BR112014009206B1 - processo e aparelho para retirar poeira de uma mistura vapor-gás - Google Patents

Abstract

PROCESSO E APARELHO PARA RETIRAR POEIRA DE UMA MISTURA VAPOR-GÁS. A presente invenção refere-se a um processo para retirar poeira de uma mistura vapor-gás (VGM) que conduz poeira obtida pela pirólise de um material que contém hidrocarbonetos, em particular óleo de xisto, a mistura vapor-gás que conduz poeira é tratada em um precipitador eletrostático em uma temperatura de 380 até 480°C, para separar poeira da VGM.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um processo e a um apa relho para retirar poeira de uma mistura vapor-gás que conduz poeira obtida pela pirólise de material preferivelmente sólido que contém hi- drocarbonetos, em particular óleo de xisto.

[002] Para obter óleo (petróleo) de óleo de xisto, o óleo de xisto é diretamente aquecido por um portador de calor quente (cinza) até uma temperatura de aproximadamente 500°C em um forno rotativo. Com isto, petróleo evapora do óleo de xisto formando assim a chamada mistura vapor-gás VGM. A mistura vapor-gás (um gás que contém também partículas finas) é então temperada em uma unidade de condensação para ganhar o óleo. Este óleo contém material particulado (finos) que é muito difícil de separar do óleo e que impede um melhoramento adicional de sua qualidade divido, por exemplo, a uma desativação de catalisador. Tradicionalmente tal separação era feita utilizando um lavador. As partículas de poeira coletadas pelas gotículas produzidas no lavador podem ser encontradas no óleo resfriado no fundo do lavador. Se um lavador venturi é utilizado, existe uma alta perda de pressão, o que requer pressões correspondentemente elevadas no forno rotativo, e com isto aumenta os custos de equipamento. Além disto, óleo pesado que conduz poeira é reciclado para a zona de piróli- se, e assim não pode ser utilizado diretamente como um produto. A remoção das partículas de poeira fina do óleo é um procedimento muito caro e é um desafio técnico que não foi ainda solucionado de maneira completa.

[003] De acordo com a Patente US 4.548.702 A, óleo de xisto bruto é alimentado para o interior de uma retorta de superfície especificada seguida pelo material portador quente sólido a 1000 até 1.400°C. A corrente de retirada do produto tem parcialmente retirada a poeira em um ciclone ou filtro. Poeira adicional é removida em um fra- cionador, lavador ou torre de têmpera. A fração de óleo é então alimentada para um hidroprocessador seguida por um gás catalisador e hidroprocessamento. A poeira removida da fração de óleo e a corrente de água de lama que contém a poeira são utilizadas juntamente com o xisto retortado como um combustível para aquecer o material portador de calor e para retortar o óleo bruto.

[004] Do documento DE 196 11 119 C2, um processo para purifi car gases de descarte quentes que contém poeira e alcatrão e obtidos durante a produção de carbureto de cálcio em um forno a arco é conhecido, o qual compreende retirar a poeira do gás de descarte a 200 até 900°C utilizando um filtro cerâmico e em seguida removendo o alcatrão a 50 até 200°C utilizando um lavador de gás ou eletrofiltro. Em tais temperaturas condensação substancial de frações de óleo mais pesadas deveria ser esperada, de modo que este processo não é adequado para retirar poeira de VGM.

[005] É o objetivo da presente invenção fornecer uma produção mais eficiente de óleo a partir de óleo de xisto, ou similar. Em particular, a remoção de poeira da mistura vapor-gás obtida por pirólise deve ser otimizada.

[006] De acordo com a presente invenção é fornecido um pro cesso que compreende os aspectos da reivindicação 1, no qual a mis-turavapor-gás que conduz poeira é tratada em um precipitador ele-trostático(ESP) em uma temperatura de 380 até 480°C para separar poeira da mistura vapor-gás. O precipitador eletrostático é operado em um estado seco em uma temperatura acima da temperatura de condensação do óleo, de modo que a poeira é separada sem qualquer condensação de óleo. Isto reduz substancialmente a contaminação do produto (óleo de pirólise). Isto é particularmente importante para o aprimoramento de óleo subsequente que requer óleos que tenham cargas de poeira muito baixas.

