BRPI1103547A2

BRPI1103547A2 - gaseificador ciclânico, e mÉtodo para gaseificaÇço ciclânica

Info

Publication number: BRPI1103547A2
Application number: BRPI1103547-1A
Authority: BR
Inventors: Mark Daniel D'agostini
Original assignee: Air Prod & Chem
Priority date: 2010-07-29
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2013-01-22
Also published as: TWI454641B; EP2413033A2; CA2747163A1; TW201221863A; RU2011131829A; KR20120012428A; US8480769B2; EP2413033A3; MX2011007968A; US20120023823A1; KR101289131B1; CA2747163C; CN102344834A

Abstract

GASEIFICADOR CICLâNICO, E MÉTODO PARA GASEIFICAÇçO CICLâNICA. É descrito um gaseificador ciclônico e método para gaseificação ciclônica. O gaseificador ciclônico e método para gaseificação ciclônica envolvem uma câmara, tendo uma primeira parte proximal a uma primeira extremidade e uma segunda parte proximal e uma segunda extremidade, introdução de uma primeiro combustível na primeira parte da câmara, introdução de um segundo combustível na câmara; e introdução de um primeiro oxidante para acelerar a velocidade do primeiro combustível, e turbilhonar o primeiro combustível a partir da primeira parte para a segunda parte.

Description

GASEIFICADOR CICLÔNIC0, E MÉTODO PARA GASEIFICAÇÃO CICLÔNICA

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A presente invenção é dirigida a um método para gaseificação e um gaseificador. Mais especificamente, a presente invenção se refere a um método para gaseificação e a um gaseificador envolvendo gaseificação ciclônica.

Geralmente, a operação de reatores ciclônicos conhecidos pode apresentar inconvenientes. Devido a gradientes de temperatura dentro de um reator ciclônico, há uma tendência para a escória se solidificar dentro do reator, mais particularmente na região perto de onde a escória sai do reator. Por exemplo, em conhecidos reatores ciclônicos, a escória se desloca através da torneira de escória, e a escória transfere calor por radiação para um ambiente mais frio, como um tanque de resfriamento. A perda de calor da escória perto da torneira de escória pode ser relativamente alta, devido ao grande gradiente térmico entre o reator e o tanque de resfriamento. A alta perda de calor aumenta agudamente a viscosidade da escória, diminuindo assim a taxa de fluxo da escória e, muitas vezes, leva à solidificação da escória. Este processo de resfriamento de escória, aumento de viscosidade, e solidificação pode levar a uma diminuição na eficiência térmica do reator, aumento nas emissões de partículas e/ou desligamento operacional.

Conhecidos reatores ciclônicos podem corroer as paredes do reator por fluxos carregados de partículas tendo alta velocidade (por exemplo, velocidade superior a cerca de 200 pés/s) . Em geral, quando as paredes do reator incluem material refratário como uma parede de material isolante, partes corroídas do material refratário devem ser substituídas regularmente para evitar danos ou destruição de vasos. A substituição das partes da parede refratária resulta em custos de material para o material de substituição, custos operacionais para lidar com a substituição do material refratário, e uma incapacidade de utilizar o reator durante a substituição do material refratário.

A eficácia de certos processos e o âmbito de

interação química capaz são limitados pelo volume do reator. Em geral, reatores ciclônicos envolvem a injeção em alta velocidade e também empregam índices relativamente altos de liberação de calor por unidade de volume (por exemplo, superior a cerca de 10 MW térmicos/m3) . A fim de que combustíveis sólidos queimem, os combustíveis sólidos devem primeiro ser submetidos a aquecimento, seguido por volatilização, depois oxidação. Cada processo é dependente do tempo, e o volume do reator afeta a duração de tempo para o processo (ou seja, para uma dada liberação de calor, um volume maior permite uma maior duração para o processo). Os reatores conhecidos são limitados pelo tempo relativamente curto de permanência do gás (por exemplo, cerca de um segundo), disponível no reator ciclônico. Assim, matérias-primas de combustível de queima lenta, tais como aquelas com elevado nível de umidade (por exemplo, superior a cerca de 15% em peso) ou de grande tamanho de partículas (por exemplo, tendo uma dimensão de cerca de H de polegada), não podem ser oxidadas a um grau desejável, resultando na reduzida utilização de combustível e/ou reduzida eficiência de combustão e/ou gaseificação.

A patente internacional WO 2005/106327, que é aqui incorporada por referência em sua totalidade, divulga um sistema ciclônico de pirólise a plasma/ vitrificação, pirolisando e vitrificando resíduos em gases de descarga e escória, usando uma tocha de plasma. Esse sistema reduz os materiais tóxicos, como metais pesados. Esse sistema derrete cinzas, depois de serem absorvidas nas paredes interiores de um reator, sob a força centrífuga formada pela tocha de plasma. Nesse sistema, a tocha de plasma é 2 0 inclinada em um ângulo predeterminado em relação a uma superfície inferior interna do reator. Esse sistema inclui um reator auxiliar de recepção do gás de descarga do reator principal. Esse reator auxiliar é posicionado em um dos lados do reator principal. Esse sistema exige um pós- combustor para aumentar a temperatura dos gases de descarga. Além disso, esse sistema requer uma parede separatória exposta a temperaturas relativamente altas em ambos os lados (por exemplo, acima de cerca de 1400°C), sem um dissipador de calor, arriscando assim um insucesso por alta temperatura deste elemento. Esse sistema também pode resultar em erosão da parede do reator causada por um jato de plasma de alta potência/ velocidade dirigido entre cerca de 20 e 40 graus acima do plano da superfície de impacto.

A Patente dos EUA N°. 6910432, que é aqui incorporada por referência em sua totalidade, divulga um método para a combustão de um combustível sólido em um reator ciclônico formador de escória tendo um queimador e um tambor. 0 método envolve a injeção de duas correntes oxidantes, uma primeira corrente oxidante tendo uma concentração de oxigênio de cerca de 21% em volume e uma segunda corrente oxidante com uma concentração de oxigênio maior do que a concentração de oxigênio da primeira corrente. As duas correntes são seletivamente injetadas em um incinerador ciclônico, em que a misturação das duas correntes oxidantes é tal, que uma parte da primeira corrente oxidante permanece inalterada desde sua concentração original no tambor do incinerador. Esse método não inclui um combustível secundário dentro do reator ciclônico e pode resultar em erosão da parede do reator, devido à injeção em alta velocidade. A Patente dos EUA N°. 6968791, que é aqui

incorporada por referência em sua totalidade, divulga um método para operar um reator ciclônico. 0 reator ciclônico inclui um tambor tendo uma extremidade de queimador (a extremidade frontal ou de admissão) e uma garganta (a extremidade traseira ou de descarga), dois queimadores em comunicação com o tambor, uma corrente de combustível primário e oxidante primário, e uma corrente de combustível secundário e um oxidante secundário, onde a concentração de oxigênio do primeiro oxidante é de cerca de 21% em volume, e o oxigênio da segunda concentração é maior do que cerca de 21% em volume. Os combustível e oxidante secundários são introduzidos na extremidade do queimador. Os produtos de combustão dos combustível e oxidante secundários são emanados na extremidade da garganta, e a chama secundária gerada pelos combustível e oxidante secundários gera um calor suplementar radiante dentro do ciclone. Além disso, esse método também pode ser propenso à erosão de refratários.

