BR0213768B1 - mÉtodo para absorÇço de vapores e gases de vasos de pressço. - Google Patents

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Description

RELATÓRIO DESCRITIVO DA PATENTE DE INVENÇÃO "MÉTODO PARAABSORÇÃO DE VAPORES E GASES DE VASOS DE PRESSÃO"
Método de absorção de vapores e gases.
A presente invenção refere-se a um método de absorçãode vapores e gases pelo controle de sobre pressão em"tanques de estocagem para líquidos, junto com uma aplicaçãodo método.
Quando se estoca líquidos em tanques, quaisquermovimentos ou mudanças na pressão e temperatura causarão aolíquido "um respiro". O termo "respiro" aqui indica quemoléculas passam da fase líquida para a fase gasosa ou viceversa de modo a alcançar o equilíbrio termodinâmico. Estatransferência de massa entre líquido e gás pode serconsiderável, e pode acontecer através de amplas faixas de temperatura e pressão para líquidos contendo muitoscomponentes diferentes. A razão para isto é que componentesdiferentes têm diferentes pontos de ebulição e pressões devapor, juntamente com o fato que o líquido é capaz deassociar componentes voláteis.
Se um tanque fechado se move, o líquido também semoverá. Isto causará mudanças de pressão local a ocorrer nolíquido, as quais podem causar a saída de vapor do líquido,por sua vez resultando em um aumento de pressão no tanque.
Após cessar este movimento, o líquido será capaz deabsorver este vapor, resultando em uma redução de pressão.
Ambos gás e líquido mudarão de volume após mudanças napressão e temperatura. Quando a temperatura aumenta, amaioria dos líquidos e gases ocuparão um volumemaior(expansão). Portanto, se o volume do tanque não mudar,a pressão aumentará. Quando a temperatura cai, o opostoocorrerá, isto é, uma redução de pressão. Desse modo asrelações termodinâmicas causam tanques fechados a seremobjetos de alteração de sobre pressão e sub pressão.Sobre pressão e sub pressão pode também ocorrer em umtanque fechado quando líquido é introduzido ou evacuado dotanque.
Existem limites que podem ser tolerados na forma como a pressão muda em tanques. No evento de uma pressãoexcessivamente baixa, existe um risco de colapso do tanque,e no evento de uma pressão excessivamente alta, existe umrisco de rachar o tanque. Desse modo, o problema associadocom o controle de pressão de tanques de estocagem envolvedois aspectos.
Hoje, uma redução de pressão que pode levar ao colapsodo tanque é freqüentemente tratada pela introdução de maisgás externo. Como um exemplo, quando transportando produtosde petróleo e óleo cru em navios tanques, um chamado processo "inerte" é levado a termo quando a pressão é muitobaixa. Este método consiste em conduzir gases residuaispurificados (gás inerte) da máquina de propulsão daembarcação para dentro dos tanques. No caso de outros tiposde transporte ou estocagem, por exemplo, transporte de petróleo por estrada ou ferrovia, o problema éfreqüentemente resolvido permitindo-se o ar substituir ovolume de gás perdido.
Um aumento de pressão que pode levar o tanque a racharpode hoje ser tratado de maneiras diferentes. Tetos flutuantes são usados, como é a técnica de passagem de gáspara outros tanques ou processos para possíveis tratamentosadicionais. Contudo, quando transportando produtos depetróleo e óleo cru a bordo de navios tanques, o problema éresolvido abrindo-se o tanque para deixar o gás escapar para a atmosfera até que a pressão no tanque tenha sidoreduzida suficientemente. Isto é extremamente poluente, eas autoridades de vários países estão trabalhando paraintroduzir legislação que reduzirá este tipo de descarga deVOC ("Volatile Organic Compounds - Compostos OrgânicosVoláteis"). Existem diversas publicações que descrevemmétodos e sistemas que focam na solução do problema desobre pressão. Estas soluções têm compreendido diferentesdispositivos de sucção e condensação, focando especialmente"nos problemas associados com estocagem e transporte degases liqüefeitos (LNG e LPG).
