BR102020017321A2

BR102020017321A2 - Processo e aparatos aplicados a sistemas de terceiro estágio de ciclones em unidades de fcc

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Publication number: BR102020017321A2
Application number: BR102020017321-9A
Authority: BR
Inventors: Emanuel Freire Sandes; Claudio De Oliveira Mendonca; Claudio Fonseca Machado Dos Santos; Leonardo Rodrigues Codeco; Daniel De Carvalho Schmidt; Nelson Patricio Junior; William Victor Carlos Candido; Jorivaldo Medeiros; Paulo Sergio Freire; Raphael COELHO SCHIAVO; Herbert Campos Goncalves Teixeira; Gustavo De Oliveira Wardil; Wilson KENZO HUZIWARA; Fabio Sabino Da Silva; Fabio Marini
Original assignee: Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2022-03-08
Also published as: PE20230964A1; MX2023002270A; AR123311A1; CO2023003260A2; UY39392A; ECSP23020675A; CL2023000538A1; WO2022040767A1

Abstract

processo e aparatos aplicados a sistemas de terceiro estágio de ciclones em unidades de fcc. a presente invenção é aplicável, em especial, a sistemas de terceiro estágio de ciclones, equipamentos normalmente usados em conjunto com ciclones de quarto estágio para reduzir a concentração de partículas de catalisador nos gases de combustão de unidades de craqueamento catalítico fluido (fcc). a invenção trata de um processo onde a corrente de sangria do vaso de terceiro estágio de ciclones é retirada continuamente pelo topo do vaso de terceiro estágio, utilizando o extenso comprimento deste vaso para introduzir uma etapa de separação natural, onde as partículas presentes nesta corrente se desprendem do gás que ascende o vaso a baixa velocidade, retornando para o fundo do vaso. o material coletado pelos ciclones de terceiro estágio passa a ser acumulado no cone do vaso, sendo descartado deste em períodos regulares. tal processo propõe-se a elevar a eficiência global de separação do sistema, sendo uma alternativa de menor custo quando comparada ao uso de filtros de bloqueio total.

Description

PROCESSO E APARATOS APLICADOS A SISTEMAS DE TERCEIRO ESTÁGIO DE CICLONES EM UNIDADES DE FCC

Campo da Invenção

[001] A presente invenção trata de um processo e de aparatos aplicados particularmente a sistemas de terceiro estágio de ciclones utilizados em unidades de Craquemento Catalítico Fluido (FCC) e que têm como objetivo reduzir a concentração de partículas de catalisador nos gases de combustão, em atendimento à legislação ambiental. O processo e as configurações desenvolvidas nesta invenção propõem-se a elevar a eficiência global de separação destes sistemas, sendo uma alternativa de menor custo quando comparada às alternativas tradicionais.

Descrição do Estado da Técnica

[002] Unidades de Craqueamento Catalítico Fluido (FCC) estão presentes na maior parte das refinarias de petróleo ao redor do mundo. Essas unidades têm como objetivo principal produzir, a partir do craqueamento de cargas residuais, como gasóleo e resíduo atmosférico, produtos de maior valor agregado, como gasolina e GLP. O processo de craqueamento catalítico fluido faz uso de um catalisador na forma de um pó finamente dividido que, quando em contato com a carga e na temperatura adequada, é capaz de reduzir ou quebrar as cadeias de carbono mais longas em cadeias mais curtas, como as presentes na faixa da gasolina.

[003] O catalisador de FCC é composto por um conjunto de partículas de tamanhos diminutos, normalmente de 1 a 160 μm, com tamanho médio de 70 a 80 μm, que circulam da seção de regeneração do catalisador para seção de reação na unidade de FCC, e da seção de reação de volta para seção de regeneração em quantidades colossais que variam normalmente, dependendo do porte da unidade, de 10 a 40 toneladas por minuto.

[004] A separação do catalisador presente tanto nos produtos da seção de reação como nos gases de combustão da seção de regeneração é feita pela ação de ciclones, equipamentos de alta eficiência de coleta (> 99,99%) que garantem a retenção do catalisador no conversor na unidade de FCC. Sem esses equipamentos, a perda de catalisador em unidades de FCC seria tão elevada que o processo se tornaria inviável.

