способ транспортировки твердых продуктов в форме частиц между зонами с различным давлением

Формула изобретения

1. Способ для транспортировки продукта в форме частиц между двумя зонами с различными давлениями Р1 и Р2 соответственно, включающий:

прохождение продукта из первой зоны под давлением через порционирующее устройство, которое обеспечивает однородные порции продукта,

перенесение порций продукта по отдельности через шлюзовое устройство, которое содержит, по меньшей мере, одну камеру и два пневматических затвора,

принудительную загрузку порций продукта из первой зоны под давлением в камеру посредством прессующего шнека, ось которого находится, по существу, на одной линии с осью камеры, при этом во время транспортировки из первой зоны во вторую зону под давлением продукт сжимается,

принудительную выгрузку порции продукта из камеры во вторую зону под давлением посредством прессующего шнека или поршня или посредством газа, пара или жидкости, подаваемой под давлением более высоким, чем давление второй зоны,

отличающийся тем, что

разделяют одинаковые порции продукта одинаковыми областями пространства, не содержащими частиц, с тем, чтобы обеспечить отсутствие частиц в рабочих областях пространства пневматических затворов, когда они закрываются,

по меньшей мере, один из пневматических затворов в любой момент времени обеспечивает герметичный барьер между двумя зонами с различным давлением,

обеспечивают камеру в форме шлюзовой камеры,

изменяют давление в шлюзовой камере от Р1 до Р2, когда порция продукта присутствует в шлюзовой камере и оба пневматических затвора закрыты,

изменяют давление в шлюзовой камере от Р2 до Р1, когда порция продукта выгружается из шлюзовой камеры и оба пневматических затвора закрыты.

2. Способ по п.1, при котором в порционирующем устройстве используется устройство для транспортировки, которое обеспечивает одинаковые порции продукта путем запуска через определенные периоды времени, и создаются одинаковые области пространства, не содержащие частиц, путем остановки через определенные периоды времени.

3. Способ по п.1, при котором в порционирующем устройстве используются устройство для транспортировки, которое работает непрерывно, и накопительное устройство, которое создает пространство, не содержащее частиц, между порциями продукта во время загрузки и обеспечивает одинаковые порции продукта во время разгрузки.

4. Способ по п.1, при котором в порционирующем устройстве используются устройство для транспортировки, которое работает непрерывно, и двухсторонний распределитель, разделяющий непрерывный поток продукта на два потока порции продукта.

5. Способ по п.1, в котором вторая зона под давлением представляет собой зону высокого давления, а порции продукта из порционирующего устройства одну за другой принудительно загружают в шлюзовую камеру через открытый входной пневматический затвор, при этом

прессующий шнек в шлюзовой камере в положении на входе в нее под действием его вращательного движения принудительно перемещает порцию продукта по направлению к закрытому выходному пневматическому затвору до тех пор, пока вся порция продукта не пройдет через входной пневматический затвор, при этом

затем закрывают входной пневматический затвор,

изменяют давление в шлюзовой камере до давления второй зоны под давлением Р2,

открывают выходной пневматический затвор,

принудительно разгружают шлюзовую камеру с помощью прессующего шнека, дополняющего вращательное движение поступательным аксиальным перемещением, принудительно перемещая порцию продукта через открытый выходной пневматический затвор во вторую зону под давлением,

втягивают обратно прессующий шнек в положение на входе,

закрывают выходной пневматический затвор,

изменяют давление шлюзовой камеры до давления первой зоны под давлением Р1

и открывают входной пневматический затвор с тем, чтобы следующую порцию продукта принудительно загружать в шлюзовую камеру.

6. Способ по п.1, в котором вторая зона под давлением представляет собой зону высокого давления, при этом переносят порции продукта из порционирующего устройства одну за другой через шлюзовое устройство, содержащее ротор с осью, параллельной двум идентичным шлюзовым камерам, которые расположены симметрично вокруг оси ротора и вокруг данной оси, причем шлюзовые камеры вращаются шагами по 180°,

каждая из двух шлюзовых камер имеет одно отверстие, которое попеременно соединяется с двумя зонами с различным давлением для принудительной загрузки посредством прессующего шнека, расположенного перед шлюзовой камерой, и принудительно разгружается посредством поршня, расположенного в шлюзовой камере,

два пневматических затвора размещены между двумя зонами с различным давлением, из которых первый пневматический затвор содержит два герметизирующих кольца, расположенных между отверстиями шлюзовых камер и отверстиями двух зон с различным давлением, при этом герметизирующие кольца расширяются, когда ротор находится в стационарном положении, и сжимаются, когда ротор вращается, второй пневматический затвор содержит клапан, расположенный в отверстии второй зоны под давлением, и

ротор расположен в корпусе, который герметично соединен с двумя зонами с различным давлением.