A Patente dos EUA N°. 7621154, que é aqui incorporada por referência em sua totalidade, divulga um método para fornecimento de calor a um forno de fusão para moldar um produto fundido. Um primeiro combustível tendo um componente de cinzas e um primeiro oxidante é introduzido em uma câmara de escorificação, juntamente com um segundo combustível e um segundo oxidante, o segundo oxidante tendo uma concentração de oxigênio entre cerca de 22% em volume e 100% em volume. Pelo menos uma parte do primeiro β combustível e um segundo combustível é queimada dentro da câmara de escorificação, enquanto o componente de cinzas é coletado como uma camada de escória fundida e é retirado da câmara de escorificação. 0 efluente do gás combustor de escorificação é conduzido da câmara de escorificação para dentro de um espaço de combustão do forno de fusão a uma temperatura entre cerca de IOOO0C e cerca de 2500°C, para fornecimento de calor para moldar a escória fundida.

0 que é necessário é um método para gaseificação e um gaseificador ciclônico, em que a temperatura e viscosidade da escória dentro do gaseificador são mantidas, o gaseificador é substancialmente protegido contra erosão, oxidante(s) usa(m) pouco ou nenhum gás inerte, o ímpeto do gás para gaseificação é mantido, um arranjo compacto fornece uma alta relação entre liberação de calor e volume, partículas de combustível sólido podem ser rapidamente aquecidas e/ou inflamadas, e/ou tempo de permanência e uniformidade da distribuição de temperatura podem ser prorrogados.

2 0 SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Um aspecto da presente divulgação inclui um gaseificador ciclônico. O gaseificador ciclônico inclui uma câmara, um injetor de primeiro combustível, um queimador, e um injetor de oxidante. A câmara tem uma primeira parte proximal a uma primeira extremidade e uma segunda parte proximal a uma segunda extremidade. 0 injetor de primeiro combustível está posicionado para introdução de um primeiro combustível na primeira parte da câmara. 0 queimador inclui um injetor de segundo combustível posicionado para introdução de um segundo combustível na segunda parte da câmara, e é configurado para direcionar uma chama para a primeira parte, a partir da segunda parte. 0 primeiro injetor de oxidante está configurado para acelerar a velocidade do primeiro combustível e turbilhonar o primeiro combustível, a partir da primeira parte para a segunda parte. A segunda parte inclui um caminho de fluxo para um gás de produto formado por gaseificação do primeiro combustível, do segundo combustível, ou de uma combinação desses. O primeiro combustível inclui um combustível sólido.

Outro aspecto da presente divulgação inclui um

gaseificador ciclônico. O gaseificador ciclônico inclui uma câmara tendo uma primeira parte proximal a uma primeira extremidade e uma segunda parte proximal a uma segunda extremidade, um injetor de primeiro combustível posicionado para introdução de um primeiro combustível na primeira parte da câmara, um queimador incluindo um injetor de segundo combustível posicionado para introdução de um segundo combustível na câmara, um injetor de oxidante acelerador configurado para acelerar a velocidade . do primeiro combustível e turbilhonar o primeiro combustível, a partir da primeira parte para a segunda parte, e um injetor de oxidante anular. A segunda parte inclui um caminho de fluxo para um gás de produto formado por gaseificação do primeiro combustível, do segundo combustível, ou de uma combinação desses. 0 injetor de oxidante anular é disposto em torno do injetor de primeiro combustível para promover a gaseificação, pelo menos, do primeiro combustível. 0 primeiro combustível inclui um combustível sólido.

Outro aspecto da presente divulgação inclui um método para gaseificação ciclônica. O método inclui o fornecimento de uma câmara tendo uma primeira parte proximal a uma primeira extremidade e uma segunda parte proximal a uma segunda extremidade, introdução de um primeiro combustível na primeira parte da câmara, introdução de um segundo combustível na câmara e oxidação do segundo combustível com oxigênio, introdução de um oxidante acelerador para acelerar a velocidade do primeiro combustível e turbilhonar o primeiro combustível, a partir da primeira parte para a segunda parte, e uma ou mais para dirigir uma chama para a primeira parte, a partir da segunda parte, a chama sendo formada pela oxidação do segundo combustível, e promoção da gaseificação, pelo menos, do primeiro combustível através da introdução de um oxidante anular em torno do primeiro combustível com um injetor de oxidante anular. O segundo combustível difere do primeiro combustível na composição. O primeiro combustível inclui um combustível sólido.

Uma vantagem da presente divulgação inclui o controle de temperatura e viscosidade da escória, o que pode reduzir ou eliminar paradas operacionais, devido ao resfriamento e espessamento da escória. Outra vantagem da presente divulgação inclui a introdução de combustível sólido, com um baixo ângulo de ataque em relação à parede do reator, reduzindo assim a erosão da parede refratária e aumentando a vida útil do material refratário.

Outra vantagem da presente divulgação inclui a

manutenção da ação ciclônica, enquanto estiver usando um oxidante com uma baixa concentração de gás inerte, reduzindo assim os efeitos adversos do gás inerte sobre os processos de gaseificação.

Outras características e vantagens da presente

invenção tornar-se-ão evidentes a partir da seguinte descrição mais detalhada da modalidade preferida, tomada em conjunto com os desenhos anexos que ilustram, a título de exemplo, os princípios da invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DAS DIVERSAS VISTAS DOS DESENHOS

A FIG. 1 mostra uma vista esquemática de um sistema incluindo um gaseificador ciclônico exemplar, de acordo com uma modalidade.

A FIG. 2 mostra uma vista esquemática de um sistema

incluindo um gaseificador ciclônico exemplar, de acordo com uma modalidade. A FIG. 3 mostra uma vista esquemática de um sistema incluindo um gaseificador ciclônico exemplar, de acordo com uma modalidade.

A FIG. 4 mostra um gaseificador ciclônico exemplar, de acordo com uma modalidade.

A FIG. 5 mostra uma vista seccionada de um gaseificador ciclônico exemplar ao longo da linha 5-5 na FIG. 4, de acordo com uma modalidade.

A FIG. 6 mostra uma vista seccionada de um gaseificador ciclônico exemplar, de acordo com uma modalidade.

A FIG. 7 mostra uma vista seccionada de um gaseificador ciclônico exemplar, de acordo com uma modalidade.

A FIG. 8 mostra uma primeira parte de uma câmara de

um gaseificador ciclônico exemplar, de acordo com uma modalidade.

A FIG. 9 mostra uma primeira parte de uma câmara de um gaseificador ciclônico exemplar, de acordo com uma modalidade.

A FIG. 10 mostra uma vista seccionada de um gaseificador ciclônico exemplar ao longo da linha 10-10 na FIG. 4, de acordo com uma modalidade.

