberto o qual reduz diretamente a quanti-dade de oxigênio na tubulação.Sumário da Invenção
O sistema para controlar o fluxo de oxigênio em um processo degaseificação da invenção do instante inclui um primeiro tubo o qual conectaoperavelmente uma fonte de oxigênio com um compressor de oxigênio.Uma válvula de controle de sucção está localizada entre a fonte de oxigênioe o compressor de oxigênio. A válvula de controle de sucção está adaptadade modo a abrir para fornecer o oxigênio da fonte para o compressor atra-vés de um primeiro tubo e para se mover para uma posição de fluxo reduzi-do para impedir o fornecimento em excesso de oxigênio da fonte para ocompressor. O sistema também inclui um segundo tubo o qual conecta ope-ravelmente o compressor de oxigênio a uma abertura de um gaseificador. Osistema tem uma válvula de ventilação normalmente fechada localizada en-tre o compressor de oxigênio e a abertura de um gaseificador. O sistemacontém um meio localizado dentro do gaseificador ou dentro do efluente dogaseificador para detectar quando é necessário alterar o fluxo de oxigêniopara o gaseificador e acionar a válvula de controle de sucção o suficientepara alterar o fluxo de oxigênio. Finalmente, o sistema inclui um meio paraum meio de controlar a válvula de controle de sucção e a válvula de ventila-ção para regular a quantidade de oxigênio fornecida para o gaseificador. Omeio para detectar quando é necessário reduzir ou aumentar o fluxo de oxi-gênio para um gaseificador pode ser um dispositivo de medição de fluxo dehidrocarbonetos, um termopar, um pirômetro, um detector de gás, ou ummedidor de fluxo efluente de gaseificador.Descrição Detalhada da Invenção
Como utilizado aqui, o termo "compressor de oxigênio" significaqualquer dispositivo capaz de produzir oxigênio em pressão elevada, diga-mos, maior do que 1 atmosfera, ou 101 KPa1 pressão adequada para utiliza-ção em gaseificação.
Como utilizado aqui, o termo "fonte de oxigênio" significa qual-quer dispositivo, aparelho, ou fonte a qual forneça oxigênio, substancialmen-te oxigênio puro, ou ar enriquecido com oxigênio que tenha uma porcenta-gem de oxigênio maior do que aproximadamente 21 moles. Qualquer gásque contenha oxigênio livre que contém oxigênio em uma forma adequadapara a reação durante o processo de gaseificação pode ser utilizado. O oxi- gênio substancialmente puro é um gás que contém mais do que aproxima-damente 90 moles por cento, mais freqüentemente aproximadamente 95 aaproximadamente 99,5 moles por cento de oxigênio. Comumente, o gás quecontém oxigênio livre contém oxigênio mais outros gases derivados do ar doqual o oxigênio foi preparado, tal como o nitrogênio, argônio ou outros gases inertes. Uma fonte típica de oxigênio inclui uma unidade de separação de ara qual separa o oxigênio do ar. Tais unidades estão comercialmente dispo-níveis.
Como utilizado aqui, "válvula de controle de sucção" significauma peça móvel a qual está localizada na linha entre uma fonte de oxigênio e um compressor de oxigênio. A válvula de controle de sucção permite queo oxigênio se desloque através de um tubo o qual está conectado operavel-mente da fonte de oxigênio para o compressor de oxigênio quando a ditaválvula está parcialmente ou totalmente "aberta". Quando a dita válvula está"fechada", o oxigênio é impedido de entrar no compressor. Quando a dita válvula está na "posição de fluxo reduzido", a válvula está parcialmente a-berta o que reduz o fluxo de oxigênio para o compressor se comparado comuma válvula totalmente "aberta". As válvulas de controle de sucção são van-tajosamente ajustáveis continuamente de uma posição aberta, através denumerosas "posições de fluxo reduzido", e finalmente para uma posição fe- chada.