[005] A seção de regeneração do catalisador é dotada tipicamente de um conjunto de ciclones dispostos em pares de dois estágios de separação em série. Partículas abaixo de 20 μm normalmente não são coletadas por esses ciclones, e acabam deixando o regenerador junto com os gases de combustão. A despeito da elevada eficiência dos ciclones do regenerador, a concentração típica de sólidos provenientes do catalisador nesta corrente geralmente é de 200 a 300 mg/Nm3.

[006] Em muitos países a legislação ambiental restringe a emissão de material particulado para o meio ambiente a valores abaixo de 75 mg/Nm3. Para atingir esta especificação, faz-se necessário acrescentar à seção de regeneração das unidades de FCC um estágio de abatimento complementar de material particulado. Normalmente são empregados para esse objetivo equipamentos como precipitadores eletrostáticos, lavadores de gases, filtros de bloqueio total, ou sistemas de terceiro estágio de ciclones.

[007] Outros equipamentos normalmente presentes em unidades de FCC são os turboexpansores, turbinas capazes de transformar a energia de pressão presente nos gases de combustão em energia elétrica. Unidades de FCC com turboexpansores exigem o uso de sistemas de ciclones de terceiro estágio à montante desses equipamentos, de modo a remover as partículas de catalisador com dimensões acima de 10 μm, que poderiam causar erosão e danos às palhetas das turbinas.

[008] Licenciadores de sistemas de terceiro estágio têm como objetivo fornecer projetos capazes de, além de proteger os turboexpansores, enquadrar a concentração de sólidos nos gases de combustão dentro dos limites estabelecidos pela legislação ambiental.

[009] Embora os sistemas comercialmente utilizados possam diferir entre si de acordo com número e geometria dos ciclones empregados (diâmetro convencional ou de tamanho reduzido), o tipo de entrada dos gases (tangencial ou axial), ou a direção das correntes de gás e sólidos (bidirecional ou unidirecional), é comum a todos eles a dificuldade de lidar com a perda de eficiência resultante de um fenômeno denominado de comunicação cruzada (cross talking).

[0010] Como os ciclones dos sistemas de terceiro estágio operam em pressão positiva e a perda de carga neles, embora próxima, não é a mesma, devido à distribuição não uniforme da carga de sólidos e/ou pequenas diferenças geométricas, o uso de um sistema composto por vários ciclones em paralelo confinados em um vaso comum resulta no fluxo indesejado de gases de um ciclone para outro, uma resposta natural do sistema para equalizar as perdas de carga entre os diversos ciclones.

[0011] A comunicação indesejada entre os ciclones causa rearraste de parte do material previamente separado e acaba por reduzir a eficiência de coleta do sistema. Mesmo que o sistema fosse composto por um único ciclone, o descarte de sólidos para o vaso sempre é acompanhado de um fluxo de gás, que é aspirado pelos sólidos. Sem lugar para ir, a corrente de gás que deixa o ciclone em direção ao vaso junto com os sólidos não tem outra opção senão retornar para o ciclone, causando rearraste e perda de eficiência de coleta de sólidos. Em um vaso munido de diversos ciclones, a interação entre eles pode ser caracterizada como caótica, resultando em perda substancial de eficiência de separação.

[0012] A solução normalmente empregada para lidar com o problema de cross talking passa por forçar, através do uso de um orifício crítico, a retirada de uma pequena fração dos gases, normalmente 2% a 5%, denominada de sangria (underflow), junto com os sólidos separados, eliminando assim o fluxo reverso de gases do vaso em direção aos ciclones.

[0013] Embora a retirada dos gases elimine o cross talking no vaso de terceiro estágio, ela introduz a necessidade de se prever um estágio de separação adicional para remover os sólidos da corrente de underflow. Para esse fim, normalmente é utilizado mais um ciclone, denominado de ciclone de quarto estágio, ou um filtro de bloqueio total.

[0014] O ciclone de quarto estágio é um ciclone convencional, cuja eficiência típica é de 90 a 95%. Embora seu uso aumente a eficiência global de separação do sistema quando comparado com um sistema com ocorrência de cross talking, observa-se que 5 a 10% do material que tenha sido previamente coletado no vaso de terceiro estágio acaba sendo perdido para o meio ambiente, uma vez que o ciclone de quarto estágio não tem eficiência de 100%.

[0015] A contribuição do ciclone de quarto estágio na emissão total de material particulado na chaminé da unidade de FCC pode atingir 25%, ou até mesmo em alguns casos, 50%, ficando claro que ganhos isolados no aumento da eficiência dos ciclones de terceiro estágio podem ser facilmente destruídos no ciclone de quarto estágio.