A FIG. 11 mostra uma primeira parte de uma câmara de um gaseificador ciclônico exemplar, de acordo com uma modalidade. A FIG. 12 mostra uma vista seccionada de um gaseificador ciclônico exemplar ao longo da linha 12-12 na FIG. 4, de acordo com uma modalidade.

A FIG. 13 mostra uma segunda parte de uma câmara de um gaseificador ciclônico exemplar, de acordo com uma modalidade.

A FIG. 14 mostra um gráfico exemplar de dados da taxa de erosão contra ângulo de contato para um material frágil e um material dúctil.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

É fornecido um método para gaseificação e um gaseificador envolvendo gaseificação ciclônica. As modalidades mantêm a temperatura e a viscosidade da escória dentro do gaseificador, protegem substancialmente o gaseificador contra erosão, utilizam oxidante(s) com pouco ou nenhum gás inerte, retêm impulso de gás para gaseificação, incluem arranjo compacto com uma alta relação entre liberação de calor e volume, aquecem e inflamam rapidamente partículas de combustível sólido, e/ou prolongam o tempo de permanência e a uniformidade da distribuição de temperaturas.

As FIGS. 1, 2 e 3 mostram sistemas exemplares, incluindo um gaseificador ciclônico exemplar 300. As FIGS. 4 a 13 mostram várias vistas e/ou modalidades do gaseificador 300. Sistemas adequados incluem, mas não estão limitados a, sistemas de intensa energia (tal como para celulose e papel, vidro, aço, metais não ferrosos, utilitários, biorrefinação) e sistemas retendo matéria prima de biomassa fixa ou subprodutos orgânicos (tais como para silvicultura, celulose e papel, processamento de alimentos - animais e vegetais, agricultura e biorrefinação), ou outros sistemas adequados buscando substituir combustíveis fósseis por combustíveis renováveis na produção de calor e energia.

Referindo-se à FIG. 1, o gaseificador 300 pode ser incluído em um sistema 100, que pode ser adequado para aplicações combinadas de calor e/ou energia. O sistema 100 fornece gás de produto sintético a um forno industrial de aquecimento ou fusão 102, como um forno de reaquecimento de aço ou uma caldeira de processo (que geralmente pode ser ativada com gás natural) . A produção de gás sintético do gaseificador 300 é entregue a um trocador de calor 104 (por exemplo, um pré-aquecedor para ar de combustão usado no forno industrial de aquecimento ou fusão 102), antes de entrar em um coletor de fornecimento de combustível 108 e alimentar os queimadores 106, que proporcionam calor para o forno 102. Pré-tratamento adicional do gás de produto sintético pode ser incluído antes da injeção no forno 102, dependendo das necessidades do forno. Os queimadores 106 podem ser queimadores de baixo NOx (por exemplo, queimadores que produzem emissões de NOx abaixo de 20 ppmv em um forno industrial). O controle dos queimadores 106 pode ser realizado através de válvulas acionadas 130, que são ligadas a um sistema de controle 110 do forno 102. A adaptabilidade do sistema 100 às flutuações na demanda do forno pode ser aumentada através da reciclagem de uma parte do gás de produto para uso como combustível secundário no gaseificador 300. A temperatura dos gases de combustão abandonando o forno 102 pode variar, por exemplo, de 5000F a 1500°F (260°C a 816°C), dependendo do processo industrial específico. O gás de combustão é descarregado para um dessuperaquecedor 112, onde a temperatura é reduzida e estabilizada, por exemplo, por reciclagem de uma parte do gás frio através da ventoinha de reciclagem 132, em seguida, para um evaporador 114, onde o calor é trocado com um fluido de trabalho, tal como água, ou com um fluido orgânico, como butano ou amônia, e energia é gerada com um gerador de ciclo de Rankine 116. A escolha do fluido de trabalho pode ser configurada para o tamanho do sistema 100 e/ou a temperatura dos gases de combustão saindo do forno 102. O gás resfriado a partir do evaporador 114 é reciclado para o dessuperaquecedor 112, ou conduzido a um secador de combustível 118, aumentando, assim, ainda mais a eficiência do sistema 100. O sistema 100 pode incluir outros elementos de processo adequados. Por exemplo, o sistema 100 pode incluir um sistema de remoção de partículas/ ácido 120, um sistema de fornecimento de biomassa 122, uma chaminé 124, uma fonte de oxigênio 126, e/ou um injetor de aditivo 128. Referindo-se à FIG. 2, o gaseificador 300 pode ser incluído em um sistema de caldeira de energia ativada por carvão pulverizado 200. O sistema 200 pode produzir gás sintético a partir de biomassa ou de outros combustíveis renováveis, e utilizar o gás sintético para substituir parcial ou completamente o carvão na caldeira. Em uma modalidade, o sistema 200 pode ser configurado para pulverizar carvão e também para gaseificar biomassa, onde o gás sintético derivado da biomassa fornece mais de cerca de 10% a 20% do total de energia para a caldeira. Um alto nível de co-incineração de biomassa (por exemplo, co- incineração de biomassa para produzir mais de cerca de 50% da energia entregue à caldeira) pode ser obtido por gaseificação da biomassa no gaseificador 300, usando uma única alimentação de biomassa 202, e/ou através da distribuição e injeção do gás de produto nos queimadores 204. Em uma modalidade, o sistema 200 pode ser substancialmente desprovido de purificadores de enxofre, ou de uma unidade de redução catalítica seletiva. O gaseificador 300 é configurado para capturar e

remover partículas sólidas da corrente de combustível do gás de produto sintético, reduzindo ou eliminando assim uma fonte potencial de poluição e sujeira a jusante. Além disso, o gaseificador 300 pode converter material inorgânico em escória, que é um material ambientalmente benigno. O gaseificador 300 pode ser usado para processar cinzas de um dispositivo coletor de partículas 206, que pode fornecer uma opção ambientalmente preferível ao aterro de cinzas, com potencial para a venda comercial da escória (por exemplo, como um abrasivo de insuflamento ou granulação, grânulos para telhados, e/ou agregado em pavimentação asfáltica). Outros elementos de processamento adequados podem ser incluídos no sistema 200. Por exemplo, o sistema 200 pode incluir uma fonte de carvão 208 para fornecer carvão para o forno 102. Partes do sistema 100 e/ou do sistema 200 podem ser

usadas com outros processos ou sistemas. Por exemplo, um trocador de calor pode ser usado para aquecer um fluido não utilizado no sistema 100 e/ou sistema 200. Além disso, vários sistemas adequados podem ser combinados, dependendo dos requisitos de aquecimento e/ou energia do processo. Além disso, como será apreciado, o gaseificador 300 pode ser usado em qualquer sistema adequado tendo um forno apropriado. Por exemplo, o gaseificador 300 pode ser usado no sistema 303 mostrado na FIG. 3, tendo um gaseificador 300 e um forno 102 controlados por um controlador 305.