7. Способ по п.6, при котором закрывают два герметизирующих кольца первого пневматического затвора посредством поступательного аксиального перемещения ротора по направлению к отверстиям двух зон с различным давлением и открывают посредством обратного перемещения.

8. Способ по п.6, при котором ось ротора является перпендикулярной двум шлюзовым камерам и общей концевой стенке двух шлюзовых камер, при этом два поршня соединены посредством поршневого штока, обеспечивающего расстояние между поршнями, которое показывает, что одна шлюзовая камера является полностью загруженной продуктом, когда другая является полностью разгруженной.

9. Способ по п.6, при котором открывают или закрывают пневматические затворы только тогда, когда, по существу, одинаковое давление устанавливается по обеим сторонам пневматического затвора.

10. Способ по п.5, при котором обеспечивают выгрузку порции продукта из шлюзовой камеры при высоком давлении путем поддержания давления в зоне высокого давления во время быстрого открывания пневматического затвора, тем самым достигая взрывной выгрузки продукта в зону низкого давления.

11. Способ по п.10, при котором повышают давление шлюзовой камеры в избытке по отношению к давлению зоны высокого давления до уровня, при котором достигают взрывного образования древесной массы из лигноцеллюлозных продуктов.

12. Способ по п.6, при котором поршни в шлюзовых камерах приводят в действие с помощью одного или нескольких гидравлических устройств, устанавливают соединение между закрытыми концами двух шлюзовых камер, пространство которых за двумя поршнями заполняется газом, паром или жидкостью высокого давления, до такого уровня, который предотвращает утечку из зоны высокого давления в обход поршней во время транспортировки продукта из шлюзовой камеры в зону высокого давления.

13. Способ по п.6, при котором соединяют две шлюзовые камеры на закрытых концах с гидравлической системой, которая поддерживает давление Р1+ за поршнем шлюзовой камеры при загрузке продукта из зоны низкого давления с давлением Р1 и давление Р2++ за поршнем шлюзовой камеры при разгрузке в зону высокого давления с давлением Р2, при этом устанавливают разность давлений Р2++ минус Р2 на уровне, достаточно высоком для генерирования силы, приводящей в движение разгружающий поршень, а разность давлений Р1+ минус Р1 на уровне, достаточном для прессующего шнека, чтобы продавить назад поршень шлюзовой камеры при загрузке с усилием, необходимым для требуемого сжатия продукта.

14. Способ по п.1, при котором контролируют необходимое сжатие продукта во время транспортировки из первой зоны под давлением во вторую зону под давлением путем установления объема порции продукта, обеспечиваемого порционирующим устройством, по отношению к эффективному объему реальной шлюзовой камеры.

15. Способ по п.14, при котором обеспечивают сжатие посредством прессующего шнека во время принудительной загрузки шлюзовой камеры.

16. Способ по п.14, при котором сжатие частично обеспечивают посредством прессующего шнека во время принудительной загрузки шлюзовой камеры и частично посредством устройств для сжатия, интегрированных в порционирующее устройство и/или в устройство, переносящее порции продукта к прессующему шнеку.

17. Устройство для переноса продукта в форме частиц между двумя зонами с различными давлениями Р1 и Р2 соответственно, содержащее

порционирующее устройство, через которое продукт переносится из первой зоны под давлением, при этом порционирующее устройство приспособлено для производства одинаковых порций продукта,

шлюзовое устройство, через которое порции продукта переносятся по отдельности, которое содержит, по меньшей мере, одну камеру и два пневматических затвора,

поршневой шнек для принудительной загрузки порции продукта из первой зоны под давлением в камеру, при этом ось прессующего шнека находится, по существу, на одной линии с осью камеры, причем продукт сжимается во время транспортировки из первой зоны под давлением во вторую зону под давлением,

средства для принудительной выгрузки порций продукта из камеры во вторую зону под давлением, причем средства для принудительной разгрузки выбираются из группы, состоящей из прессующего шнека, поршня и подачи газа, пара или жидкости при давлении, более высоком, чем давление второй зоны,

отличающееся тем, что

порционирующее устройство приспособлено для разделения одинаковых порций продукта одинаковыми областями пространства, не содержащими частиц,

пневматические затворы приспособлены для обеспечения герметичного барьера между двумя зонами с различным давлением,

а камера представляет собой шлюзовую камеру, давление в которой контролируется таким образом, чтобы оно изменялось от Р1 до Р2, когда порция продукта присутствует в шлюзовой камере и оба пневматических затвора закрыты, и от Р2 до Р1, когда порция продукта выгружается из шлюзовой камеры и оба пневматических затвора закрыты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу и устройству для транспортировки продуктов в форме частиц между зонами с различным давлением.