Do documento NO 305 525 é conhecido um método e umdispositivo para estocagem e transporte de gás naturalliqüefeito (LNG). Δ decocção é removida do tanque econdensada em um dispositivo de condensação com umresfriador, e então mandado de volta ao tanque. 0dispositivo separa metano e nitrogênio, e o nitrogênio édescarregado para a atmosfera.
0 documento US 2 784 560 ensina um método e umdispositivo para estocagem e manipulação de gás liqüefeito.A decocção do gás liqüefeito é circulado em um dispositivoque resfria pelo uso de outro gás liqüefeito e condensa adecocção, passando esta de volta ao fundo do tanque.
0 documento US 3 733 838 descreve um sistema para re-liquefazer a decocção a partir de um gás liqüefeito. 0sistema compreende um tanque de estocagem isolado, umventuri, uma bomba e um trocador de calor. 0 sistema éproposto para uso em conecção com estocagem de gásliqüefeito. Parte do gás liqüefeito é comprimido eexpandido em um trocador de calor de modo a proverresfriamento. 0 tanque de estocagem é resfriado através daexpansão de uma corrente parcialmente condensada que épassada dentro da parte do tanque de estocagem que contémvapor.
0 documento US 3 921 412 descreve um dispositivo pararecuperar vapor que emprega um bocal condensantedispensante bocal. 0 bocal é colocado na abertura deenchimento e resfria o vapor/gás que flui para fora duranteo enchimento, condensando este de forma que o mesmo gotejede volta para dentro do tanque.
0 pedido de patente Norueguês 1999 6471 refere-se a ummétodo, um dispositivo e um sistema para condensação de'vapores e gases. 0 método é baseado na circulação deliquido através de um venturi que tira o gás, e onde amistura é levada para o fundo do tanque. 0 pedido depatente argumenta que o gás condensará no liquido na suavolta ao tanque, e que qualquer condensação adicionalacontecerá no fundo do tanque.
Vários dispositivos de absorção para remoção decompostos orgânicos voláteis são conhecidos a partir dosdocumentos US 3 861 890, JP 63 119 833 e EP 0 819 751 Al,cujos dispositivos são fornecidos como unidades separadasfora do tanque ou tanques dos quais os compostos voláteissão para serem removidos.
As três primeiras publicações mencionadas descrevemantes sistemas compreeensivos para estocagem de gásliqüefeito resfriado. Apenas o pedido de patente Norueguês1999 6471 tenta resolver os problemas associados com amanipulação e estocagem de líquidos voláteis em uma largaescala. Adicionalmente, vários dispositivos são conhecidosos quais sugam vapor/gás a partir de um tanque que estásendo enchido, condensa o vapor/gás e passa o condensado devolta ao tanque onde o enchimento está ocorrendo. Como nema solução atual para o controle de pressão do tanquedurante o transporte de óleo cru nem outras soluçõesparecem ser aceitáveis, a presente invenção propõe umasolução alternativa para o problema.
A presente invenção refere-se a um método de absorçãode vapores ou gases de um ou mais tanques de estocagem paralíquidos, cujo método consiste em levar o vapor/gás a umdispositivo de absorção colocado em uma posição submersa noliquido do tanque perto do fundo do tanque de estocagem;absorção do gás no liquido do tanque que envolve odispositivo de absorção e circula através deste ou éfornecido a partir de uma fonte externa; e levando óvapor/gás não absorvido pelo dispositivo de absorção devolta à zona de gás no topo do tanque ou fora do tanque.Então o dispositivo de absorção é submergido no liquido dotanque, o qual pode opcionalmente ser usado como um meio deabsorção para o vapor/gás. Conseqüentemente, a eficiênciada absorção é aumentada pela absorção ocorrendo sob apressão hidrostática a partir do liquido acima.
Pela posição do dispositivo de absorção no fundo de umtanque em vez de fora do tanque, os requerimentos de espaço são reduzidos significativamente, os quais sãoparticularmente benéfico com respeito a navios. Isto tambémresultará no dispositivo de absorção sendo muito menossolicitado quando de cargas externas, enquanto reduzindo orisco de corrosão. Uma vantagem adicional do método deacordo com a invenção é que o requerimento de potência éreduzido, já que a bomba está localizada no tanque, o quereduz a carga de bombeamento. Ao mesmo tempo, quaisquerproblemas de cavitação na bomba serão reduzidos como umresultado de não ter que bombear liquido fora do tanque.