Como utilizado aqui, o termo "válvula de ventilação" se refere auma válvula que quando aberta permite que o gás, neste caso o oxigênio,substancialmente oxigênio puro, ou gás enriquecido com oxigênio, saia dotubo e seja ventilado para a atmosfera, ou para um tanque, ou para um pro- cesso em que o oxigênio possa ser utilizado, ou para outro local. Para ondeo oxigênio é ventilado não é importante. O termo "válvula de ventilação nor-malmente fechada" significa que a válvula de ventilação está fechada duran-te a operação normal, constante. Não é importante para esta invenção se aposição de falha da válvula é aberta ou fechada. A válvula de ventilação éfreqüentemente vantajosamente modulável, com uma posição de válvulaaberta, uma fechada, e numerosas parcialmente abertas.
Esta presente invenção é útil para controlar o fluxo de oxigêniopara dentro de um reator dentro do qual o estoque de abastecimento e ooxigênio reagem para formar o singás. Qualquer meio efetivo pode ser utili-zado para alimentar o estoque de abastecimento para dentro do reator. Ge-ralmente, o estoque de abastecimento, o oxigênio, e quaisquer outros mate-riais são adicionados através de uma ou mais entradas ou aberturas no rea-tor. Tipicamente, o estoque de abastecimento e o gás são passados paraum injetor de combustível o qual está localizado dentro da entrada do reator.Qualquer projeto de injetor de combustível efetivo pode ser utilizado paraauxiliar na adição ou na interação de estoque de abastecimento e de gásdentro do reator, tal como um injetor de combustível do tipo em anel descritona Patente dos U.S. N° 2.928.460 para Eastman et al., a Patente dos U.S.N° 4.328.006 para Muenger et al. ou a Patente dos U.S. N° 4.328.008 paraMuenger et al. as quais são incorporadas aqui por referência.
Alternativamente, o estoque de abastecimento pode ser introdu-zido na extremidade superior do reator através de uma abertura. O gás quecontém oxigênio livre é tipicamente introduzido em alta velocidade no reatoratravés ou do injetor de combustível ou de uma abertura separada a qualdescarrega o gás de oxigênio diretamente dentro da corrente de estoque deabastecimento. Por esta disposição os materiais de carga são intimamentemisturados dentro da zona de reação e a corrente de gás de oxigênio é im-pedida de impingir diretamente sobre e danificar as paredes do reator.
Qualquer projeto de reator efetivo para a gaseificação pode serempregado. Tipicamente, um vaso de pressão de aço moldado cilindrica-mente, vertical pode ser utilizado. Reatores ilustrativos e aparelhos relacio-nados estão descritos na Patente dos U.S. N° 2.809.104 para Strasser et al.,na Patente dos U.S. N° 2.818.326 para Eastman et al., na Patente dos U.S.N° 3.544.291 para Schlinger et al., na Patente dos U.S. N° 4.637.823 paraDach, na Patente dos U.S. N- 4.653.677 para Peters et al., na Patente dosU.S. N- 4.872.886 para Henley et al., na Patente dos U.S. N2 4.456.546 paraVan der Berg1 na Patente dos U.S. N- 4.671.806 para Stil et al., na Patentedos U.S. N- 4.760.667 para Eckstein et al., na Patente dos U.S. N94.146.370 para van Henwijner et al., na Patente dos U.S. N- 4.823.741 paraDavis et al., na Patente dos U.S. N9 4.889.540 para Segerstrom et al., naPatente dos U.S. N- 4.959.080 para Sternling, e na Patente dos U.S. N-4.979.964 para Sternling as quais são incorporadas aqui por referência. Azona de reação compreende preferivelmente uma câmara revestida de re-fratário, que flui para baixo, de fluxo livre com uma entrada localizada cen-tralmente no topo e uma saída alinhada axialmente no fundo.
A reação de gaseificação é conduzida sob as condições de rea-ção as quais são suficientes para converter uma quantidade desejada deestoque de abastecimento em singás. As temperaturas de reação estão tipi-camente na faixa de aproximadamente 900° C a aproximadamente 2000° C,preferivelmente de aproximadamente 1200° C a aproximadamente 1500° C.As pressões estão tipicamente na faixa de aproximadamente 1 a aproxima-damente 250 atmosferas, preferivelmente de aproximadamente 10 a apro-ximadamente 150 atmosferas. O tempo de residência médio dentro da zonade reação está geralmente na faixa de aproximadamente 0,5 a aproxima-damente 20, e normalmente de aproximadamente 1 a aproximadamente 10segundos.