Настоящее изобретение является особенно пригодным для транспортировки биомассы с низкой плотностью, такой как солома, но не ограничивается этим.

Способ согласно настоящему изобретению основывается на использовании шлюзовой системы, в соответствии с которой продукт сначала переносится через порционирующее устройство, которое обеспечивает последовательность однородных порций продукта, разделенных однородными, не содержащими частиц областями пространства, а затем порции продукта переносятся по отдельности через шлюзовое устройство, которое содержит, по меньшей мере, одну шлюзовую камеру и два пневматических затвора, из которых, по меньшей мере, один, в любой момент времени, обеспечивает герметичный барьер между двумя зонами с различным давлением, и порции продукта принудительно загружаются из первой зоны в шлюзовую камеру посредством прессующего шнека, ось которого находится по существу на одной линии с осью шлюзовой камеры, и порции продукта принудительно выгружаются из шлюзовой камеры во вторую зону с заданным давлением посредством прессующего шнека или поршня, или посредством газа, пара или жидкости, подаваемой под давлением, более высоким, чем давление во второй зоне.

Прессующий шнек в этом контексте означает шнековый конвейер, который дополнительно может совершать возвратно-поступательное движение по оси, независимое от вращения. Пример прессующего шнека описан в патенте Швеции SE 469536.

Шлюзовая система в этом контексте означает порционирующее устройство, соединенное со шлюзовым устройством. Шлюзовое устройство означает шлюзовая камера, соединенная с пневматическими затворами.

Шлюзовая камера согласно настоящему изобретению представляет собой камеру, которая попеременно может быть соединена с одной из двух зон с различным давлением, при этом камера является герметичной, отделенной от другой зоны под давлением. Устройства, которые в замкнутых условиях обеспечивают герметичное разделение, в дальнейшем будут называться пневматическими затворами.

Средства для принудительной загрузки/выгрузки загружаются/разгружаются путем положительного переноса продукта, что означает, что прилагаются другие силы для переноса, чем сила тяжести.

Предпосылки изобретения

Существует повышенный интерес к получению энергии из целлюлозы, этанола и других продуктов из биологической массы. Это означает, в том числе, что биомасса подвергается воздействию процессов, осуществляемых при повышенном давлении, таких как обработка паром, гидролиз, экстракция растворителями, варка целлюлозы, термомеханическое получение древесной массы, газификация, сушка с помощью перегретого пара. Биомасса может содержать сухие или влажные частицы, или частицы, суспендированные в жидкости.

Для достижения наименьших возможных затрат на производство, является критичным создание надежных непрерывных процессов и непрерывного производства в течение всего года.

Солома представляет собой большой ресурс биомассы, которая еще не использовалась интенсивно, поскольку ее свойства делают очень сложной ее транспортировку в оборудование, находящееся под давлением, через него и из него. Основными препятствиями являются следующие:

Солома имеет низкую плотность (произвольно измельченная солома имеет плотность примерно 50 кг/м³).

Солома представляет собой несыпучий продукт и имеет очень сильные свойства образования связей.

Солома имеет высокое содержание абразивного кремния.

Эти препятствия означают, что способ и устройства, имеющие дело с соломой, в связи с герметичным оборудованием будут иметь дело со всем остальным, например древесной стружкой, углем, бытовым мусором, субпродуктами от скотобоен и тому подобное.

Чтобы быть надежным, устройство должно удовлетворять следующим требованиям:

- движущиеся детали должны только до очень ограниченной степени "врезаться" в продукт для предотвращения износа и заеданий.

- риск образования связей должен быть устранен путем принудительного перемещения продукта через критические зоны. Это означает, что принудительная загрузка и разгрузка шлюзовых камер являются абсолютно необходимыми.

- должна обеспечиваться возможность для сжатия продуктов низкой плотности до более высокой плотности для получения соответствующей производительности при разумных размерах.

