BR102017016046B1 - sistema de recuperação de vapores por condensação em superfícies frias - Google Patents

Abstract

o seguinte resumo para invenção cumpre descrever um sistema de recuperação de vapores por condensação em superfícies frias a ser instalado em unidades distribuidoras de combustíveis, que visa captar os vapores que são expelidos durante o abastecimento no caminhão tanque (1) no terminal de carregamento (2) pode ser realizado por carregamento ?top? (3), no qual o carregamento é realizado por uma tampa (4) na parte superior do tanque, ou carregamento ?bottom? (5), no qual o carregamento é realizado por uma acoplagem na parte inferior do tanque, sendo que em ambos os tipos de carregamento, o vapor presente no interior do tanque é expelido pela tampa (4) presente na parte superior do tanque, onde este vapor é conduzido através de uma linha de tubulação (6) até o equipamento para recuperação de vapores (7), que é dividido em uma unidade condensadora (8) e uma unidade evaporadora (9), onde estas duas unidades são interligadas por linhas de tubulação do fluido refrigerante (31) e fiação para conectar os sensores (26) com o quadro de comando (17), de modo que ambas as unidades possam ser instaladas em separado.

Description

(54) Título: SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES POR CONDENSAÇÃO EM SUPERFÍCIES FRIAS (73) Titular: GGF SOLUÇÕES EM ENGENHARIA LTDA - ME., Microempresa assim definida em lei. CGC/CPF: 14564040000170. Endereço: RUA MARQUÊS DO HERVAL, 840/301 - CENTRO, São Leopoldo, RS, BRASIL(BR), 93010-200, Brasileira (72) Inventor: FERNANDO KOLBERG GRAHL; GUILHERME GOULART FERREIRA; PAULO OTTO BEYER; RAFAEL LAZZARI.

Prazo de Validade: 20 (vinte) anos contados a partir de 26/07/2017, observadas as condições legais

Expedida em: 21/11/2018

Assinado digitalmente por:

Alexandre Gomes Ciancio

Diretor Substituto de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados / 9

SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES POR CONDENSAÇÃO EM SUPERFÍCIES FRIAS

CAMPO TÉCNICO [001] O seguinte relatório descritivo para invenção se refere ao desenvolvimento de sistema de recuperação de vapores por condensação em superfícies frias a ser instalado em unidades distribuidoras de combustíveis, que visa captar os vapores que são expelidos durante o reabastecimento, passando-os por uma tubulação até um equipamento que irá condensar estes vapores.

ESTADO DA ARTE [002] O etanol e os combustíveis fósseis (gasolina e diesel), por serem extremamente voláteis, evaporam com facilidade, quando estocados ou movimentados. Conforme o Plano Nacional de Qualidade do Ar (2009) do Ministério do Meio Ambiente, os hidrocarbonetos são classificados como um dos principais poluentes da indústria e termelétricas. Diversos hidrocarbonetos presentes na gasolina apresentam propriedades tóxicas e agressivas ao meio ambiente.

[003] Em unidades distribuidoras de combustíveis, os combustíveis são recebidos da refinaria e usinas, estocados e descarregados em caminhões tanques para o abastecimento dos postos de combustíveis. Em todo o trajeto, há a geração e emissão de vapores de combustíveis para a atmosfera, principalmente nos pontos de transferência do combustível.

[004] Os caminhões tanque realizam diversas viagens entre os postos de combustíveis e a distribuidora. A cada retornada para a distribuidora, o caminhão tanque está com o seu tanque saturado de vapores de combustíveis, que foram gerados quando o caminhão

Petição 870180124908, de 03/09/2018, pág. 3/20 / 9 descarregou o combustível no posto de combustível. Este vapor é expelido do interior do tanque quando o mesmo é reabastecido no seu retorno para a distribuidora.

[005] São conhecidos da arte prévia diversos sistemas empregados para recuperar os vapores de combustível gerador por ocasião do abastecimento dos veículos e por recarga em caminhões tanque. Um exemplo disto pode ser visto no documento MU 8602022-6 que descreve um sistema para recuperação de vapores durante a transferência de misturas de substâncias orgânicas em alta temperatura para receptores abertos, notadamente hidrocarbonetos como petróleo, óleo combustível e asfalto, operando como processo físico, resfriando os gases e vapores na saída do receptor para o meio ambiente produzindo a condensação mínima de noventa por cento do material orgânico contido, devolvendo-o em estado líquido para o receptor.