Qualquer gás que contém oxigênio livre que contém oxigênio emuma forma adequada para a reação durante o processo de gaseificação po-de ser utilizado. Tipicamente, o oxigênio é preparado separando o oxigêniodo ar via uma unidade de separação. Da unidade de separação de ar, o oxi-gênio se desloca via um tubo para um compressor o qual aumenta a pres-são do oxigênio e envia o oxigênio através de um segundo tubo para umaabertura na extremidade superior do gaseificador.
As proporções ótimas de estoque de abastecimento baseadoem petróleo para gás que contém oxigênio livre, assim como de quaisquercomponentes opcionais, pode variar amplamente com tais fatores como otipo de estoque de abastecimento, o tipo de oxigênio, assim como a especi-ficação do equipamento para tais itens como os materiais refratários e o rea-tor. Tipicamente, a razão atômica de oxigênio dentro do gás que contémoxigênio livre para o carbono, no estoque de abastecimento, é de aproxima-damente 0,6 a aproximadamente 1,6, preferivelmente aproximadamente 0,8a aproximadamente 1,4. Quando o gás que contém oxigênio livre é substan-cialmente oxigênio puro, a razão atômica pode ser de aproximadamente 0,7a aproximadamente 1,5, preferivelmente aproximadamente 0,9. Quando ogás que contém oxigênio é o ar, a razão pode ser de aproximadamente 0,8a aproximadamente 1,6, preferivelmente aproximadamente 1,3.
O sistema de controle de fluxo de oxigênio da presente invençãopode ser empregado não importando qual sejam as proporções ótimas deestoque de abastecimento baseado em petróleo para o gás que contém oxi-gênio livre. O sistema de controle de fluxo de oxigênio detecta quando é ne-cessário reduzir o fluxo de oxigênio devido a uma diminuição no fluxo dehidrocarbonetos. Similarmente, o sistema de controle de fluxo de oxigêniodetecta quando é necessário aumentar o fluxo de oxigênio devido a um au-mento no fluxo de hidrocarbonetos. Tais detectores são prontamente dispo-níveis comercialmente. Estes incluem os medidores de fluxo de hidrocarbo-netos, os termopares, os medidores de velocidade, os pirômetros, os senso-res de gás, ou outros dispositivos de detecção ou de medição.
Uma vez que a necessidade de reduzir o fluxo de oxigênio é de-tectada, um sinal é enviado para a válvula de controle de sucção para semover para uma posição de fluxo reduzido ou para se fechar, o que minimi-za ou impede totalmente o fluxo de oxigênio para dentro do compressor. Osinal pode ser enviado por qualquer meio de sinalização, por exemplo, umcontrolador de razão tal como aqueles disponíveis comercialmente de umnúmero de fontes pode ser empregado.
Quando um fluxo aumentado de oxigênio é necessitado nova-mente, um sinal é enviado para a válvula de controle de sucção para se abrirparcialmente ou totalmente o que aumenta o fluxo de oxigênio para dentrodo compressor e aumenta a saída do compressor. Este sinal pode ser envi-ado pelo mesmo dispositivo que enviou o sinal anterior para fechar a válvulade controle de sucção ou por um segundo meio de sinalização. Deste modo,o fluxo de oxigênio pode ser controlado dentro de 3, preferivelmente 2, maispreferivelmente 1 por cento da quantidade desejada.
Para manter uma resposta rápida para as mudanças no sensor,vantajosamente não existe nenhum reservatório, tanque de compensação,ou tambor de oxigênio na saída do compressor. Similarmente, o comprimen-to da tubulação entre o compressor e a entrada do gaseificador é mantidoem um mínimo, preferivelmente menos do que 610 metros (2000 pés).