Ни один из известных способов и устройств, основанных на шлюзовых устройствах, не удовлетворяют этим требованиям.

В патенте Швеции SE 469536 описана камера, в которую продукт переносится с помощью прессующего шнека. На входе цилиндрический нож скользит вперед и врезается в продукт, чтобы закрыть вход, но его функция заключается в том, чтобы закрывать продукт, а не создавать пневматический затвор. На выходе существует пневматический затвор, но поскольку он только один, все это не является шлюзовым устройством, как определено ранее. Устройство представляет собой прессующее проточное устройство для подачи, основанное на способности сильного сжатого слоя продукта понижать утечку газа, когда пневматический затвор открыт.

Вращающиеся затворы описаны, например, в патенте США №5114053, где ротор, содержащий несколько карманов, вращается непрерывно в цилиндрическом корпусе, причем продукт требуется с очень хорошими свойствами сыпучести. Движущиеся детали должны "врезаться" в продукт, что является проблематичным, в особенности, на входе. Продукт не может быть сжат, и принудительная загрузка/выгрузка является невозможной.

В патенте Дании 2426035 описан ротор с одной шлюзовой камерой, который вращается попеременно, обеспечивая возможность для поочередного соединения отверстия с зонами высокого и низкого давления. Поршень в шлюзовой камере обеспечивает принудительную выгрузку из шлюзовой камеры и предотвращает выброс из зоны высокого давления. Продукт не загружается в шлюзовую камеру принудительно, поэтому он не может сжиматься, и движущиеся детали должны "врезаться" в продукт.

В патенте США 5095825 описан способ, в котором используется ротор, имеющий две шлюзовые камеры, которые принудительно разгружаются с помощью поршней, размещенных в шлюзовых камерах. Отверстия шлюзовых камер расположены на одном конце ротора, так что каждое из них будет соединяться с одной из двух зон с различным давлением, когда ротор останавливается. Согласно этому способу уменьшается риск образования связей во время загрузки шлюзовой камеры путем создания вакуума с помощью поршня. Это означает, что риск образования связей уменьшается только частично, если продукт является проницаемым для воздуха. Движущиеся детали должны "врезаться" в продукт, и с помощью этого способа сжатие продукта является невозможным.

В патенте США №5819992 описан ротор с несколькими параллельными шлюзовыми камерами. Шлюзовые камеры имеют вход на одном конце и выход на другом конце. Когда ротор останавливается для загрузки одной шлюзовой камеры и разгрузки другой, герметичная изоляция обеспечивается путем расширения динамических уплотнительных колец. Когда операция загрузки/разгрузки заканчивается, динамические уплотнительные кольца сжимаются, после чего ротор может перемещаться на следующую позицию с меньшим трением, но с неполной герметизацией. Способ не включает в себя порционирование, так что движущиеся детали должны "врезаться" в продукт. Кроме того, данный способ не включает принудительную загрузку, возможность для сжатия или принудительной выгрузки.

В заявке на патент Швеции SE 456645 описана шлюзовая камера T-образной формы, которая обеспечивает продукту совершать перпендикулярное движение от горизонтального направления к вертикальному направлению. Продукт переносится мимо входного пневматического затвора в шлюзовую камеру посредством поршня или прессующего шнека, и затем продукт должен падать под действием одной лишь силы тяжести через вертикальное ответвление до тех пор, пока он не окажется на выходном пневматическом затворе. Отдельный поршень обеспечивает принудительную выгрузку из шлюзовой камеры. Тот факт, что продукт во время загрузки шлюзовой камеры должен совершить поворот на 90° под действием одной лишь силы тяжести, увеличивает риск образования связей и делает невозможным сжатие продукта в шлюзовой камере, увеличивающее производительность.

Согласно патенту США №5192188 продукт загружается в шлюзовую камеру под действием одной лишь силы тяжести, что обеспечивает очень плохое наполнение. Разгрузочный поршень должен "врезаться" в продукт во входном отверстии, и сжатие, увеличивающее производительность, является невозможным.

Преимуществом способа согласно настоящему изобретению является то, что он удовлетворяет всем требованиям для транспортировки продуктов в форме частиц, абразивных, с низкой плотностью, и нетекучих, между зонами с различным давлением.

Чтобы предотвратить "врезание" в продукт, в способе согласно настоящему изобретению используется порционирующее устройство, расположенное перед шлюзовым устройством. Порционирующее устройство обеспечивает одну или несколько последовательностей из однородных порций продукта, разделенных однородными, не содержащими частиц областями пространства. Не содержащие частиц области пространства обеспечивают то, что никаких частиц продукта не оказывается в рабочем пространстве пневматических затворов, когда они закрываются.