Referindo-se à FIG. 4, o gaseificador 300 inclui um injetor de primeiro combustível 302 para introdução de um primeiro combustível (não mostrado), um injetor de segundo combustível 304 para introdução de um segundo combustível (não mostrado) , e um injetor de oxidante (por exemplo, um injetor de oxidante acelerador 306) para acelerar a velocidade tangencial do primeiro combustível dentro do gaseificador 300. Em uma modalidade, o combustível fornecido pelo injetor de segundo combustível 304 para um queimador secundário 414 (mostrado na FIG. 5) pode ser inferior a cerca de 25% da entrada total de energia para o gaseificador 300 (com o combustível fornecido pelo injetor de primeiro combustível 302 sendo maior do que cerca de 75% da entrada total de energia do gaseificador 300). Em uma modalidade adicional, o combustível fornecido pelo injetor de segundo combustível 304 ao queimador secundário 414 pode ser inferior a cerca de 10% da entrada de energia para o gaseificador 300 (com o combustível fornecido pelo injetor de primeiro combustível 302 sendo maior do que cerca de 90% da entrada total de energia do gaseificador 300) . Em outra modalidade ainda, o combustível fornecido pelo injetor de segundo combustível 304 ao queimador secundário 414 pode ser inferior a cerca de 5% da entrada de energia para o gaseificador 300 (com o combustível fornecido pelo injetor de primeiro combustível 302 sendo maior que cerca de 95% da entrada total de energia do gaseificador 300).

O primeiro combustível é introduzido em uma câmara 400 (abaixo descrita com referência à FIG. 5) do gaseificador, através do injetor de primeiro combustível 302 em baixa velocidade (por exemplo, abaixo de cerca de 60 pés/s), e arrastado para uma trajetória tangencial por uma corrente oxidante de alta velocidade (por exemplo, um fluxo com uma velocidade entre cerca de 200 pés/s e 400 pés/s). A força centrífuga atuando sobre as partículas do primeiro combustível acelera as partículas em direção a uma parede 402 da câmara 400, onde as partículas são substancialmente capturadas em uma camada de escória fundida. A camada de escória fundida é formada por sucessiva deposição e fusão das partículas de combustível sólido. As partículas de combustível sólido, capturadas e mantidas em uma fase de fusão, aumentam o tempo de permanência dentro do gaseificador 300. Por exemplo, as partículas da fase de fusão podem ter um tempo de permanência maior do que cerca de 1 minuto, em comparação com as partículas da fase de gás, que podem ter um tempo de permanência de cerca de 1 segundo. 0 tempo de permanência estendido para as partículas da fase de fusão facilita um alto grau de gaseificação de carbono sólido no combustível sólido (por exemplo, um combustível puramente sólido, uma pasta incluindo combustível sólido, ou qualquer outro combustível adequado contendo um combustível sólido). A reação da fase de gás é aumentada pela mistura turbulenta criada por alta velocidade do gás e gradientes de pressão radial criados por fluxos tangenciais tendo uma relação de contracorrente entre o injetor de primeiro combustível 302 e o injetor de segundo combustível 304 (conforme abaixo descrito), que induzem fluxos secundários em três dimensões. A escória flui de uma primeira extremidade 4 08 (por exemplo, uma extremidade de entrada) para uma segunda extremidade 412 (por exemplo, uma extremidade de saida), sob a ação combinada da gravidade e do cisalhamento ativado pelo gás. A escória sai através de uma abertura para descarga de escória 802 (por exemplo, uma torneira de escória) para um dispositivo coletor adequado. Gás também flui normalmente a partir da primeira extremidade 408 para a segunda extremidade 412. A maioria dos resíduos/ partículas sólidas é separada do gás, e o gás é descarregado através de uma saída 404 (por exemplo, uma abertura para gases de descarga).

Em uma modalidade mostrada na FIG. 5, o queimador secundário 414 é posicionado, na, ou está em comunicação com a, segunda parte 410 da câmara 400, e está configurado para direcionar a chama secundária 416 em direção à primeira parte 406. Esta configuração pode ser referida, como tendo um queimador em contracorrente. A chama secundária 416 na configuração do queimador em contracorrente forma uma chama com temperatura muito de alta (por exemplo, acima de aproximadamente 5000°F), com base na alta concentração de oxigênio no oxidante. Como aqui usado, exceto quando especificado em contrário, o termo "oxigênio" se refere a um teor de 02 de pelo menos cerca de 30% em volume. O calor liberado pela chama secundária 416 mantém a temperatura da escória acima de uma temperatura predeterminada, que forma condições estáveis para fluxo de escória, para que a escória saia da câmara 400 através da abertura para descarga de escória 802. A temperatura predeterminada pode ser de T250, que é a temperatura, na qual a viscosidade é de 250 poise.

039 A configuração em contracorrente do

queimador permite que a chama secundária 416 arraste gás e partículas, e redirecione gás e partículas para a primeira parte 406, aumentando assim o tempo de permanência e melhorando a eficiência do gaseificador 300. A chama secundária 416 pode agir como um pós-combustor para gás.de produto sintético saindo do gaseificador 300. Quando o gás de produto sintético sai do gaseificador 300, o gás de produto sintético percorre um caminho 500, que mantém proximidade com a chama secundária 416, elevando a temperatura do gás de produto sintético e misturando o gás de produto sintético com espécies quimicamente ativas. 0 aumento da temperatura e a mistura melhoram a eficiência de gaseificação, por gaseificação de carbono sólido fino particulado no gás de produto sintético, e reduz (ou craqueia) alcatrões, se presentes, no gás de produto sintético. Como usado aqui, o termo "alcatrões" se refere a componentes orgânicos de alto peso molecular formados durante a fase inicial de uma reação, particularmente em ambientes deficientes de oxigênio. Alcatrões são propensos a se condensar em alta temperatura, formar uma substância pegajosa, e são conhecidos por entupir equipamentos de processo a jusante, como válvulas e trocadores de calor.

Em uma modalidade, os combustível e oxidante secundários são turbilhonados substancialmente na mesma orientação que o fluxo tangencial dentro da câmara 400. 0 redemoinho pode causar uma expansão radial da chama secundária 416, que por sua vez impede o impulso da chama para a frente. 0 redemoinho pode reduzir ou eliminar o impacto da chama secundária sobre a parede frontal 409 da câmara 400. O impacto da chama secundária pode levar ao colapso da parede 402. O alargamento da chama pode aumentar a área de superfície da chama. Uma maior área de superfície da chama aumenta o aquecimento da chama secundária 416 de todo o gaseificador 300. Em particular, o aquecimento da primeira extremidade 408 da câmara 400 é melhorado com uma chama secundária turbilhonada em contracorrente 416, pelo aumento da área frontal da chama, aumentando assim o fator de visão radiante entre a superfície principal da chama e a primeira extremidade 408 da câmara 400 (como mostrado na FIG. 6). O melhorado aquecimento proximal à primeira extremidade 408 permite o aquecimento prévio do combustível sólido e da escória, aumento da liberação de calor do reator, e elevada estabilidade do fluxo de escória. A chama secundária turbilhonada 416 mantém o campo de fluxo tangencial e captura, de forma mais eficiente, partículas sólidas na escória, forçando as partículas sólidas em direção à parede 402. Em uma modalidade, o queimador secundário 414, queimando um combustível secundário com oxidante, forma uma chama secundária 416, que entra na câmara 400 a partir da segunda extremidade 412 e é direcionada para a primeira extremidade 408. 0 queimador secundário 414 fornece uma fonte de aquecimento suplementar distribuída, para acelerar reações de gaseificação, estabilizar o fluxo de escória, diminuir a transferência de partículas para dentro da corrente de produto, e reforçar a ação ciclônica dentro do reator. O queimador secundário 414 facilita, pelo menos, a oxidação parcial de combustível secundário dentro da câmara 400. O combustível secundário pode ser sólido, líquido e/ou gasoso. A oxidação, pelo menos parcial, do combustível secundário forma uma chama 416. A chama 416 é direcionada ao longo do eixo central 301 da câmara 400. Em uma modalidade, a chama 416 se estende ao longo do comprimento da abertura de descarga da escória 802, fornecendo radiação térmica, que mantém a temperatura na segunda parte 410