Enquanto não é usualmente necessário utilizar a válvula de fe-chamento de modulação convencional localizada na abertura do reator euma válvula de descarga de compressor uma vez que a reação de gaseifi-cação se iniciou, pode ser desejável utilizá-las em conjunto com o presentesistema inventivo. Deste modo, o fluxo de oxigênio pode ser reduzido depelo menos 10, preferivelmente pelo menos 15, mais preferivelmente pelomenos 20 por cento de oxigênio por segundo total quando um baixo fluxo dehidrocarbonetos ocorre.
Quando o fluxo de oxigênio não pode ser reduzido suficiente-mente rápido pela redução do fluxo para o compressor, por exemplo quandoo gaseificador se desliga devido a um mal funcionamento operacional, umaválvula de ventilação pode ser aberta. O oxigênio flui para a atmosfera oupara outra instalação de baixa pressão mais prontamente do que para o ga-seificador, por meio disto reduzindo o fluxo de oxigênio para o gaseificador.Isto é especialmente crítico quando um ou mais gaseificadores estão ope-rando a partir de um único compressor de oxigênio. A válvula de ventilaçãopode ser aberta rapidamente de modo que nenhuma mudança significativa(<1%) na pressão de oxigênio ocorrerá quando todo o oxigênio é rapidamen-te (<5 segundos) cortado para um gaseificador em um sistema de gaseifica-dores múltiplos.
Quando mais de um gaseificador está operando a partir de umúnico compressor de oxigênio e um gaseificador funciona mal, a válvula deventilação no gaseificador que funciona mal se abre enquanto a válvula decontrole para o gaseificador que funciona mal se fecha. Esta operação per-mite que uma quantidade significativa de fluxo de oxigênio do compressorpara os gaseificadores que não funcionam mal continue. Mais ainda, devidoàs limitações mecânicas do compressor, um fluxo reduzido pode fazer comque o compressor falhe e/ou cause sérios danos ao compressor. Uma falhado compressor faria com que o gaseificador que não funciona mal se desli-gasse. Portanto, a habilidade do sistema de controle de fluxo para ventilar ooxigênio para a atmosfera quando o fluxo de oxigênio para um gaseificadoré interrompido é freqüentemente crítica quando os gaseificadores estãocompartilhando um compressor de oxigênio comum.
O sistema de controle de fluxo de oxigênio descrito aqui podeser utilizado para controlar o fluxo de oxigênio para dois ou mais gaseifica-dores os quais compartilham uma fonte de oxigênio e um compressor deoxigênio comuns. Isto pode ser conseguido, por exemplo, utilizando o siste-ma mostrado na Figura 2.
A utilização do sistema de controle de fluxo de oxigênio da in-venção do instante permite que o fluxo de oxigênio para o gaseificador sejacontrolado dentro de 1%. O fluxo de oxigênio para o gaseificador pode serreduzido rapidamente quando ocorre um baixo fluxo de estoque de abaste-cimento (até a 20%/seg) sem causar uma mudança significativa (<1%) napressão de oxigênio utilizando uma válvula de fechamento de modulação euma válvula de ventilação em conjunto quando um baixo fluxo de combustí-vel ocorre. O sistema também pode ser configurado para reduzir rapidamen-te o fluxo de combustível (até a 10% por seg) quando um baixo fluxo de oxi-gênio ocorre. Estas ações mantêm uma razão constante de oxigê-nio/hidrocarboneto para o gaseificador.Breve Descrição Dos Desenhos
A FIGURA 1 mostra um diagrama esquemático de um sistemade controle de fluxo de oxigênio da presente invenção utilizado sobre umúnico gaseificador. O gás que contém oxigênio entra de uma fonte tal comouma unidade de separação de ar (não mostrada) e passa através de umaválvula de controle de sucção (12) para o compressor de ar (14). O gáscomprimido sai do compressor através de um tubo para o gaseificador (10).Existe uma válvula de ventilação (16) localizada sobre este tubo. Existetambém uma válvula de modulação (18) opcional na abertura do gaseifica-dor. Dentro do gaseificador (10) existe um detector (26) capaz de detectarquando é necessário alterar o fluxo de oxigênio para o gaseificador e acio-nar a válvula de controle de sucção (12) o suficiente para alterar o fluxo deoxigênio. Nesta modalidade, a fonte de combustível carbonáceo (22) e ocontrolador de fluxo de combustível (22) estão mostrados. O meio de contro-le (24) compara a entrada de combustível no reator (10) e a saída do detec-tor (26) dentro do gaseificador, e, se o processo se torna suficientementefora de equilíbrio, o meio de controle (24) pode fechar a válvula de modula-ção opcional (18) e abrir a válvula de ventilação (16). Isto reduzirá rapida-mente o fluxo de gás para o gaseificador (10) antes da válvula de controlede sucção (12) ser fechada.