[0016] A solução empregada para evitar esta perda passa por substituir o ciclone de quarto estágio por um filtro de bloqueio total, cuja elevada eficiência (>99,9%) reduz de forma significativa a contribuição da corrente de underflow na emissão global de material particulado na chaminé da unidade de do FCC. Embora seja uma solução eficaz, o custo de sua implantação é extremamente elevado, algo da ordem de cinco milhões de dólares para uma unidade de porte médio.

[0017] Trabalhos encontrados no Estado da Técnica têm se dedicado a realizar modificações na geometria dos ciclones do vaso de terceiro estágio, visando eliminar o fenômeno de cross talking e, assim, reduzir o rearraste, como é o caso, por exemplo, das inovações descritas em US5681450 e US2018/0043292A1. De um modo geral, o objetivo principal é aumentar a eficiência de coleta do Sistema de Terceiro Estágio, de modo a torná-lo capaz de, além de proteger os turboexpansores, atender aos requisitos ambientais, dispensando a necessidade de uso de equipamentos para um abatimento complementar, como precipitadores eletrostáticos ou lavadores de gases.

[0018] Esforços isolados no aumento da eficiência de coleta dos ciclones de terceiro estágio, porém, só serão completamente eficazes, do ponto de vista da emissão de material particulado, se forem instalados filtros de bloqueio total na corrente de sangria (underflow) que transporta os sólidos separados no vaso de terceiro estágio, pois caso contrário será infrutífero aumentar a eficiência de coleta dos ciclones de terceiro estágio se o material adicional coletado for perdido no ciclone de quarto estágio.

[0019] O documento US6797026 revela um separador de ciclone para a remoção de finas partículas sólidas do fluxo de gás. O separador é especialmente aplicado em equipamentos de separação de terceiro estágio, frequentemente usados para a purificação de efluentes gasosos de um regenerador catalítico de uma unidade de craqueamento catalítico de fluido (FCC). Uma pequena vazão de gás (underflow) deixa o recipiente junto com os sólidos removidos no fundo do separador. O documento não discute como reduzir a concentração de sólidos na corrente de underflow antes de liberá-la para o meio-ambiente.

[0020] O documento US7547427 revela um recipiente de separação de partículas sólidas de fluxos de gases contaminados, no qual o recipiente separador de múltiplos estágios (MSS) inclui pelo menos dois sistemas de separação munidos de ciclones, sendo organizados em operação em série. Cada estágio inclui um tubo laminado nas partes superior e inferior, no qual uma pluralidade de ciclones é instalada. Partículas sólidas no fluxo de gás são separadas da corrente e dispensadas entre os tubos laminados, assim que a corrente de gás se desloca entre cada estágio. O recipiente possui uma entrada para receber as correntes de gás contendo as partículas, e o fluxo se desloca tipicamente à jusante, passado pelo primeiro estágio e depois se deslocando, pelo menos, no segundo estágio. Uma pequena vazão de gás (underflow) deixa o recipiente junto com os sólidos removidos em cada estágio de separação. O documento não discute como reduzir a concentração de sólidos nas correntes de underflow antes de liberá-las para o meio-ambiente. Sem equacionar este problema, o aumento de eficiência de separação obtido através da adição de mais um estágio é inócuo do ponto de vista da emissão final de material particulado para o meio-ambiente.

[0021] O documento US5464528 revela um separador inercial de filtragem em um único recipiente, onde gases e sólidos são adicionados tangencialmente a um espaço anular, formado por uma inserção cilíndrica em um recipiente. O gás flui sobre a inserção e é carreado até os filtros no recipiente. Os sólidos são retirados na base anular. São feitos três tipos de coleta: inercial, sedimentação por gravidade e filtração, os quais são praticados em um único recipiente. O documento propõe uma solução alternativa ao uso dos sistemas tradicionais de terceiro estágio de ciclones. Apesar de não incorrer em problemas de cross talking, faz o uso de filtros metálicos para filtragem da corrente total de gases de combustão, uma solução cujo custo é extremamente elevado, chegando a ser o dobro do investimento requerido em sistemas de terceiro estágio de ciclones.

[0022] A presente invenção propõe um processo capaz de minimizar as perdas de catalisador através do sistema de terceiro estágio de ciclones sem o uso de filtros de bloqueio total.