«

acima de uma temperatura predeterminada (por exemplo, acima do ponto de fusão da escória) . Em uma modalidade, o queimador secundário 414 é operado com menos do que a quantidade estequiométrica de oxigênio, para reduzir ou eliminar a oxidação do gás de produto envolvente. Se o combustível secundário for gasoso, essa operação subestequiométrica pode aumentar a radiação da chama secundária, que pode melhorar a eficiência de aquecimento da chama secundária 416 dentro da câmara 400.

O exterior do gaseificador 300 pode incluir qualquer material adequado. Por exemplo, o exterior pode incluir aço, qualquer outro material adequado, ou combinações dos mesmos. O exterior do gaseificador 300 pode ter qualquer geometria adequada para alojamento da câmara 400. A câmara 400 inclui uma primeira parte 406 proximal à primeira extremidade 408 e uma segunda parte 410 proximal à segunda extremidade 412. Toda ou uma parte da câmara 400 pode incluir material refratário. O material refratário pode incluir ligas de silica, alumina, ferro, cromo, zircônio, e/ou outros materiais para alta temperatura. Em uma modalidade, a câmara 400 (ou parede(s) 402 da câmara 400) pode incluir termopares para monitorar a temperatura da primeira parte 406, segunda parte 410, e/ou quaisquer outras partes adequadas da câmara 400. Adicionalmente ou alternativamente, a totalidade ou uma parte da câmara 400 pode ser refrigerada a água, por circulação de água através de uma camisa de água 422 (ver a FIG. 5). Em uma modalidade, a câmara 400 é de forma

cilíndrica e pode ser referida como um tambor. Na câmara exemplar 400, a câmara conta com forças centrífugas e o formato de "tambor" para separar o gás de produto da escória. O combustível tendo um componente de cinzas pode ser introduzido com uma velocidade predeterminada. Em uma modalidade, a velocidade predeterminada é abaixo de cerca de 60 pés/s. Em outra modalidade, o primeiro combustível é introduzido substancialmente desprovido de um gás de transporte (de forma não-pneumática).

O primeiro combustível em baixa velocidade é contatado pelo oxidante em alta velocidade, antes do primeiro combustível contatar a parede 402 da câmara 400. O contato entre o primeiro combustível e o oxidante, antes do primeiro combustível fazer contato com a parede 4 02, impede a deposição e/ou acumulação das partículas dentro do reator, e permite um arrastamento rápido das partículas de combustível, devido à velocidade muito maior da corrente do primeiro oxidante. A redução ou eliminação da deposição e/ou acumulação de partículas permite um depósito mais uniforme das partículas de combustível dentro da câmara 400. Geralmente, a velocidade para coletar as partículas já depositadas (uma velocidade de coleta) é substancialmente maior do que uma velocidade para reter partículas em suspensão (uma velocidade de saltação). Por exemplo, a velocidade de coleta pode ser até 2,5 vezes maior do que a velocidade de saltação. Assim, por redução ou eliminação da deposição e/ou acumulação inicial de partículas, as partículas de combustível são mais uniformemente depositadas no interior da câmara 400. Essa distribuição mais uniforme pode aumentar as taxas de reação química e/ou permitir maiores taxas de liberação de calor para um dado volume da câmara 400, por expor mais área de superfície de partículas à altas temperaturas e gases reagentes. A velocidade do oxidante pode ser entre cerca de 200 pés/s e 400 pés/s. Esse intervalo pode (dependendo do tamanho e/ou formato das partículas de combustível) dar um impulso suficiente, para manter o rápido arrastamento de partículas e ação centrífuga. Além disso, esse intervalo pode (dependendo do tamanho e/ou formato das partículas de combustível) evitar uma pressão de alimentação extremamente elevada e/ou uma tendência para solidificar a camada de escória por resfriamento convectivo.

A câmara 400 permite que o gaseificador 300 gaseifique combustíveis (por exemplo, combustíveis sólidos) com um ou mais agentes oxidantes (por exemplo, gás contendo oxigênio). A câmara 400 é configurada para receber combustível, a partir do injetor de primeiro combustível 302 na primeira parte 406 da câmara 400 proximal à primeira extremidade 408 da câmara 400. A velocidade do combustível introduzido pelo injetor de primeiro combustível 302 é acelerada tangencialmente pelo oxidante injetado pelo injetor de oxidante acelerador 306. A FIG. 8 mostra o caminho inicial das partículas do primeiro combustível após a injeção na câmara 400. Um primeiro conjunto de setas 602 mostra o caminho das partículas do primeiro combustível. Um segundo conjunto de setas 604 mostra o caminho do oxidante. Em cada conjunto de setas 602, 604, uma velocidade comparativa é mostrada pelo comprimento da seta. Por exemplo, uma seta mais longa representa uma maior velocidade para as partículas/ oxidante com o respectivo caminho. Em cada conjunto de setas 602, 604, uma direção/ trajetória relativa das partículas é mostrada pela orientação da seta. Por exemplo, uma seta orientada verticalmente representa uma direção/ trajetória descendente. Em uma modalidade, o oxidante pode incluir uma concentração de 02 maior que cerca de 28% em volume. Em outra modalidade, o oxidante pode incluir uma concentração de 02 maior que cerca de 50% em volume. Em outra modalidade, o oxidante pode incluir uma concentração de 02 maior que cerca de 85% em volume.

A aceleração do primeiro combustível causada pela interação com o oxidante faz com que ambas as forças, centrífuga e de cisalhamento linear, atuem sobre as partículas de combustível. A força linear mantém as partículas em suspensão, por transmitir um rápido aumento na velocidade tangencial das partículas, distribuindo, assim, as partículas em todo o volume do reator, enquanto a força centrífuga (causada pelo campo de fluxo tangencial) transmite movimento radialmente para fora das partículas, permitindo seu depósito na(s) parede(s) 402 da câmara 400. No entanto, como mostrado na FIG. 9, devido à alta velocidade de oxidante e à baixa velocidade de combustível, o arrastamento simultâneo das partículas de combustível para dentro do injetor de oxidante acelerador 306 mantém um ângulo de contato 510, no momento de impacto inicial de combustível entre as partículas de combustível e a parede 402, em um valor predeterminado, o valor predeterminado sendo baixo o suficiente para reduzir ou eliminar a erosão da(s) parede(s) 402. Em uma modalidade, a câmara 400 é angulada da primeira parte 406 para a segunda parte 410, usando, assim, forças gravitacionais para facilitar ainda mais o fluxo de escória em direção à abertura de descarga de escória 802. Em uma modalidade adicional, um eixo central 301 (mostrado nas Figs. 5 e 7) da câmara 400 é em um ângulo de aproximadamente 10 graus acima da horizontal (por exemplo, 10 graus da perpendicular à gravidade).