[006] Um sistema de recuperação de vapor para uma instalação abastecedora de combustível é descrita pelo PI 9201936-6, na qual a extremidade submersa do tubo de descarga da bomba de deslocamento positivo de velocidade variável está conectada com um tubo fechado que se estende ao longo do fundo do tanque subterrâneo e tem uma porosidade tal a gerar bolhas diminutas a partir da mistura de ar/vapor recuperada, o tubo de ventilação do tanque subterrâneo dotado de uma grande seção transversal e sendo munido de chicanas no seu interior.

[007] O documento PI 9303011-8 descreve um sistema para recuperação de vapor em instalações de reabastecimento de combustível sem o emprego de membros de vedação entre a pistola (da mangueira) de gasolina e o tubo de enchimento do veículo a ser

Petição 870180124908, de 03/09/2018, pág. 4/20 / 9 reabastecido, compreendendo dispositivos de controle que, em resposta a sinais indicativos da taxa de débito volumétrico de combustível, tornam a taxa de aspiração dos dispositivos de recuperação sempre maior que a taxa de débito volumétrico de combustível; uma concretização preferencial dos dispositivos de controle também é descrita.

[008] Um processo para a recuperação de vapores de gasolina nos postos de abastecimento de combustíveis é descrito no PI 9905312-8 é prevê operar a retirada dos vapores de gasolina no ato do carregamento do combustível e a desumidificação de tais vapores de gasolina mediante a passagem através de um cartucho contendo uma substância dessecante. Os vapores desumidificados são então condensados em forma líquida mediante a troca de calor com um fluido intermediário mantido à temperatura de resfriamento em contato com meios trocadores percorridos por um fluido refrigerante. Opera-se então a separação e a recuperação do condensado líquido e a colocação na atmosfera da mistura gasosa residual que é convenientemente tratada e depurada.

[009] Também descrevem equipamento para recuperação de vapores de combustíveis os documentos PI 9506189-4, PI 9600925-0, C1 9705996-0, PI 9705996-0, WO 9743204, US 3830074, US 5050603, US 3972201 e 5897690.

SUMÁRIO [010] Assim, devido às considerações pertinentes ao estado da arte anteriormente discutida, é um dos objetivos da presente invenção o desenvolvimento de um sistema de recuperação de vapores por condensação em superfícies frias, que emprega o sistema “Split”, no qual o sistema de recuperação de vapores é divido em duas

Petição 870180124908, de 03/09/2018, pág. 5/20 / 9 unidades, a condensadora e a evaporadora. Esta forma construtiva possibilita que as unidades sejam instaladas na distribuidora em locais afastados e propícios para a sua operação. A unidade evaporadora deve ser instalada próximo aos terminais de carregamento, enquanto a unidade condensadora deve ser instalada em local afastado dos terminais de carregamento.

[011] O sistema utiliza inversores de frequência nos compressores. Esta ferramenta possibilita que o sistema de recuperação de vapores tenha a capacidade de operar em vazão variável de vapores. Desta forma, o sistema de recuperação de vapores possui a inteligência de monitorar as condições de carregamento e, a partir destes dados, comandar os parâmetros de operação dos compressores, de forma a ter um consumo de energia equivalente à geração de vapores instantaneamente.

[012] Uso da temperatura de bulbo seco e temperatura de bulbo úmido dos vapores para o conhecimento da concentração dos hidrocarbonetos dos vapores. Ao realizar a medição destes parâmetros dos vapores, é possível alimentar equações psicrométricas adaptadas para obter-se a concentração dos hidrocarbonetos e consequentemente a eficiência do sistema de recuperação de vapores.

[013] Uso de purgadores do tipo boia para a extração do liquido condensado nos trocadores de calor. Os vapores, ao percorrerem o interior dos trocadores de calor, tem a característica de percorrer o caminho com menor perda de carga. Para evitar que as saídas dos líquidos recuperados sejam utilizadas pelos vapores que ainda não foram condensados e que devem permanecer no interior dos trocadores de calor, utiliza-se os purgadores do tipo boia. Estes

Petição 870180124908, de 03/09/2018, pág. 6/20 / 9 purgadores tem a característica de ter um orifício com uma sede que é aberta por uma alavanca controlada por uma boia. Quando há a presença de líquido, a boia flutua permitindo a passagem do liquido pela sede. Quando não há a presença de liquido, a sede é fechada pelo peso da boia evitando passagem de vapores. Garante-se assim que ocorra apenas a passagem de liquido para o tanque de acumulação do liquido recuperado.