A FIGURA 2 mostra um diagrama esquemático de um sistemade controle de fluxo de oxigênio da presente invenção utilizado sobre múlti-plos gaseificadores (não mostrados) compartilhando um compressor de oxi-gênio comum (36) em que cada gaseificador opera independentemente. Ogás que contém oxigênio vem de uma unidade de separação de ar (nãomostrada) via um tubo de conexão (30). O gás que contém oxigênio devepassar através de uma válvula de controle de sucção (34) para a entrada docompressor (36). Uma válvula de ventilação (32) está instalada sobre o tubode conexão (30) para desviar o gás de baixa pressão que contém oxigêniono caso em que o compressor está inoperante ou se a válvula de controlede sucção está totalmente fechada. O gás que contém oxigênio é comprimi-do dentro do compressor (36), e a saída é dividida para ir para dois ou maisgaseificadores. Existe uma válvula de ventilação de alta capacidade (38)sobre a linha antes que o gás comprimido seja dividido. Após a divisão, exis-te um dispositivo de medição de fluxo sobre cada linha (40 e 42). Existe en-tão uma segunda válvula de ventilação sobre cada linha (44 e 46). Esta é aválvula de ventilação que atua conforme necessário em cooperação com asválvulas de modulação sobre cada linha (48 e 50) para reduzir rapidamenteo fluxo de oxigênio para os gaseificadores (não mostrados) quando neces-sário. Alternativamente, as funções da válvula de ventilação (32) e as válvu-las de ventilação (44 e 46) podem ser invertidas. As necessidades de con-trole de oxigênio primárias para o sistema de todos os compressores sãofeitas com a válvula de controle de sucção (34), e o rateamento de fluxo degás das válvulas de modulação (48 e 50) para os gaseificadores individuais.Também existem válvulas de fechamento de recuo em cada uma das linhasque vão para os gaseificadores (56 e 58), já que as válvulas de modulação(48 e 50) freqüentemente não são confiáveis para parar completamente ofluxo. Após o gás passar através destas válvulas de fechamento (56 e 58), ogás entra nos gaseificadores (não mostrados) através dos meios de cone-xão (56 e 58). A Figura 2 também mostra o fluxo de combustível para umdos gaseificadores, onde a fonte do combustível carbonáceo (60) envia ocombustível como uma pasta para o dispositivo de medição de fluxo (62) eentão para um gaseificador. A razão de gás transportado para um gaseifica-dor individual é dependente da razão de fluxo de combustível para o gaseifi-cador (de 62) e da saída de um detector (não mostrado) dentro do gaseifi-cador ou do efluente do gaseificador que detecta se existe um excesso ouuma falta de oxigênio dentro do reator.
Exemplo 1
Um gaseificador é operado em um modo de oxidação parcial. Oreator está equipado com um pirômetro e termopares, não mostrados, paramonitorar a temperatura do reator no topo, no meio e no fundo da câmarade reação.
O oxigênio é controlado via um sistema de controle de fluxo deoxigênio o qual está mostrado em detalhe na FIGURA 1. A reação de gasei-ficação é conduzida a temperaturas de aproximadamente 1200° C (2192° F)a aproximadamente 1500° C (2732° F) e a pressões de aproximadamente10 a aproximadamente 200 atmosferas. O estoque de abastecimento reagecom o gás dentro do gaseificador fazendo o gás de síntese e subprodutos.O gás de síntese e os subprodutos fluidos deixam o reator para entrar emuma câmara ou vaso de resfriamento, não mostrado, para processamento e12
recuperação adicionais.