Referindo-se novamente à FIG. 4, uma pluralidade de injetores escalonados de oxidante 308 pode ser configurada para facilitar a injeção escalonada de oxidante. Os injetores escalonados de oxidante 308 introduzem tangencialmente oxidante em posições predeterminadas ao longo de um caminho de fluxo 418 (ver a FIG. 5) de gás dentro da câmara 4 00. A injeção escalonada de oxidante pode criar um perfil de velocidade e temperatura dentro da câmara 400. Por exemplo, o arrasto viscoso entre um campo de fluxo tangencial e a parede 4 02 diminui a velocidade de fluxo, e diminui gradualmente as forças transportando partículas de combustível e partículas de cinzas. Em uma modalidade, oxidante adicional em alta velocidade (por exemplo, oxidante introduzido a uma velocidade entre cerca de 200 pés/s e 400 pés/s) é escalonado dentro de um ou mais dos injetores escalonados de oxidante 308, para voltar a acelerar o fluxo tangencial, promovendo, assim, o transporte continuo das partículas sólidas.

Simultaneamente, os injetores escalonados de oxidante 308 acrescentam oxidante adicional, liberando mais energia química por meio da oxidação de combustível, o que aumenta as temperaturas locais. O aumento das temperaturas locais aumenta a cinética da reação proximal à primeira parte 406 da câmara 400. Em outra modalidade, o perfil de velocidade inclui uma baixa velocidade de oxidante escalonado (por exemplo, um oxidante introduzido a menos de cerca de 200 pés/s) através de injetores escalonados de oxidante 308, que podem adicionar oxidante sem acelerar substancialmente o campo de fluxo tangencial.

A combinação desejada de velocidade de oxidante e localização de injeção escalonada pode ser determinada pela medição da temperatura (por exemplo, através do monitoramento da temperatura dentro da câmara 400 por meio de termopares embutidos na parede 402, ou pelo monitoramento da temperatura dos gases de descarga através de termopares posicionados na corrente dos gases de descarga). Adicionalmente ou alternativamente, as condições ideais de operação do reator podem ser determinadas pela medição da composição do gás de descarga. Por exemplo, a composição pode ser determinada por amostragem extrativa, usando um cromatógrafo a gás, um espectrômetro de massa, um espectrômetro Raman, ou outra instrumentação analítica ou espectroscópica apropriada. Adicionalmente ou

alternativamente, a composição do gás pode ser medida no local usando meios ópticos, como um analisador infravermelho não dispersivo. Em uma modalidade, a condição ideal de operação do reator é determinada, pela determinação da consistência e do teor de carbono da escória. Nessa modalidade, o material sólido saindo da abertura de descarga de escória 802 é analisado. O monitoramento das condições dentro da câmara 400 permite que ajustes sejam feitos para alcançar os resultados desejados. Os resultados desejados podem incluir uniformidade substancial da temperatura dentro do refratário (por exemplo, a temperatura do refratário sendo mantida dentro de uma faixa de cerca de 500C ou entre cerca de 1300°C e cerca de 1350°C), alcance de uma temperatura predeterminada do gás de descarga (por exemplo, cerca de 1400°C), alcance de uma concentração predeterminada de monóxido de carbono nos gases de descarga (por exemplo, 50% em volume), alcance de um determinado teor de partículas nos gases de descarga (por exemplo, menos do que cerca de 10% do teor total de cinzas do primeiro combustível) , e/ou alcance de um teor predeterminado de carbono na escória (por exemplo, menos do que cerca de 10% em peso).

Os injetores escalonados de oxidante 308 estão posicionados a uma distância predeterminada a partir da saída 404 (por exemplo, a cerca de 1/3 ou cerca de 2/3 do comprimento do caminho de fluxo de gás 418). O caminho do fluxo de gás 418 é a distância entre a linha central do injetor de primeiro combustível 302 e a linha central da saída de gás 404, medida ao longo do eixo central 301 da câmara 400.

A injeção de combustível pelo injetor de primeiro combustível 302 ocorre em baixa velocidade (por exemplo, menos do que cerca de 60 pés/s) e com pouco ou nenhum gás de transporte (por exemplo, menos de cerca de 0,5 Ib de gás de transporte por libra de combustível sólido, ou nenhum gás de transporte, como na alimentação por gravidade). A ocorrência de pouco ou nenhum gás de transporte (como gases convencionais de transporte, incluindo ar ou nitrogênio) pode evitar que a temperatura do reator e o poder calorífico do gás sintético sejam reduzidos por diluentes inertes.

A FIG. 10 mostra uma seção transversal de uma modalidade exemplar do gaseificador 300 mostrado na FIG. 4 ao longo da linha 10-10. A FIG. 10 mostra especificamente a primeira parte 406 da câmara 400. Como mostrado na FIG. 10, um injetor de oxidante preliminar 309 fornece uma corrente de oxidante preliminar para a câmara 400. O injetor de oxidante preliminar 309 está posicionado proximal a uma corrente de combustível que entra na câmara 4 00 a partir do injetor de primeiro combustível 302. Em uma modalidade, o injetor de primeiro combustível 302 pode ser posicionado para fornecer um fluxo de combustível entre um fluxo de oxidante fornecido pelo injetor de oxidante acelerador 306 e uma corrente de segundo oxidante fornecida pelo injetor de oxidante preliminar 309. A introdução do fluxo de combustível entre as duas correntes oxidantes pode aumentar uma área interfacial entre oxidante e combustível, melhorar a ignição, acelerar a queima de combustível, e/ou reduzir/ eliminar a erosão da(s) parede(s) 402 da câmara 400.

Em uma modalidade, uma velocidade do fluxo de oxidante fornecido pelo injetor de oxidante preliminar 309 é pré-selecionada para ser inferior a uma velocidade predeterminada, que iria aumentar o ângulo de contato 510 além de um ângulo predeterminado, e corroer de modo indesejável a(s) parede(s) 402 da câmara 400. A velocidade desse fluxo de oxidante também pode estar acima de uma velocidade predeterminada, que acrescentaria arrasto viscoso ao movimento centrífugo, e retardaria a dinâmica das partículas de combustível arrastadas pelo primeiro oxidante. Em uma modalidade, a velocidade desse fluxo de oxidante é entre cerca de 30 pés/s e cerca de 60 pés/s.