[0023] Embora outros trabalhos já tenham tentado esse objetivo, como é o caso de US7597748B2, a presente invenção utiliza uma abordagem completamente diferente, mais simples e livre das etapas que podem ser observadas no processo proposto por US 7597748B2, o qual prevê a adição de uma seção de lavagem com água após o ciclone de quarto estágio.

[0024] Embora possa ser empregada, com alguma adequação, a qualquer tipo de sistema de terceiro estágio de ciclones, como por exemplo aqueles descritos nas invenções US5514271 e US2006/0070362, que fazem uso de um grande número de ciclones de pequeno diâmetro, a concepção da presente invenção é preferencialmente direcionada para os sistemas de terceiro estágio dotados de ciclones convencionais.

[0025] Assim, nenhum documento do Estado da Técnica revela um processo para aumentar a eficiência global de separação do sistema de terceiro estágio de ciclones tal como este da presente invenção.

[0026] O processo desta invenção busca reduzir a emissão de material particulado em unidades de FCC munidas de sistemas de terceiro estágio de ciclones, os quais são normalmente compostos por um vaso contendo vários ciclones em paralelo, que reduzem a concentração de sólidos nos gases de combustão a valores compatíveis com os exigidos por lei.

[0027] Esta invenção tem como finalidade fornecer uma solução para lidar com o fenômeno de cross talking observado em sistemas de terceiro estágio de ciclones, A solução tem custo similar ao empregado com um ciclone de quarto estágio, mas uma eficiência superior viabilizando, para muitos dos casos da indústria, a dispensa do alto investimento requerido pelos filtros de bloqueio total e o enquadramento da emissão de material particulado nos níveis exigidos pela legislação ambiental.

Descrição Resumida da Invenção

[0028] A presente invenção é aplicável, em especial, a sistemas de terceiro estágio de ciclones, equipamentos normalmente usados em conjunto com ciclones de quarto estágio para reduzir a concentração de partículas de catalisador nos gases de combustão de unidades de Craqueamento Catalítico Fluido (FCC).

[0029] O sistema desenvolvido nesta invenção permite elevar a eficiência global de separação de sólidos, sendo uma alternativa de menor custo quando comparada, por exemplo, ao uso de filtros de bloqueio total.

Breve Descrição dos Desenhos

[0030] A presente invenção será descrita com mais detalhes a seguir, com referência às figuras em anexo que, de uma forma esquemática e não limitativa do escopo inventivo, representam exemplos de sua realização. Nos desenhos, têm-se:
- A Figura 1 ilustrando um exemplo de uma configuração de um sistema de terceiro estágio de ciclones comumente adotada em unidades de FCC, onde são representados: vaso de terceiro estágio (1), ciclone de terceiro estágio (2), ciclone de quarto estágio (3), orifício crítico (4), e silo de finos (5);
- A Figura 2 ilustrando um balanço de massa simplificado de um sistema de terceiro estágio de ciclones, munido de um ciclone de quarto estágio, apresentando 84% de eficiência global de coleta de sólidos, onde estão representados:

- Um regenerador (6), cuja corrente gasosa de saída “a”, contendo 25 kg/h de sólidos, é enviada para um vaso de terceiro estágio (1), dotado no seu interior de um conjunto de ciclones de terceiro estágio (2);
- Um conjunto de ciclones de terceiro estágio (2), com 88% de eficiência de coleta, que remove 22 kg/h de sólidos da corrente “a”;
- Uma corrente gasosa “b”, que deixa o vaso de terceiro estágio (1), contendo 3 kg/h de sólidos, que após passar pelos demais equipamentos da seção de regeneração é enviada para chaminé da unidade de FCC (7);
- Um ciclone de quarto estágio (3), com 95% de eficiência de coleta, que recebe a corrente gasosa “c” (underflow) proveniente do fundo vaso de terceiro estágio (1) contendo 22 kg/h de sólidos;
- Uma corrente de sólidos “d” de 21 kg/h, coletada pelo ciclone de quarto estágio (3), e enviada para o silo de finos (5) para descarte posterior para caminhão.
- Uma corrente gasosa “e”, contendo 1 kg/h de sólidos, que após deixar o ciclone de quarto estágio (3), passa pelo orifício crítico (4) e se mistura com a corrente “b” proveniente do vaso de terceiro estágio (1), antes de ser liberada na chaminé da unidade de FCC (7);
- Uma corrente gasosa “f”, proveniente da combinação das correntes “b” e “e”, contendo 4 kg/h de sólidos, que é liberada para o meio ambiente no topo da chaminé da unidade de FCC (7)
- Uma corrente de sólidos “d” de 21 kg/h, coletada pelo ciclone de quarto estágio (3), e enviada para o silo de finos (5) para descarte posterior para caminhão.