Для достижения принудительной загрузки порции продукта переносятся в шлюзовое устройство посредством прессующего шнека. Вращательное и осевое перемещение поршня шнека может контролироваться независимо, что делает возможным обеспечение любой степени сжатия, от небольшого сжатия до преобразования порций продукта в твердые слои.

Принудительная загрузка и возможность достижения регулируемого сжатия продукта представляют собой очень важные особенности настоящего изобретения, благодаря улучшенной надежности и повышенной производительности, которые будут достигаться устройством в соответствии с настоящим изобретением, по сравнению с известными устройствами. Известное устройство выполнено для транспортировки частицы угля и дерева с относительными плотностями от 0,4 до 0,8, по сравнению с 0,05 для измельченной соломы. Это значит, что производительность на соломе упадет приблизительно до 10%, если объем шлюзовой камеры остается неизменным.

Для достижения принудительной разгрузки шлюзовой камеры согласно настоящему изобретению могут быть выбраны различные варианты настоящего изобретения в зависимости от того, является ли приемлемым выброс из зоны высокого давления во время транспортировки продукта из шлюзовой камеры в зону высокого давления или нет.

Если выброс является приемлемым, например, когда выброс состоит из пара, из которого энергия может быть извлечена путем конденсации, прессующий шнек, который осуществляет принудительную загрузку, может осуществлять также и принудительную разгрузку шлюзовой камеры. Это предполагает, что для каждой порции продукта, транспортируемой в зону высокого давления, некоторый объем пара будет транспортироваться в шлюзовую камеру и далее до места конденсации. Для такой ситуации устройства пневматических затворов могут быть выбраны среди хорошо известных клапанов, таких как ползунковые клапаны, шаровые клапаны или поршневые клапаны. Внутренний диаметр клапанов должен быть, по меньшей мере, такого же размера, как и диаметр шлюзовой камеры. Перед открыванием пневматических затворов давление шлюзовой камеры должно регулироваться для установления по существу одинакового давления на обеих сторонах пневматического затвора для уменьшения мощности, необходимой для открывания пневматического затвора.

В частных ситуациях, таких как термомеханическое получение древесной массы, где продукт должен быть выгружен с высокой скоростью из дигестера высокого давления, давление шлюзовой камеры должно поддерживаться или даже повышаться для ускорения продукта до очень высокой скорости, когда открывается пневматический затвор. Для этой частной ситуации диаметр клапана может быть гораздо меньшим, чем диаметр шлюзовой камеры, благодаря высокой скорости продукта во время выпуска. Шаровой клапан является хорошим выбором, поскольку он может быть полностью открыт за очень короткое время.

Если выброс является неприемлемым, например, когда имеются ядовитые, взрывоопасные или обладающие неприятным запахом газы, предпочтительный вариант настоящего изобретения включает ротор с двумя шлюзовыми камерами, размещенными по существу параллельно оси прессующего шнека и, либо перпендикулярно или параллельно оси ротора, и снабженными поршнями для принудительной разгрузки.

В этом предпочтительном варианте настоящего изобретения система герметизации, предотвращающая утечку газов, паров или жидкости, когда продукт транспортируется из шлюзовой камеры в зону высокого давления, должна быть устойчива к воздействию химикалиев и температур, преобладающих в зоне высокого давления. При газификации, например, значения температуры могут находиться в пределах 700-1100°C, и газы процесса могут содержать значительные количества смолы, которая может конденсироваться при гораздо более низкой температуре шлюзовой камеры. Для предотвращения попадания горячего газа процесса в шлюзовую камеру во время разгрузки является известным, например, из патента США №5095825 и патента Дании 2426035 A1, повышение давления шлюзовой камеры перед разгрузкой посредством инертного газа под давлением. Однако подача инертного газа представляет собой значительные дополнительные затраты, поэтому для настоящего изобретения разработана специальная система герметизации, которая вообще практически исключает утечку газа процесса без использования инертного газа под давлением.

Специальная система герметизации включает три герметизирующих устройства, которые должны действовать в трех различных местах.

Первое герметизирующее устройство содержит два герметизирующих кольца, которые должны действовать между открытыми концами шлюзовых камер и выходом из зоны низкого давления и входом зоны высокого давления во время загрузки и разгрузки. Это первое герметизирующее устройство представляет собой известный тип уплотнения, которое может расширяться для обеспечения герметичности во время загрузки и разгрузки, соответственно, и сжиматься во время движения ротора для предотвращения трения.