A utilização do sistema de controle de fluxo de oxigênio da FI-GURA 1 permite que o fluxo de oxigênio para o gaseificador seja controladodentro de 1%. O fluxo de oxigênio para o gaseificador pode ser reduzidorapidamente quando ocorre um baixo fluxo de estoque de abastecimento(até a 20%/seg) sem causar uma mudança significativa (<1%) na pressãode oxigênio utilizando uma válvula de fechamento de modulação e uma vál-vula de ventilação em conjunto quando ocorre um baixo fluxo de pasta. Osistema também pode ser configurado para reduzir o fluxo de pasta rapida-mente (até a 10% por seg) quando ocorre um baixo fluxo de oxigênio. Estasações mantém uma razão constante de oxigênio/hidrocarboneto para o ga-seificador. Não é necessário nenhum tambor de compensação ou válvula decontrole de pressão e existe um comprimento de tubulação mínimo < 610 m(2000 pés) entre o compressor de oxigênio e o gaseificador.Exemplo 2
Dois gaseificadores de oxidação parcial são operados em ummodo de oxidação parcial como mostrado na FIGURA 2. Os reatores estãoequipados com um pirômetro e termopares, não mostrados, para monitorara temperatura do reator no topo, no meio e no fundo da câmara de reação.
O gás que contém oxigênio livre é alimentado de um compressor(36). O processo de operar dois reatores de oxidação parcial em paraleloutiliza o sistema que é mostrado na FIGURA 2. Note que os dois gaseifica-dores compartilham uma unidade de separação de ar e um compressor co-muns. A reação de oxidação parcial é conduzida a temperaturas de aproxi-madamente 1200° C (2192° F) a aproximadamente 1500° C (2732° F) e apressões de aproximadamente 10 a aproximadamente 200 atmosferas. Oestoque de abastecimento reage com o gás dentro dos gaseificadores (nãomostrados) fazendo o gás de síntese e subprodutos. O gás de síntese e ossubprodutos fluidos deixam o gaseificador para entrar em uma câmara ouvaso de resfriamento, não mostrado, para processamento e recuperaçãoadicionais.
A utilização do sistema de controle de fluxo de oxigênio da Fl-GURA 2 permite que o fluxo de oxigênio para o gaseificador seja controladodentro de 1%. O fluxo de oxigênio para o gaseificador pode ser reduzidorapidamente quando ocorre um baixo fluxo de estoque de abastecimento(até a 20%/seg) sem causar uma mudança significativa (<1%) na pressãode oxigênio utilizando uma válvula de fechamento de modulação (48 e 50) euma válvula de ventilação (44 e 46) em conjunto quando ocorre um baixofluxo de pasta. O sistema também pode ser configurado para reduzir o fluxode pasta (62) rapidamente (até a 10% por seg) quando ocorre um baixo flu-xo de oxigênio. Estas ações mantêm uma razão constante de oxigê-nio/hidrocarboneto para o gaseificador. Não é necessário nenhum tambor decompensação ou válvula de controle de pressão e existe um comprimentode tubulação mínimo < 610 m (2000 pés) entre o compressor de oxigênio eo gaseificador. Em adição, a válvula de ventilação (38) pode ser aberta rapi-damente de modo que nenhuma mudança significativa (<1%) na pressão dooxigênio ocorrerá quando todo o oxigênio é rapidamente (<5 segundos) cor-tado para um gaseificador.