Outra modalidade inclui o injetor de primeiro combustível 302 fornecendo combustível, que é aspirado com oxidante através de um injetor de oxidante anular 702. Como aqui usado, a expressão "injetor de oxidante anular" e suas variações gramaticais se referem a um injetor de oxidante configurado para formar um anel (contíguo ou não-contíguo) de oxidante. A FIG. 11 mostra um corte transversal dessa modalidade do gaseificador 300. A FIG. 11 mostra especificamente uma modalidade alternativa da primeira parte 406 da câmara 400. O injetor de oxidante anular 702 está posicionado para introduzir oxidante ao redor (ou substancialmente ao redor), e não apenas ao lado, do injetor de primeiro combustível 302. O posicionamento do injetor de oxidante anular 702 em torno do injetor de primeiro combustível 302 aumenta a interface entre combustível e oxidante, e reduz ou elimina a diluição das reações entre combustível e oxidante causadas por gases circundantes.

Em uma modalidade, o injetor de oxidante anular 702

está posicionado para misturar oxidante e combustível, antes desses fluxos entrarem em contato com a(s) parede(s) 402 da câmara 400. Por exemplo, o bico de combustível do injetor de oxidante anular 702 pode ser recolhido a partir das parede (s) 402 da câmara 400 em uma distância predeterminada X. A distância predeterminada X pode ser selecionada para estar acima de uma distância para iniciar a ignição em uma duração pré-selecionada, e/ou pode ser selecionada para formar uma reação de combustível acima de um nível pré-selecionado. O aumento da distância predeterminada X aumenta o grau de mistura do combustível e oxidante, antes de entrar no gaseificador 300, e fornece uma iniciação antecipada da ignição do combustível e um maior grau de reação de combustível, antes de entrar no gaseificador 300. Adicionalmente ou alternativamente, a distância predeterminada X pode ser selecionada para ser inferior a uma distância correspondente a uma quantidade de danos causada ao injetor de oxidante anular 702 e/ou à(s) parede(s) 402. A diminuição da distância predeterminada X reduz ou elimina danos ao injetor de oxidante anular 702 e à(s) parede (s) 402 da câmara 400. Em uma modalidade, a distância predeterminada X é menor do que cerca de duas vezes o diâmetro hidráulico do bico de combustível (o diâmetro hidráulico sendo igual a 4 vezes a área transversal dividida pelo perímetro). Em uma modalidade, a distância predeterminada X é inferior a cerca de cinco vezes o diâmetro hidráulico do bico de combustível.

A FIG. 12 mostra uma secção transversal do gaseificador exemplar 300, mostrado na FIG. 4 ao longo ' da linha 12-12. A FIG. 12 mostra especificamente a segunda parte 410 da câmara 400. Nessa modalidade, uma maior separação entre gás de produto e partículas sólidas é alcançada através da formação de um ângulo agudo 520 entre uma região superior 804 da parede 402 e a saída de gás 404. O ângulo agudo 52 0 provoca uma curvatura acentuada do fluxo de gás de saída. As partículas sólidas são substancialmente impedidas de entrar na saída de gás 404 pela curvatura acentuada, e seguem um caminho de partículas sólidas 806. Especificamente, a inércia das partículas sólidas a montante do ângulo agudo 520 força as partículas sólidas para fora da saída 404 (em contraste com o caminho do gás de produto 808) e submete as partículas sólidas ao arrastamento dentro do campo centrífugo da câmara 400. Em outra modalidade, efeitos similares são produzidos por posicionamento de um membro saliente 810 entre a região superior 804 da parede 402 e a saída de gás 404 (ver a FIG. 13) . O ângulo agudo 520, membro saliente 810, e/ou outros recursos adeguados podem formar um caminho tortuoso para o gás de produto formado por gaseificação. 0 caminho tortuoso pode separar partículas do gás de produto.

Em uma modalidade alternativa, mostrada na FIG. 7, o queimador secundário 414 está posicionado na primeira parte 406 da câmara 400 e está configurado para dirigir a chama secundária 416 para a segunda parte 410. Essa configuração pode ser referida, como tendo um queimador em co-corrente. A chama secundária 416, na configuração de queimador em co-corrente, forma uma distribuição de temperaturas, com temperaturas mais elevadas sendo na primeira parte 406 da câmara e, como tal, constitui uma distribuição das viscosidades de escória, com a escória tendo uma viscosidade mais baixa na primeira parte 406 e uma maior viscosidade na segunda parte 410.

Em uma modalidade, um valor predeterminado do ângulo de contato 510 é selecionado para reduzir a erosão do material na(s) parede(s) 402 da câmara 400. A erosão da(s) parede(s) 402 depende da velocidade e trajetória das partículas de combustível, tamanho das partículas de combustível, formato das partículas de combustível, dureza das partículas de combustível, e/ou ductilidade relativa do material formando a(s) parede(s) 402. Em uma modalidade, a velocidade e trajetória das partículas de combustível são controladas, em resposta ao tamanho das partículas de combustível, formato das partículas de combustível, dureza das partículas de combustível, e/ou ductilidade relativa do material formando a(s) parede(s) 402.

A FIG. 14 mostra um gráfico exemplar dos dados da taxa de erosão contra ângulo de contato de um material frágil e um material dúctil. Materiais frágeis incluem cerâmica. Materiais dúcteis incluem aço recozido. A ductilidade relativa de refratários pode variar de acordo com a temperatura do refratário. Em geral, a ductilidade aumenta com o aumento da temperatura. Na câmara 400, a temperatura da parede 402 na primeira parte 406 é mais fria do que nas outras partes da câmara 400. A temperatura mais baixa da primeira parte 406 resulta no material da parede 402, na primeira parte 406, ser mais frágil do que nas outras partes da câmara 400. As taxas de erosão para o material frágil aumentam continuamente, conforme o ângulo de ataque aumenta para 90 graus. As taxas de erosão para o material dúctil têm maior valor em um ângulo de contato.de cerca de 20 a cerca de 30 graus. Em uma modalidade, as taxas de erosão são reduzidas, mantendo o ângulo de contato abaixo de cerca de 20 graus. Em uma modalidade, a manutenção do ângulo de ataque abaixo de cerca de 20 graus é alcançada através da manutenção de uma velocidade de injeção de combustível abaixo de cerca de 60 pés/s e uma velocidade de primeiro oxidante entre cerca de 200 pés/s e 400 pés/s. Em uma modalidade adicional, o ângulo de contato é mantido abaixo de cerca de 10 graus, e a velocidade de injeção de combustível é mantida abaixo de cerca de 30 pés/s.

Em uma modalidade, o injetor de oxidante preliminar 309 e/ou injetor(es) escalonado(s) de oxidante 308 ajustam as características da chama, pelo ajuste da aerodinâmica (por exemplo, velocidade e trajetória de reagentes) do queimador secundário 414. Por exemplo, a temperatura dentro da câmara 400, cinética química dentro da câmara 400, e fluxo de escória dentro da câmara 400 podem ser ajustados pelo redemoinho de combustível do queimador secundário 414 (que pode, ou não, corresponder na direção com o redemoinho do combustível), redemoinho de oxidante a partir do injetor de oxidante preliminar 309, e/ou redemoinho de oxidante a partir do(s) injetor(es) escalonado(s) de oxidante 308. Tais ajustes podem ampliar e/ou encurtar a chama secundária 416. Isto pode aumentar a área da chama secundária 416, resultando em aumento da projeção de radiação da chama secundária 416 ao longo da câmara 400.