0 local das torres de absorção altas e pesadas em umdeck de navio freqüentemente resultará na estrutura donavio tendo que ser reforçada. Em um sistema multi-tanquetal como em um navio, onde pode ser desejável se terdiversas unidades de absorção, poderia, de acordo com a presente invenção, ser vantajoso colocar uma unidade deabsorção em cada tanque.
A invenção adicionalmente inclui a aplicação do métodoa um navio tanque e a um caminhão tanque.O seguinte explicará a invenção em maiores detalhespor meio de um exemplo de um aspecto preferido e comreferência aos desenhos que o acompanham, em que:
A figura IA mostra um dispositivo de absorçãopara uso com o método de acordo com a invenção;
A figura IB mostra uma seção axial através dodispositivo de absorção de acordo com a figuraIA;
A figura 2 mostra o dispositivo de absorçãoposicionado em um tanque; e
A figura 3 mostra um aspecto preferidoalternativo do dispositivo de absorção nasfiguras 1 e 2.
As figuras IA e IB mostram um exemplo de umdispositivo de absorção para implementação do método. Odispositivo de absorção está somente ativo quandosubmergido no liquido do tanque. O dispositivo compreendeum tubo de revestimento 3 montado em uma chapa de fundo 4 eequipado com entradas para vapor/gás 1 e liquido 8 e saídaspara vapor/gás 14 e líquido 11. O vapor/gás introduzido nofundo do tubo de revestimento é distribuído numa câmara defundo 5 por meio de um tubo perfurado 2 ou outros meios dedistribuição. Como um resultado de sua baixa massaespecífica relativa à do líquido, o vapor/gás ascenderá dofundo da câmara e passar uma base de coluna perfurada 9,depois do que irá percolar através da câmara de absorção 6.A câmara de absorção contêm um empacotamento estruturado ououtro equipamento mecânico que forneça bom contato entre olíquido e o vapor/gás. Vapor/gás não absorvido deixará acâmara de absorção através do topo da coluna 10 consistindode uma tela. O líquido e o vapor/gás mover-se-ão paradentro da câmara de topo 7, onde eles são separados porgravidade. O vapor/gás será coletado no topo da câmara detopo antes de ser liberado através da saída 14. O liquidosai pelas saídas de líquido 11, as quais são protegidas porum tubo curto e grosso 12 fixado a um colar de flange 13, oqual por sua vez está fixado ao tubo de revestimento. Otubo 12 forçará o líquido a fluir para baixo de modo àescapar da câmara de topo, e isto reduz as chances dovapor/gás ser capaz de escapar através das saídas de líquido.
O dispositivo de absorção apresentado nesta invençãoexibe similaridades com as colunas de absorção comerciais,mas apresentam diversas diferenças essenciais.
Primeiramente, ele é apenas ativado quando submergido nolíquido de absorção. Em segundo lugar, ele tambémrepresenta um novo princípio de operação, já que o líquidode absorção não é bombeado através do dispositivo devido àdiferença de pressão hidrostática entre o lado interno e olado externo. Além disso, a absorção ocorre com gás elíquido fluindo concorrentemente, o que está em contrastecom o dispositivo de absorção contracorrente que é mais comum.
A figura 2 mostra o dispositivo de absorção da figuraIA e IB posicionados no fundo de um tanque 15. Vapor/gás dotanque de estocagem 15 é passado via um tubo para umcompressor/bomba 17. O compressor/bomba é controlado por umsensor de pressão 16. O compressor/bomba envia o vapor/gásvia um tubo ao dispositivo de absorção 18. O vapor/gás éabsorvido pelo líquido circulante através do dispositivo deabsorção. Se o líquido não é capaz de absorver todo ovapor/gás, a fração em excesso do vapor/gás percola até otopo do dispositivo de absorção e através de um tubo paraum tanque 19. No tanque, a composição do vapor/gás émedida, e o controlador 20 determina se o vapor/gás é paraser liberado para a atmosfera através da válvula 21 ou serenviado de volta ao tanque de estocagem via válvula 22.