- A Figura 3 ilustrando uma comparação entre uma configuração usada no Estado da Técnica (A), na qual a corrente de sangria “c” é retirada no fundo do vaso de terceiro estágio (1) e a configuração da invenção proposta (B), na qual a corrente de sangria “c” é retirada pelo topo do vaso de terceiro estágio (1). A configuração (B) é dotada ainda de um bocal (8) para descarte de sólidos separados pelo ciclone de terceiro estágio (2). As correntes "a” (saída do regenerador) e "b” (saída do vaso de terceiro estágio) correspondem à concentração de sólidos de 350 e 42 mg/Nm3, respectivamente. A corrente de sangria “c” tem a concentração de 15.000 mg/Nm3 na configuração (A) e 1.500 mg/Nm3 na configuração (B). A curva solida corresponde à corrente de sólidos separados e a curva pontilhada corresponde à corrente de gás.
- A Figura 4 ilustrando a corrente de sangria ”c” da configuração da invenção proposta sendo enviada para um ciclone de quarto estágio (3) externo acoplado a um silo de finos (5), cuja corrente de saída “e”, após passar pelo orifício crítico (4) instalado na linha de saída (18) do ciclone de quarto estágio (3), se mistura à corrente “b” antes de ser liberada na chaminé da unidade de FCC (7). O vaso de terceiro estágio (1) é dotado de um bocal (9) por onde adentra a corrente gasosa “a” proveniente do regenerador, um bocal de saída dos gases (10), cuja corrente “b” normalmente é destinada a um turboexpansor ou enviada para uma caldeira, antes de ser liberada na chaminé da unidade de FCC (7), e um bocal (8) para descarte de sólidos separados pelo ciclone de terceiro estágio (2). A curva solida corresponde à corrente de sólidos separados e a curva pontilhada corresponde à corrente de gás.
- A Figura 5 ilustrando a corrente de sangria ”c” da configuração da invenção proposta sendo enviada para um ciclone de quarto estágio (3) dotado de um ejetor (11), situado no interior do vaso de terceiro estágio (1), cuja corrente de saída "e”, após passar pelo orifício crítico (4) instalado na linha de saída (18) do ciclone de quarto estágio (3), se mistura à corrente “b” antes de ser liberada na chaminé da unidade de FCC (7). Estão também representados: bocal (8) para descarte de sólidos separados pelo ciclone de terceiro estágio (2) e pelo ciclone de quarto estágio (3), o bocal (9) por onde adentra a corrente gasosa “a” proveniente do regenerador, e o bocal de saída dos gases (10), cuja corrente “b” normalmente é destinada a um turboexpansor ou enviado para uma caldeira, antes de ser liberada na chaminé da unidade de FCC (7). É também ilustrada a corrente “g”, que representa o fluido motriz do ejetor (11). A curva solida corresponde à corrente de sólidos separados e a curva pontilhada corresponde à corrente de gás.
- A Figura 6 ilustrando a corrente de sangria ”c” da configuração da invenção proposta sendo enviada para um ciclone de quarto estágio (3) dotado de um ejetor (11), situado externamente ao vaso de terceiro estágio (1), cuja corrente de saída “e”, após passar pelo orifício crítico (4) instalado na linha de saída (18) do ciclone de quarto estágio (3), se mistura à corrente “b” antes de ser liberada na chaminé da unidade de FCC (7). Estão também representados: o tubo de retorno dos sólidos (12) para o vaso de terceiro estágio (1), o bocal (8) para descarte de sólidos separados pelo ciclone de terceiro estágio (2) e pelo ciclone de quarto estágio (3), o bocal (9) por onde adentra a corrente gasosa “a” proveniente do regenerador, e o bocal de saída dos gases (10), cuja corrente "b” normalmente é destinada a um turboexpansor ou enviado para uma caldeira, antes de ser liberada na chaminé da unidade de FCC (7). É também ilustrada a corrente “g”, que representa o fluido motriz do ejetor (11). A curva solida corresponde à corrente de sólidos separados e a curva pontilhada corresponde à corrente de gás.
- A Figura 7 ilustrando um sistema de descarte de sólidos acumulados no vaso de terceiro estágio (1), onde os sólidos são drenados através de um pequeno diferencial de pressão entre o vaso de terceiro estágio (1) e o silo de finos (5). O vaso de terceiro estágio (1) é dotado de um bocal de descarte de sólidos (8), uma linha de descarte de sólidos (14) conectada a uma linha de transporte (16) na qual é feita a injeção de uma pequena vazão de ar de arraste (15) capaz de transportar os sólidos até o silo de finos (5). Estão também representados um filtro de bloqueio total (13) e uma linha de alívio (17) para a chaminé da unidade de FCC (7). A curva solida corresponde à corrente de sólidos separados no vaso de terceiro estágio (1). Descrição Detalhada da Invenção