A câmara 400 pode ser configurada para promoção de um vórtice para apoiar as forças centrífugas forçando o caminho do fluxo de gás 418 para produzir redemoinho ao longo da parede 402 da câmara 400. A promoção do vórtice pode ser alcançada (no todo ou em parte) pela geometria da câmara 400 (por exemplo, sendo cilíndrica), o posicionamento do injetor de oxidante acelerador 306, o posicionamento do injetor de oxidante preliminar 309, o(s) injetor (es) de oxidante escalonado 308, a localização, concepção e condições de funcionamento do gueimador secundário 414, e a velocidade do combustível e primeiro oxidante.

Modalidades da presente divulgação podem gaseificar

combustíveis sólidos para produzir um gás sintético com pouco ou nenhum componente inerte. Por exemplo, um ou mais dos oxidantes no reator podem ser enriquecidos na concentração de oxigênio em relação ao ar. Isto pode permitir que o volume do gás inerte (por exemplo, nitrogênio) seja reduzido ou eliminado. No entanto, a redução do volume do gás inerte pode reduzir o ímpeto de gás que impulsiona a ação ciclônica. O tamanho do reator pode ser compacto o suficiente para permitir que o reator opere com uma alta relação entre liberação de calor (Q) e volume (V) (por exemplo, um Q/V maior ou igual a cerca de MW/m3), com a liberação de calor (Q) sendo um maior valor de aquecimento do primeiro combustível e do segundo combustível, e volume (V) sendo o volume total do reator. Assim, o reator pode ser configurado para maior utilização do volume do reator por área de superfície aumentada, maior aquecimento e/ou ignição de partículas de combustível sólido, maior tempo de permanência, e/ou maior uniformidade da distribuição da temperatura.

Embora a invenção tenha sido descrita com referência a uma modalidade preferida, será compreendido por aqueles hábeis na arte, que várias mudanças podem ser feitas, e equivalentes podem ser substituídos por seus elementos, sem se afastar do âmbito da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma determinada situação ou material aos ensinamentos da invenção, sem se afastar de seu âmbito essencial. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada à modalidade particular divulgada, como o melhor modo contemplado para a realização dessa invenção, mas que a invenção deva incluir todas as modalidades incidentes no âmbito das reivindicações anexas.

Claims

1. GASEIFICADOR CICLÔNICO, caracterizado pelo fato de compreender: câmara tendo uma primeira parte proximal a uma primeira extremidade e uma segunda parte proximal a uma segunda extremidade; injetor de primeiro combustível posicionado para introdução de um primeiro combustível na primeira parte da câmara; queimador posicionado para introdução de um segundo combustível na segunda parte da câmara; e injetor de oxidante acelerador configurado para acelerar a velocidade do primeiro combustível, e turbilhonar o primeiro combustível a partir da primeira parte para a segunda parte; em que o queimador está configurado para dirigir uma chama para a primeira parte, a partir da segunda parte; onde a segunda parte inclui um caminho de fluxo para um gás de produto formado por gaseificação, pelo menos, do primeiro combustível; e em que o primeiro combustível inclui um combustível sólido.

2. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do injetor de primeiro combustível ser um injetor não-pneumático de combustível.

3. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato do injetor de primeiro combustível ser um injetor de baixa velocidade de combustível configurado para injetar o primeiro combustível a menos de cerca de 60 pés/s.

4. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender um ou mais injetores escalonados de oxidante configurados para manter o redemoinho do primeiro combustível, a partir da primeira parte para a segunda parte.

5. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do queimador ser configurado para turbilhonar a chama, o redemoinho da chama correspondendo ao redemoinho do primeiro combustível.

6. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do queimador incluir um injetor de segundo combustível e um injetor de oxigênio.

7. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do primeiro combustível e do segundo combustível diferirem em composição.

8. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do caminho de fluxo ser um caminho de fluxo tortuoso.

9. GASEIFICADOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato dele ser ainda composto por um injetor de oxidante anular disposto em torno do injetor de primeiro combustível para promover a gaseificação pelo menos do primeiro combustível.

10. GASEIFICADOR CICLÔNICO, caracterizado pelo fato de compreender: câmara tendo uma primeira parte proximal a uma primeira extremidade e uma segunda parte proximal a uma segunda extremidade; injetor de primeiro combustível posicionado para introdução de um primeiro combustível na primeira parte da câmara; queimador incluindo um injetor de segundo combustível posicionado para introdução de um segundo combustível na câmara; e injetor de oxidante acelerador configurado para acelerar a velocidade do primeiro combustível e turbilhonar o primeiro combustível, a partir da primeira parte para a segunda parte; injetor de oxidante anular; e onde a segunda parte inclui um caminho de fluxo para um gás de produto formado por gaseificação do primeiro combustível, do segundo combustível, ou de uma combinação dos mesmos; onde o injetor de oxidante anular é disposto em torno do injetor de primeiro combustível para promover a gaseificação, pelo menos, do primeiro combustível; e em que o primeiro combustível inclui um combustível sólido.

11. MÉTODO PARA GASEIFICAÇÃO CICLÔNICA, caracterizado pelo fato de compreender: provisão de uma câmara tendo uma primeira parte proximal a uma primeira extremidade e uma segunda parte proximal a uma segunda extremidade; introdução de um primeiro combustível na primeira parte da câmara, em que o primeiro combustível inclui um combustível sólido; introdução de um segundo combustível na câmara e oxidação do segundo combustível com oxigênio, o segundo combustível diferindo do primeiro combustível em composição; introdução de um oxidante acelerador, para acelerar a velocidade do primeiro combustível e turbilhonar o primeiro combustível, a partir da primeira parte para a segunda parte; e um ou mais dos seguintes: direcionamento de uma chama para a primeira parte, a partir da segunda parte, a chama sendo formada pela oxidação do segundo combustível; e promoção da gaseificação, pelo menos, do primeiro combustível, através da introdução de um oxidante anular em torno do primeiro combustível com um injetor de oxidante anular.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato da segunda parte incluir um caminho tortuoso para fluxo de um gás de produto formado por gaseificação do primeiro combustível.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato do caminho tortuoso separar o fluxo de partículas do gás de produto.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato do primeiro combustível ser introduzido a uma velocidade de menos de cerca de 60 pés/s.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato do oxidante acelerador ser introduzido a uma velocidade de cerca de 200 pés/s a cerca de 400 pés/s.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de ainda compreender a manutenção do redemoinho do primeiro combustível, a partir da primeira parte para a segunda parte, por injeção escalonada de oxidante.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato do oxidante escalonado ser injetado a uma velocidade de cerca de 200 pés/s a cerca de 400 pés/s.

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato do oxidante acelerador ser oxigênio.

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato do oxidante anular ser oxigênio.

20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato do primeiro combustível manter um ângulo de contato menor que cerca de 20 graus com a câmara.