A figura 3 mostra um aspecto preferido alternativo dométodo de acordo com a invenção. Aqui, um dispositivo deabsorção convencional 24 é mostrado submergido em um tanquede estocagem 23. Uma coluna de absorção convencionalprincipalmente consiste de um tubo preeenchido com umaestrutura mecânica que mistura o vapor/gás com liquido, demodo a criar a maior área superficial possível entre osdoise assim uma boa alta transferência de massa. A figura 3também mostra um sistema de tubos que permite ao processode absorção ser levado a termo por diversas maneiras. Ovapor/gás do tanque 23 é passado via um tubo 25 para umcompressor/bomba 26.0 vapor/gás passa para o fundo dacoluna de absorção 24 através da válvula 27 e via tudo 29.Alternativamente, o vapor/gás pode ser retornado ao tanquede estocagem 23 através da válvula 33. Óleo cru ou produtosde petróleo de outro tanque pode ser usado como um meio deabsorção e ser introduzido dentro da coluna de absorçãoatravés do tubo 34. Os orifícios 35 no fundo da coluna deabsorção 24 permitem ao líquido fluir para fora ou dentroda coluna de absorção. A válvula 36 permite ao líquidofluir para fora da coluna de absorção em um ponto mais altoquando vapor/gás é introduzido no fundo da coluna deabsorção. 0 método descrito nesta invenção permite aabsorção do vapor/gás ambos através do vapor/gás fluindoco-correntemente com o meio de absorção e através das duasfases fluindo contra-corrente. Se um método é melhor do queo outro dependerá das taxas de fluxo do vapor/gás elíquido, e se o meio de absorção é o líquido no tanque ou éfornecido de uma fonte externa.
Embora o dispositivo de absorção dos aspectospreferidos descritos acima seja descrito como uma coluna deabsorção preenchida com uma estrutura mecânica, é tambémconcebivel para o dispositivo de absorção ser contruidocomo um misturador liquido-gás consistindo de um tubo comuma estrutura mecânica interna que cause uma misturaturbulenta do gás s do liquido, que resultará em um maiorgrau de absorção. Além do mais, pode ser concebivel tambémo uso de um único dispositivo de absorção consistindoapenas de um tubo no qual vapor/gás é introduzido atravésde bocais que causem ao vapor/gás formar pequenas bolhas notubo, aonde absorção das bolhas acontecerá.
O método e a aplicação de acordo com a invenção serámuito amigável ambientalmente, já que eliminará asdescargas de VOC atuais. 0 sistema pode também ser usado emuma situação onde diversos tanques são conectados viatublações, tais como no caso de transporte de produtos depetróleo a bordo de navios tanques. Em tal caso, o sistemaserá capaz de contrubuir para uma redução de pressãodesejada em todos os tanques. 0 argumento pode também serfeito de que a invenção terá um impacto técnico valiosopara as companhias de óleo e as companhias que transportamóleo cru. Hoje, o óleo é processado na plataforma de formaa conter pequenas quantidades das frações mais leves, paraevitar exatamente esses problemas de descarte durante otransporte. Em termos econômicos todavia, é desejávelmandar o óleo cru para as refinarias contendo tanto quantopossível das frações mais leves, permitir às companhias deóleo obter o mais alto preço possível pela carga. Como tal,um navio tanque equipado com uma planta de processo quepossa manipular graus de mais leves do óleo sem descarteserá em maior demanda e será capaz de obter taxas maisaltas de frete.

Claims (2)

1. Método de absorção de vapores e gases por controlede sobre pressão em tanques de estocagem para líquidos,caracterizado pelo fato de que o método inclui as seguintesetapas:- conduzir o vapor/gás a um dispositivo de absorção(3, 18, 24) localizado em uma posição submersa nolíquido do tanque (15, 23), perto do fundo do tanque(15, 23),- absorção do gás dentro do líquido do tanque (15, 23)que envolve o dispositivo de absorção (3, 18, 24) ecircula através dele, ou é fornecido a partir de umafonte externa,retorno do vapor/gás não absorvido a partir dodispositivo de absorção (3, 18, 24) para a zona de gásno topo do tanque (15, 23) ou o conduz para fora dotanque (15, 23).
2. Método de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o meio de absorção éresfriado com um elemento refrigerante.
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