Второе герметизирующее устройство должно предотвращать утечку газа, пара или жидкости из зоны высокого давления в часть шлюзовой камеры, находящуюся за поршнем. Выброс может происходить, когда герметизированные края поршня изнашиваются, что является неизбежным, особенно когда в продукте присутствует окись кремния. Второе герметизирующее устройство использует газ, пар или жидкость за поршнем, сжатые по существу до такого же давления, как и давление в зоне низкого давления во время загрузки и находящееся при таком же давлении или давлении, более высоком, чем давление в зоне высокого давления во время разгрузки. Газ, пар или жидкость, находящиеся под давлением, могут также использоваться для перемещения поршня во время выгрузки.

Третье герметизирующее устройство содержит емкость, окружающую ротор и обеспечивающую герметичное соединение между двумя зонами с различным давлением. Это третье герметизирующее устройство должно контролировать любой выброс из зоны высокого давления, вызванный износом или отказами двух других герметизирующих устройств. Любой выброс в данную емкость будет детектироваться и направляться в то место, где он не повредит. Данное детектирование может обеспечивать действие, необходимое для предотвращения дальнейших выбросов.

Подробное описание изобретения

В способе согласно настоящему изобретению используется шлюзовая система, включающая порционирующее устройство и шлюзовое устройство. В дальнейшем изобретение будет описано подробно посредством двух примеров воплощений порционирующего устройства и трех примеров воплощений шлюзового устройства.

В примере 1 описано порционирующее устройство, соответствующее атмосферным условиям и с хорошей накопительной производительностью по отношению к продукту, который должен транспортироваться. На Фиг.1a и 1b показан пример 1.

Входной конвейер 1.2 перемещает продукт под выравнивающий вращающийся барабан 1.3, создающий поток продукта с однородным поперечным сечением. Толщина слоя 1.4 продукта может регулироваться путем изменения расстояния между 1.3 и 1.2. На верхнем конце 1.2 продукт падает в лоток 1.5 со створчатой дверью-ловушкой 1.6, расположенной в нижней части. Когда необходимое количество продукта транспортируется в лоток 1.5, створчатая дверь-ловушка 1.6 открывается, и порция продукта падает на ленточный конвейер 1.7, который перемещает данную порцию в шлюзовое устройство (не показано). Когда лоток 1.5 разгружается, створчатая дверь-ловушка 1.6 закрывается, и начинается накопление новой порции продукта.

В примере 2 описано порционирующее устройство, соответствующее условиям высокого давления, и с возможностью обслуживания двух шлюзовых устройств. На Фиг.2a и 2b показан пример 2.

Фиг.2a

Продукт переносится из зоны высокого давления с помощью шнекового конвейера 2.1 в корпусе 2.2. Поперечный шнековый конвейер в корпусе 2.4 может вращаться в обоих направлениях и переносить продукт переменно через пневматические затворы 2.5.1 и 2.5.2, и в шлюзовые камеры 2.6.1 и 2.6.2. Когда поперечный шнековый конвейер загружает, например, шлюзовую камеру 2.6.1, область пространства, не содержащая частиц продукта, образуется вокруг пневматического затвора 2.5.2. Когда шлюзовая камера 2.6.2 загружается, область пространства, не содержащая частиц продукта, образуется вокруг пневматического затвора 2.5.1.

В примере 3 описано шлюзовое устройство, пригодное для использования, когда является приемлемым контролируемый выброс во время транспортировки продукта из зоны низкого давления в зону высокого давления. На Фиг.3a-3f показан пример 3.

Фиг.3a

Конвейер 3.1 перемещает порцию продукта в приемный лоток 3.3, снабженный 2 ленточными конвейерами 3.2, обеспечивающими сочетание сжатия и транспортировки. Порция продукта под давлением P1 принудительно вводится в шлюзовую камеру 3.6. через открытый пневматический затвор 3.4. Шнековый поршень 3.5., в своем положении под приемным лотком 3.3, переносит порцию продукта по направлению к закрытому выходному пневматическому затвору 3.8 под действием одного лишь его вращательного движения до тех пор, пока вся порция продукта не пройдет через входной пневматический затвор 3.4.

Фиг.3b

Входной пневматический затвор закрыт.

Фиг.3c

Давление в шлюзовой камере изменяется до нового давления P2 посредством выравнивающего клапана 3.9.