[0031] A Figura 1 apresenta um exemplo de uma configuração de um sistema de terceiro estágio de ciclones comumente adotada em unidades de FCC ao redor do mundo. O ciclone, ou conjunto de ciclones de terceiro estágio (2) é situado no interior do vaso de terceiro estágio (1). A saída do tubo de descarte de sólidos no fundo do vaso de terceiro estágio (1) é conectada a um ciclone de quarto estágio (3) dotado de um orifício crítico (4), de modo a promover a retirada de uma pequena fração dos gases (sangria ou underflow), juntamente com os sólidos separados pelos ciclones de terceiro estágio, eliminando assim o fluxo reverso de gases do vaso em direção aos ciclones (cross talking). Um estágio de separação adicional é promovido pelo ciclone ou conjunto de ciclones de quarto estágio (3), de modo a remover os sólidos presentes na corrente de sangria proveniente do vaso de terceiro estágio, sendo estes então encaminhados a um silo de finos (5). A corrente de gás de sangria nesta configuração tem assim dupla finalidade: eliminar o fluxo reverso de gases nos ciclones de terceiro estágio e transportar os sólidos separados do vaso de terceiro estágio para o ciclone de quarto estágio. O vaso que fica compreendido entre o ciclone de quarto estágio (3) e o silo de finos (5) é um silo intermediário, usado para acumular material quando o silo de finos (5) está descarregando para caminhão. É um componente convencional desses sistemas e, ao contrário do caso do ciclone de quarto estágio (3) e do silo de finos (5), não guarda relação com a invenção.

[0032] A Figura 2 apresenta um balanço de massa em uma configuração característica com um sistema de ciclone de terceiro estágio acoplado a um sistema de ciclone de quarto estágio. Particularmente, o balanço ilustra um caso de uma unidade comercial em que a contribuição do ciclone de quarto estágio na emissão total de material particulado na chaminé da unidade de FCC é de 25%, indicando que ganhos isolados no aumento da eficiência dos ciclones de terceiro estágio podem ser facilmente perdidos no ciclone de quarto estágio.

[0033] A Figura 3 mostra uma comparação entre a configuração usada no Estado da Técnica (A) e a proposta nesta invenção (B). As linhas pontilhadas representam a corrente de gás que é retirada do vaso através de um orifício crítico (4) (sangria), enquanto as linhas sólidas representam os sólidos separados pelos ciclones de terceiro estágio.

[0034] A configuração proposta nesta invenção, ilustrada na Figura 3B, compreende a retirada de uma corrente de sangria continuamente pelo topo do vaso de terceiro estágio (1), ao contrário do que é verificado em configurações apresentadas no Estado da Técnica (por exemplo, a Figura 3A), nas quais a corrente de sangria do vaso de terceiro estágio (1) é retirada pelo fundo deste, junto com o material sólido coletado.

[0035] A configuração da presente invenção faz uso do extenso comprimento do vaso de terceiro estágio (1), introduzindo assim uma etapa de separação natural, onde as partículas presentes na corrente se desprendem do gás que ascende o vaso em baixa velocidade (< 0,03 m/s), retornando para o fundo deste. O material coletado pelos ciclones de terceiro estágio (2) passa a ser acumulado no cone do vaso de terceiro estágio (1), sendo descartado em períodos regulares, normalmente de 5 a 10 dias.

[0036] A vantagem da configuração proposta nesta invenção em relação ao Estado da Técnica é que a concentração de sólidos na corrente de sangria, graças à separação natural que ocorre no vaso de terceiro estágio (1), é reduzida em mais de 10 vezes, diminuindo drasticamente a carga de sólidos para o ciclone de quarto estágio (3). Apesar do material particulado presente nesta corrente ter uma granulometria menor do que a observada na configuração do Estado da Técnica, e, portanto, ser mais difícil de ser separada, estima-se que a contribuição do ciclone de quarto estágio para a emissão de material particulado para o meio ambiente será reduzida em mais de 50%.