Claims (8)
1. Sistema para controlar o fluxo de oxigênio em um processode gaseificação caracterizado pelo fato de que compreende:a. um primeiro tubo o qual conecta operacionalmente uma fonte de oxigênio a um compressor de oxigênio;b. uma válvula de controle de sucção localizada entre a fonte deoxigênio e o compressor de oxigênio, a válvula de controle de sucção sendoadaptada para abrir para fornecer oxigênio partir da fonte para o compressoratravés do primeiro tubo e para mover para uma posição de fluxo reduzido para reduzir o fornecimento de oxigênio a partir da fonte para o compressor;c. pelo menos dois segundos tubos os quais conectam opera-cionalmente o compressor de oxigênio a portas de entrada de pelo menosdois gaseificadores;d. uma válvula modulante em cada um dos segundos tubos, as válvulas adaptadas para regular o fluxo de oxigênio dos segundos tubos pa-ra os gaseificadores;e. uma válvula de ventilação localizada entre o compressor deoxigênio e a válvula modulante em cada um dos segundos tubos;f. um detetor localizado em cada gaseificador, em cada alimen- tação de combustível do gaseificador, ou em cada efluente do gaseificador,o detetor adaptado para detetar fluxo de oxigênio insuficiente ou excessivoao gaseificador e adaptado para acionar a válvula de controle de sucção; eg. um primeiro acionador adaptado para controlar a válvula decontrole de sucção e um segundo acionador adaptado para controlar a vál- vula de ventilação, a válvula de controle de sucção e a válvula de ventilaçãoadaptados para regular a quantidade de oxigênio fornecido à cada gaseifi-cador.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, em que aindacompreende uma válvula de modulação na porta do gaseificador adaptadapara regular o fluxo de oxigênio para o gaseificador a partir do segundo tu-bo.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, em que o detetor éselecionado de um grupo consistindo em um termopar, um pirômetro, e umsensor de velocidade de gás efluente.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, em que o detetor éum pirômetro.
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, em que o compri-mento de cada um dos segundos tubos é inferior a 609,6 metros (2000 pés).
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, em que o segundotubo não está operacionalmente conectado ao tanque de compensação.
7. Método para controlar o fluxo de oxigênio em um processo degaseificação usando o aparelho conforme definido da reivindicação 1, o mé-todo caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:a. determinar os requisitos de oxigênio em cada uma das plura-lidade de gaseificadores, os requisitos de oxigênio determinado a partir dosdetetores adaptados para detectar excesso ou insuficiência de oxigênio nosgaseificadores, os detetores localizados em cada gaseificador, cada alimen-tação de combustível do gaseificador, ou em cada efluente do gaseificador;b. proporcionar um gás compreendendo oxigênio molecular paraum primeiro tubo o qual conecta operacionalmente uma fonte de oxigênio aum compressor de oxigênio;c. proporcionar uma válvula de controle de sucção localizada noprimeiro tubo entre a fonte de oxigênio e o compressor de oxigênio;d. acionar a válvula de controle de sucção, a válvula sendo a-daptada para abrir para aumentar o fluxo de oxigênio a partir da fonte para ocompressor através do primeiro tubo quando os detetores indicam que aquantidade de oxigênio no gaseificadores é suficiente, e mover para umaposição de fluxo reduzido para reduzir o fornecimento de oxigênio a partir dafonte para o compressor quando os detetores indicam que a quantidade deoxigênio nos gaseificadores está em excesso;e. transportar o gás comprimido em uma pluralidade de segun-dos tubos para uma pluralidade de gaseificadores, em que cada segundotubo conecta operacionalmente o compressor ao gaseificador;f. proporcionar uma válvula modulante em cada um dos se-gundos tubos, a válvula modulante sendo adaptada para abrir para aumen-tar o fluxo de oxigênio a partir do compressor através do segundo tuboquando o detetor indica que a quantidade de oxigênio no gaseificador é in-suficiente, e sendo adaptada para mover para uma posição de fluxo reduzi-do para reduzir o fornecimento de oxigênio a partir do compressor atravésdo segundo tubo para o gaseificador quando o detetor indica que a quanti-dade de oxigênio no gaseificador está em excesso;g. acionar a válvula modulante para um gaseificador em respos-ta à saída do detetor proveniente do gaseificador;h. proporcionar uma válvula de ventilação localizada entre ocompressor de oxigênio e as válvulas modulantes na pluralidade de segun-dos tubos, em que cada válvula de ventilação está aberta se o detetor indicaque o fluxo de oxigênio para o gaseificador é maior do que 2% da quantida-de desejada.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, em que a pressãodiferencial através de cada válvula modulante é 280 KPa ou menos.
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