Фиг.3d

Выходной пневматический затвор открыт, и поступательное аксиальное перемещение прессующего шнека 3.5 добавляется к вращению с аксиальным перемещением, которое принудительно выгружает порции продукта из шлюзовой камеры 3.6, через выходной пневматический затвор, и в новую зону с заданным давлением 3.10.

Фиг.3e

Выходной пневматический затвор 3.8 закрыт, когда прессующий шнек 3.5 втягивается назад в шлюзовую камеру 3.6, под действием его поступательного аксиального перемещения.

Фиг.3f

Давление изменяется до давления P1 первой зоны под давлением посредством выравнивающего клапана 3.9, после чего входной пневматический затвор 3.4 открывается, и следующая порция продукта может загружаться в шлюзовую камеру.

В примере 4 описан вариант шлюзового устройства, пригодный для использования, когда выброс во время транспортировки продукта из зоны низкого давления в зону высокого давления является неприемлемым. Поток продукта поворачивается на 180°, проходя через шлюзовое устройство. На Фиг.4a-4e показан пример 4.

Фиг.4a

Порция продукта переносится в приемный лоток 4.1, снабженный двумя ленточными конвейерами 4.2. В это время пневматический затвор 4.8 открыт. Прессующий шнек 4.5, расположенный на входе 4.3, принудительно загружает порцию продукта в шлюзовую камеру 4.6.1 под действием только его вращательного движения. Шлюзовая камера 4.6.1 загружается и разгружается через одно и то же отверстие и может вращаться вокруг оси 4.12, параллельной оси прессующего шнека, и снабжена поршнем 4.11.1. В этом варианте вторая шлюзовая камера 4.6.2 расположена симметрично по отношению к оси 4.12 и снабжена поршнем 4.11.2. Две шлюзовые камеры, вместе с их поршнями и средствами для перемещения поршней, составляют ротор 4.13, который может вращаться вокруг оси 4.12 и перемещаться поступательно посредством аксиального смещения.

Фиг.4b

Поршень 4.11.1 шлюзовой камеры во время принудительной загрузки перемещается от исходной позиции в отверстии шлюзовой камеры по направлению к задней части шлюзовой камеры 4.6.1. Другой поршень 4.11.2 шлюзовой камеры в это время перемещается из исходного положения в задней части шлюзовой камеры по направлению к отверстию и через него, принудительно выгружая порцию продукта из шлюзовой камеры во вторую зону 4.10 под давлением. Прессующий шнек 4.5 принудительно выгружает порцию продукта через отверстие шлюзовой камеры 4.6.1 путем поступательного аксиального перемещения в дополнение к вращательному движению.

Фиг.4c

Поршень 4.11.2 втягивается назад настолько далеко, что он совмещается с отверстием шлюзовой камеры 4.6.2, и пневматический затвор 4.8 закрывается путем его перемещения к входу 4.7 зоны высокого давления, и прессующий шнек 4.5 втягивается назад до его положения на входе 4.3 шлюзовой камеры.

Фиг.4d

Пневматические затворы 4.4.1 и 4.4.2 открыты под действием поступательного осевого перемещения ротора от входного лотка 4.1 и входа 4.7 в зону высокого давления. После этого, ротор поворачивается на 180°, при этом шлюзовая камера 4.6.1 должна поменяться местами со шлюзовой камерой 4.6.2.

Фиг.4e

Пневматические затворы 4.4.1 и 4.4.2 закрыты путем втягивания ротора 4.13, и шлюзовая камера 4.6.2 становится готовой для принудительной загрузки следующей порции продукта, и давление в шлюзовой камере 4.6.1 изменяется до высокого давления P2 с помощью выравнивающего клапана 4.9. После этого пневматический затвор 4.8 открывается, и шлюзовая камера 4.6.1 готова к разгрузке.

В примере 5 описан, подобно примеру 4, вариант шлюзового устройства, пригодный для использования тогда, когда выброс является неприемлемым, во время транспортировки продукта из зоны низкого давления в зону высокого давления. В противоположность примеру 4, ось ротора со шлюзовыми камерами в примере 5 является перпендикулярной оси шлюзовых камер и прессующего шнека. Это означает, что поток продукта должен поддерживать направление, придаваемое поршневым шнеком, при прохождении через шлюзовое устройство. В дополнение к этому, поршни, разгружающие шлюзовые камеры в примере 5, приводятся в действие жидкостью под давлением, которая в то же время служит в качестве очень эффективного герметизирующего устройства против утечки из зоны высокого давления в шлюзовую камеру во время принудительной разгрузки. Данный способ герметизации является особенно важным, когда температура зоны высокого давления является более высокой, чем та, которую могут выдержать традиционные герметизирующие материалы, например 700-1100°C, в газификаторе.