[0037] De acordo com esta invenção, para a remoção dos sólidos ainda presentes na corrente de sangria podem ser previstas, entre outras, as seguintes configurações:

(a) Envio da corrente de sangria para um ciclone de quarto estágio (3) externo acoplado a um silo de finos (5), conforme mostrado na Figura 4;
(b) Envio da corrente de sangria para um ciclone de quarto estágio (3) interno ao vaso de terceiro estágio (1), munido de um ejetor (11) na perna, descartando-a no vaso de terceiro estágio (1), conforme mostrado na Figura 5;
(c) Envio da corrente de sangria para um ciclone de quarto estágio (3) externo ao vaso de terceiro estágio (1), munido de um ejetor (11) na perna, descartando-a no vaso de terceiro estágio (1), conforme mostrado na Figura 6.

[0038] Como pode ser observado nas Figuras 5 e 6, o uso de ejetor (11) na denominada perna do ciclone de quarto estágio (3), conforme o documento US7081229, é incorporado completamente à presente invenção. A injeção de um fluido motriz “g” na perna do ciclone de quarto estágio (3), seja interno ou externo, tem a finalidade de forçar uma sangria na perna, do ciclone para o vaso, evitando o fluxo reverso indesejado de gases do vaso em direção à perna (o que prejudicaria a eficiência da coleta do ciclone de quarto estágio). Por dispensar o uso de uma válvula na extremidade da perna, bem como a formação interna de uma coluna de sólidos para vencer o balanço de pressão, essa configuração em particular traz grande vantagem, uma vez que o material coletado pelo ciclone de quarto estágio, por ser muito fino (tamanho médio < 10 μm), é propenso à obstrução (as partículas têm elevada força de coesão). O fluxo contínuo do fluido motriz através do ejetor mantém a perna sempre livre de acúmulo de sólidos e, consequentemente, livre de uma eventual obstrução. O fluido motriz “g” pode ser constituído de vapor d’água superaquecido, ar ou outro gás qualquer.

[0039] Nas configurações mostradas nas Figuras 4, 5 e 6, a vazão da corrente de sangria “c” é definida por um orifício crítico (4) instalado na linha de saída (18) do ciclone de quarto estágio (3), à jusante deste, dimensionado normalmente para aspirar de 2 a 5% dos gases que adentram o vaso de terceiro estágio (1).

[0040] Sempre que possível, preferencialmente, o ponto de coleta da corrente de sangria deve ser posicionado em uma região central do vaso, de modo a promover uma retirada uniforme dos gases. Para tal, um duto de coleta (não mostrado nas Figuras) deve ser previsto.

[0041] A Figura 7 ilustra uma das possíveis configurações que podem ser adotadas para o descarte de sólidos acumulados no vaso de terceiro estágio (1). Quando o nível de sólidos se aproxima da extremidade das pernas dos ciclones de terceiro estágio, o que pode ser verificado através do uso de instrumentos de nível do tipo radiativo instalados no cone do vaso de terceiro estágio, realiza-se a manobra de descarte, que dura poucas horas. Um pequeno diferencial de pressão entre o vaso de terceiro estágio (1) e o silo de finos (5), e a injeção de uma baixa vazão de ar de arraste (15) na linha de transporte (16) são suficientes para promover a drenagem do vaso de terceiro estágio (1), que ocorre a partir de um bocal cativo de descarte (8) projetado para este fim. Posteriormente, em uma manobra separada, o material acumulado no silo de finos (5) é descartado por caminhão para um destino adequado.

[0042] O silo de finos (5) deve ser equipado preferencialmente com um separador balístico (não mostrado), responsável por realizar a separação entre o ar de arraste e os sólidos transportados. Para eliminar por completo a presença de material particulado na corrente de gás que deixa o silo, recomenda-se instalar um pequeno filtro de bloqueio total (13) na linha de alívio (17) que será enviada para a chaminé da unidade de FCC (7). Por ser a vazão de ar de arraste 50 vezes menor do que a vazão da corrente de sangria e, em virtude de o ar estar a baixa temperatura (< 300°C), o filtro requerido para realizar essa operação é de pequeno porte e de baixo custo.