[014] Utilização de recuperador de calor para resfriar os vapores na entrada do equipamento. O vapor que não é condensado após passar pelo equipamento está a uma temperatura baixa. Antes de descartar este vapor gelado na atmosfera, troca-se o calor com o vapor que está entrando no equipamento aquecido, resfriando-o e aumentando a eficiência do sistema.

[015] Monitoramento remoto do sistema supervisório, possibilitando assim que o sistema tenha o acompanhamento integral dos seus parâmetros. Este acompanhamento remoto permite que várias unidades do sistema de recuperação de vapores sejam monitoradas de uma mesma localidade, verificando assim o desempenho em tempo real, prevendo possíveis problemas e realizando as manutenções preventivas conforme a monitoração.

[016] Utilização de um sistema de transferência do liquido recuperado com medição e registro do volume transferido. Este sistema é formado por uma bomba, um bloco medidor, um filtro, um emissor de pulso e um sensor de nível. É controlado pelo supervisório, no qual é ativado quando o nível do tanque atingir um máximo préestabelecido. O mesmo é desativado quando o nível atingir um mínimo pré-estabelecido. O volume transferido é registrado no supervisório. DESCRIÇÃO

Petição 870180124908, de 03/09/2018, pág. 7/20 / 9 [017] A caracterização da presente invenção é feita por meio de desenhos representativos do sistema de recuperação de vapores por condensação em superfícies frias, de tal modo que sistema possa ser integralmente reproduzido por técnica adequada, permitindo plena caracterização da funcionalidade do objeto pleiteado.

[018] A partir das figuras elaboradas que expressam a melhor forma ou forma preferencial de se realizar o produto ora idealizado, se fundamenta a parte descritiva do relatório, através de uma numeração detalhada e consecutiva, onde a mesma esclarece aspectos que possam ficar subentendidos pela representação adotada, de modo a determinar claramente a proteção ora pretendida.

[019] Estas figuras são meramente ilustrativas, podendo apresentar variações, desde que não fujam do inicialmente pleiteado.

[020] Neste caso se tem que:

[021] - a figura 1 demonstra o abastecimento do caminhão tanque em uma distribuidora, local em que também ocorre a captação dos vapores para o equipamento de recuperação de vapores e;

[022] - a figura 2 demonstra em detalhes o equipamento para recuperação dos vapores.

[023] Em referências a tais figuras, o abastecimento no caminhão tanque (1) no terminal de carregamento (2) pode ser realizado por carregamento “top” (3), no qual o carregamento é realizado por uma tampa (4) na parte superior do tanque, ou carregamento “bottom” (5), no qual o carregamento é realizado por uma acoplagem na parte inferior do tanque. Em ambos os tipos de carregamento, o vapor presente no interior do tanque é expelido pela

Petição 870180124908, de 03/09/2018, pág. 8/20 / 9 tampa (4) presente na parte superior do tanque. Este vapor é conduzido através de uma linha de tubulação (6) até o equipamento para recuperação de vapores (7).

[024] O equipamento de recuperação de vapores (7) é composto por duas unidades:

[025] - Unidade condensadora (8) que é composta por compressores (10), condensadores de ar (11), separadores de óleo (12), acumuladores de sucção (13), tanques de líquido (14), tubulações de interligação do fluido refrigerante (15), sensores de temperatura e pressão (16), quadro de força e comando (17) e estrutura com fechamentos (18).

[026] - Unidade evaporadora (9) é composta por recuperador de calor (19), trocadores de calor do regime de alta temperatura (20), trocadores de calor do regime de baixa temperatura (21), dispositivo corta-chama (22), purgadores do tipo boia para a extração do liquido condensado (23), tanque de acumulação do líquido recuperado (24), sistema de transferência do liquido recuperado com medição e registro do volume transferido (25), sensores de temperatura, pressão e nível intrinsecamente seguros (26), tubulação de interligação dos vapores (27), tubulações de interligação do fluido refrigerante (28), válvulas de expansão (29) e estrutura com fechamentos (30).