Фиг.5a

Порция продукта переносится в приемный лоток 5.1, снабженный двумя ленточными конвейерами 5.2. В это же время пневматический затвор 5.8 открыт. Прессующий шнек 5.5, расположенный на входе 5.3, принудительно загружает порцию продукта в шлюзовую камеру 5.6.1 под действием только вращательного движения. Шлюзовая камера 5.6.1 загружается и разгружается через одно и то же отверстие, и может вращаться вокруг оси 5.12, перпендикулярной оси прессующего шнека, и снабжена поршнем 5.11.1. В этом варианте вторая шлюзовая камера 5.6.2 расположена симметрично по отношению к оси 5.12 и снабжена поршнем 5.11.2. Обе шлюзовые камеры и их поршни составляют ротор 5.13, который может вращаться вокруг оси 5.12 в корпусе ротора 5.15. Оба поршня 5.11.1 и 5.11.2 соединены поршневым штоком 5.14. Корпус ротора герметично соединен с приемным лотком 5.1 и зоной высокого давления 5.10.

Объединенное приводное и герметизирующее устройство для двойного поршня 5.11.1/5.11.2 состоит из контейнера 5.16 с резервуаром жидкости, которая может быть закачана с помощью насоса 5.17 в контейнер 5.18, частично заполненный жидкостью, тем самым поддерживая давление P1+ несколько более высоким, чем P1. Жидкость может перекачиваться с помощью насоса 5.20 из контейнера 5.18 в подобный ему контейнер 5.19, тем самым поддерживая давление P2++ несколько более высоким, чем P2. В дополнение к этому, объединенное приводное и герметизирующее устройство состоит из труб и проходов по оси 5.12 и 4 клапанов 5.21-5.24, с помощью которых две шлюзовые камеры 5.6.1 и 5.6.2 могут соединяться с двумя контейнерами 5.18 и 5.19. Когда шлюзовая камера 5.6.1 загружается, жидкость за поршнем 5.11.1 может проходить через 5.21 в 5.18, и, одновременно, эквивалентное количество жидкости должно проходить из 5.19 через 5.23 в часть шлюзовой камеры 5.6.2 за поршнем 5.11.2. Для поддержания заданных давлений эквивалентное количество жидкости должно одновременно перекачиваться из 5.18 в 5.19.

Фиг.5b

Поршень шлюзовой камеры 5.11.1 во время принудительной загрузки перемещается от отверстия по направлению к задней части шлюзовой камеры 5.6.1. При этом поршень 5.11.2 в то же самое время должен перемещаться от задней части шлюзовой камеры 5.6.2 по направлению к отверстию и через него, принудительно выгружая порцию продукта из шлюзовой камеры во вторую зону 5.10 под давлением. Прессующий шнек 5.5 принудительно выгружает порцию продукта через отверстие шлюзовой камеры 5.6.1 под действием поступательного аксиального перемещения в дополнение к вращению.

Фиг.5c

Пневматический затвор 5.8 закрыт путем его перемещения к входу 5.7 и, тем самым, он принудительно перемещает поршень 5.11.2 настолько далеко назад, что он совмещается с отверстием шлюзовой камеры 5.6.2. Прессующий шнек 5.5 втягивается назад, до его положения на входе 5.3.

Фиг.5d

Пневматические затворы 5.4.1 и 5.4.2 открыты путем сокращения герметизирующих колец, и шаровые клапаны 5.21 и 5.23 закрыты. После этого ротор 5.13 поворачивается на 180°, при этом шлюзовая камера 5.6.1 должна поменяться местами со шлюзовой камерой 5.6.2.

Фиг.5e

Пневматические затворы 5.4.1 и 5.4.2 закрыты под действием расширения герметизирующих колец, и давление в шлюзовой камере 5.6.1 изменяется до высокого давления P2 с помощью выравнивающего клапана 5.9. После этого пневматический затвор 5.8 и шаровые клапаны 5.22 и 5.24 открываются, и шлюзовая камера 5.6.2 готова для принудительной загрузки следующей порции продукта, а шлюзовая камера 5.6.1 готова к принудительной разгрузке.