[0043] Deve ser notado que, apesar de a presente invenção ter sido descrita com relação aos desenhos em anexo, esta poderá sofrer modificações e adaptações pelos técnicos versados no assunto, dependendo da situação específica, mas desde que dentro do escopo inventivo aqui definido.

[0044] Há de se ressaltar que a presente invenção não compromete a eficiência dos ciclones de terceiro estágio (2). A concentração de sólidos na corrente que deixa o vaso de terceiro estágio (1) pelo bocal (10), bem como a sua granulometria, não é modificada pela presente invenção. Este é um aspecto importante a ser ressaltado, uma vez que preserva as condições necessárias para garantir a integridade e boa operação dos turboexpansores, equipamentos comumente encontrados em unidades de FCC.

Claims

PROCESSO APLICADO A SISTEMAS DE TERCEIRO ESTÁGIO DE CICLONES EM UNIDADES DE FCC, caracterizado por compreender as seguintes etapas:
- a) Retirar a corrente de sangria proveniente do ciclone de terceiro estágio (2) de forma contínua pelo topo do vaso de terceiro estágio (1);
- b) Utilizar o vaso de terceiro estágio (1) como uma etapa de separação natural entre o gás ascendente (corrente de sangria) e as partículas sólidas;
- c) Descartar periodicamente o material acumulado separado no cone do vaso de terceiro estágio (1).
APARATO APLICADO A SISTEMAS DE TERCEIRO ESTÁGIO DE CICLONES EM UNIDADES DE FCC para a realização do processo definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a vazão da corrente de sangria é definida por um orifício crítico (4) instalado na linha de saída (18) do ciclone de quarto estágio (3).
APARATO APLICADO A SISTEMAS DE TERCEIRO ESTÁGIO DE CICLONES EM UNIDADES DE FCC, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a vazão da corrente de sangria é normalmente constituída de 2 a 5% dos gases que adentram o vaso de terceiro estágio (1) pelo bocal (9).
APARATO APLICADO A SISTEMAS DE TERCEIRO ESTÁGIO DE CICLONES EM UNIDADES DE FCC para a realização do processo definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ponto de coleta da corrente de sangria deve ser preferencialmente posicionado em uma região central do vaso.
APARATO APLICADO A SISTEMAS DE TERCEIRO ESTÁGIO DE CICLONES EM UNIDADES DE FCC para a realização do processo definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o envio da corrente de sangria pode ser feito para um ciclone de quarto estágio (3) externo acoplado a um silo de finos (5).
APARATO APLICADO A SISTEMAS DE TERCEIRO ESTÁGIO DE CICLONES EM UNIDADES DE FCC para a realização do processo definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o envio da corrente de sangria pode ser feito para um ciclone de quarto estágio (3) interno, munido de um ejetor (11) na perna do ciclone que faz uso de um fluido motriz, descartando a referida corrente no vaso de terceiro estágio (1).
APARATO APLICADO A SISTEMAS DE TERCEIRO ESTÁGIO DE CICLONES EM UNIDADES DE FCC para a realização do processo definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o envio da corrente de sangria pode ser feito para um ciclone de quarto estágio (3) externo, munido de um ejetor (11) na perna do ciclone que faz uso de um fluido motriz, descartando a referida corrente no vaso de terceiro estágio (1) através de um tubo de retorno de sólidos (12).
APARATO APLICADO A SISTEMAS DE TERCEIRO ESTÀGIO DE CICLONES EM UNIDADES DE FCC para realização do processo definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o envio dos sólidos separados pelos ciclones de terceiro estágio (2) e o ciclone de quarto estágio (3) pode ser feito do vaso de terceiro estágio (1) para o silo de finos (5) através de um bocal cativo (8) no fundo do vaso de terceiro estágio (1), através da aplicação de um pequeno diferencial de pressão entre o vaso de terceiro estágio (1) e o silo de finos (5), associado à injeção de uma baixa vazão de ar de arraste (15) na linha de transporte (16).
APARATO APLICADO A SISTEMAS DE TERCEIRO ESTÁGIO DE CICLONES EM UNIDADES DE FCC de acordo com a reinvindicação 8, caracterizado pelo fato de que pode ser instalado um pequeno filtro de bloqueio total (13) na linha de alívio (17) para a chaminé da unidade de FCC (7), localizada na saída do silo de finos (5).