[027] Ambas as unidades são interligadas por linhas de tubulação do fluido refrigerante (31) e fiação para conectar os sensores (26) com o quadro de comando (17). Com esta configuração, podem-se instalar as unidades em local afastado, configurando o princípio de instalação “Split”, usualmente utilizado em instalações de condicionadores de ar.

[028] No equipamento estão presentes dois regimes de

Petição 870180124908, de 03/09/2018, pág. 9/20 / 9 operação que serão operados simultaneamente, o regime de alta temperatura e o regime de baixa temperatura. Em cada regime o ciclo de refrigeração é composto por compressor (10), condensador de ar (11), separadores de óleo (12), acumuladores de sucção (13), tanques de líquido (14), válvulas de expansão (29) e trocadores de calor (20) e (21) . A rotação dos compressores é modulada por inversores de frequência (33). A modulação é controlada pelo programa supervisório do equipamento. Com esta modulação, o consumo de energia acompanha a variação da vazão de vapores dos combustíveis gerados ao longo do dia.

[029] O vapor de combustível ao entrar na unidade evaporadora (9) passa primeiramente pelo dispositivo corta-chama (22) . Após sair do dispositivo corta-chama, o vapor entra no recuperador de calor (19). Neste recuperador de calor, a temperatura do vapor é reduzida, porém sem ocorrer a condensação dos vapores. O vapor então é encaminhado para os trocadores de calor do regime de alta temperatura (20) para o primeiro estágio de condensação. Estes trocadores de calor estão operando em paralelo sob o regime de alta temperatura no ciclo de refrigeração. Neste estágio ocorre a condensação de uma parte dos vapores.

[030] Após sair dos trocadores de calor do regime de alta de temperatura, o fluxo de vapor é direcionando diretamente para os trocadores de calor do regime de baixa temperatura (21). Estes trocadores de calor estão operando em paralelo sob o regime de baixa temperatura no ciclo de refrigeração. Neste estágio, ocorre novamente a condensação dos vapores. Por fim, o vapor residual é descartado na atmosfera, porém com baixa concentração de hidrocarbonetos.

[031] Em ambos os estágios, o vapor condensado é extraído

Petição 870180124908, de 03/09/2018, pág. 10/20 / 9 dos trocadores com a utilização de purgadores do tipo boia (23), garantindo assim que ocorra apenas a passagem de liquido para o tanque de acumulação do líquido recuperado (24), evitando a passagem de vapor para o tanque de acumulação. Este tanque de acumulação (24) possui um sensor de nível (26) que monitora o volume do tanque. Ao atingir o nível máximo pré-estabelecido, o sistema de transferência do liquido recuperado (25) é acionado. O liquido recuperado é então transferido para o tanque de destino final estabelecido pelo cliente, ocorrendo também a medição e registro do volume transferido.

[032] Ao longo de todo o trajeto dos vapores, os seus parâmetros são monitorados com a utilização dos sensores (26) para medição da pressão, temperatura de bulbo seco e temperatura de bulbo úmido em diversos trechos da tubulação de interligação dos vapores (27). Os dados coletados são registrados no supervisório do quadro de comando (17), onde se obtém a massa de hidrocarbonetos presentes nos vapores em cada trecho monitorado. Neste supervisório, além dos parâmetros dos vapores, são monitorados e registrados os parâmetros dos sistemas de refrigeração de alta e baixa temperatura. Todos os controles do equipamento, como: ligar, desligar, acionar o sistema de transferência do liquido recuperado e a modulação dos compressores, são realizados pelo sistema supervisório. Este sistema supervisório é acessado remotamente de outra localidade (32), através de conexão via internet.

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Claims (14)

1. REIVINDICAÇÕES:

   1- SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES POR CONDENSAÇÃO EM SUPERFÍCIES FRIAS, onde o abastecimento no caminhão tanque (1) no terminal de carregamento (2) pode ser realizado por carregamento “top” (3), no qual o carregamento é realizado por uma tampa (4) na parte superior do tanque, ou carregamento “bottom” (5), no qual o carregamento é realizado por uma acoplagem na parte inferior do tanque, sendo que em ambos os tipos de carregamento, o vapor presente no interior do tanque é expelido pela tampa (4) presente na parte superior do tanque, onde este vapor é conduzido através de uma linha de tubulação (6) até o equipamento para recuperação de vapores (7), que é caracterizado por ser dividido em uma unidade condensadora (8) e uma unidade evaporadora (9), onde estas duas unidades são interligadas por linhas de tubulação do fluido refrigerante (31) e fiação para conectar os sensores (26) com o quadro de comando (17), de modo que ambas as unidades possam ser instaladas em separado.
2. 2- SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES, de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado pela unidade condensadora (8) ser composta por compressores (10), condensadores de ar (11), separadores de óleo (12), acumuladores de sucção (13), tanques de líquido (14), tubulações de interligação do fluido refrigerante (15), sensores de temperatura e pressão (16), quadro de força e comando (17) e estrutura com fechamentos (18).
3. 3- SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES, de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado pela unidade evaporadora (9) ser composta por recuperador de calor (19), trocadores de calor do regime de alta temperatura (20), trocadores de calor do regime de baixa temperatura (21), dispositivo corta-chama (22), purgadores do tipo boia (23), tanque de

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   2 / 3 acumulação do líquido recuperado (24), sistema de transferência do liquido recuperado (25), sensores de temperatura, pressão e nível (26), tubulação de interligação dos vapores (27), tubulações de interligação do fluido refrigerante (28), válvulas de expansão (29) e estrutura com fechamentos (30).
4. 4- SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES, de acordo com as reivindicações 1 e 2 e caracterizado pela operação simultânea do regime de alta temperatura e do regime de baixa temperatura, onde cada regime o ciclo de refrigeração é composto por compressor (10), condensador de ar (11), separadores de óleo (12), acumuladores de sucção (13), tanques de líquido (14), válvulas de expansão (29) e trocadores de calor (20) e (21).
5. 5- SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES, de acordo com a reivindicação 2 e caracterizado pela rotação dos compressores ser modulada por inversores de frequência (33).
6. 6- SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES, de acordo com a reivindicação 3 e caracterizado pelo vapor de combustível entrar na unidade evaporadora (9) passar pelo dispositivo corta-chama (22), sair do dispositivo corta-chama e entrar no recuperador de calor (19), sendo encaminhado para os trocadores de calor do regime de alta temperatura (20) para o primeiro estágio de condensação.
7. 7- SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES, de acordo com a reivindicação 6 e caracterizado pelos trocadores de calor (20) estarem operando em paralelo sob o regime de alta temperatura no ciclo de refrigeração.
8. 8- SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES, de acordo com a reivindicação 7 e caracterizado pelo fluxo de vapor ser direcionando diretamente para os trocadores de calor do regime de baixa

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   3 / 3 temperatura (21), segundo estágio, após sair dos trocadores de calor do regime de alta de temperatura (20)
9. 9- SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES, de acordo com a reivindicação 8 e caracterizado pelos trocadores de calor (21) estão operando em paralelo sob o regime de baixa temperatura no ciclo de refrigeração.
10. 10- SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES, de acordo com as reivindicações 6 e 8, e caracterizado pelo vapor condensado, em ambos os estágios, ser extraído dos trocadores com a utilização de purgadores do tipo boia (23), com a passagem de liquido para o tanque de acumulação do líquido recuperado (24).
11. 11- SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES, de acordo com a reivindicação 10 e caracterizado pelo tanque de acumulação (24) possuir um sensor de nível (26) que controla o sistema de transferência do liquido recuperado (25).
12. 12- SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores e caracterizado pelos vapores ao longo do trajeto terem seus parâmetros monitorados com a utilização dos sensores (26) para medição da pressão, temperatura de bulbo seco e temperatura de bulbo úmido em diversos trechos da tubulação de interligação dos vapores (27).
13. 13- SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES, de acordo com a reivindicação 12 e caracterizado pelos dados coletados serem registrados no supervisório do quadro de comando (17).
14. 14- SISTEMA DE RECUPERAÇÃO DE VAPORES, de acordo com a reivindicação 13 e caracterizado pelo sistema supervisório poder ser acessado remotamente de outra localidade (32), através de conexão via internet .

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