[007] Um precipitador eletrostático (ESP) é um dispositivo de co leta de particulado que remove partículas da VGM utilizando a força da carga eletrostática induzida. Ele, com isto, é um dispositivo de filtração altamente eficiente, que impede de maneira mínima o escoamento de gases através do precipitador e pode facilmente remover partículas de poeira finas da VGM. Para implementar a presente invenção o precipi- tador eletrostático pode ser um precipitador de tubo, placa ou de câmara, no qual um precipitador de tubo é preferido.

[008] Deveria ser observado que ao invés de óleo de xisto, outros hidrocarbonetos que contém materiais, tais como areia de óleo, biomassa, plásticos, descartes de óleo, óleos de descarte, materiais que contém gordura animal ou materiais que contém óleo vegetal, podem ser utilizados para o processo da presente invenção, desde que uma mistura vapor-gás que contém um óleo pode ser produzida pela piróli- se de dito material. Preferivelmente, o material hidrocarboneto contém 8 até 80% em peso de hidrocarbonetos.

[009] De acordo com uma modalidade preferida da presente in venção, a mistura vapor-gás compreende 40 até 90% em peso de hi- drocarbonetos C5+, 4,5 até 40% em peso de hidrocarbonetos C4-, 0,01 até 30% em peso de frações não condensáveis (isto é, gases como H2, N2, H2S, SO2, NO, etc.) e 5 até 30% em peso de água. Preferivelmente a composição da mistura vapor-gás é como a seguir: 55 até 85% em peso de hidrocarbonetos C5+, 7 até 25% em peso de hidro- carbonetos C4-, 0,1 até 15% em peso de frações não condensáveis e 7 até 20% em peso de água, mais preferivelmente a composição da mistura vapor-gás é como a seguir: 60 até 80% em peso de hidrocar- bonetos C5+, 13 até 22% em peso de hidrocarbonetos C4-, 0,3 até 10% em peso de frações não condensáveis e 7 até 15% em peso de água.

[010] O teor de poeira da mistura vapor-gás que conduz poeira pre ferivelmenteé 3 até 300 g/Nm3, mais preferivelmente 20 até 150 g/Nm3.

[011] Para melhorar a separação de poeira no mínimo dois preci- pitadores eletrostáticos sucessivos são fornecidos, nos quais a mistura vapor-gás que conduz poeira é tratada a uma temperatura de 380 até 480°C.

[012] Uma vez que a condensação de óleo é substancialmente evitada, a poeira separada no precipitador eletrostático pode ser removida de maneira mecânica batendo o vibrando o precipitador.

[013] Está incluído na presente invenção resfriar a mistura vapor gás até uma temperatura de 310 até 360°C em seguida ao tratamento no precipitador eletrostático. Com isto, uma corrente extra de óleo pesado pode ser separada da VGM por condensação que tem um teor de cinzas menor que 80 ppm e pode ser utilizada como uma corrente de reciclo ou como produto. Se a VGM é resfriada até a temperatura ambiente (aproximadamente 23°C) todas as frações do óleo de pirólise podem ser condensadas.

[014] O resfriamento preferivelmente é feito por resfriamento indi reto com ar ou água, ou injetando óleo adicional (resfriamento direto).

[015] Em uma modalidade bastante preferida da presente inven ção em seguida à etapa de resfriamento a VGM é tratada em um pre- cipitador eletrostático úmido na temperatura definida pelo resfriador, isto é, entre 310 e 360°C ou em outra temperatura adequada para separar a fração de óleo desejada. No precipitador eletrostático úmido, outras porções do óleo pesado ou outras frações do óleo podem ser separadas da VGM e recicladas ou utilizadas como um produto.

[016] Em seguida à remoção de poeira no precipitador eletrostá tico a VGM limpa é tratada em um dispositivo de retificação para separar diversas frações de óleo desejadas. Em uma modalidade preferida, a VGM limpa é direcionada para no mínimo um outro precipitador ele- trostático onde ela é tratada a uma temperatura adequada para separar uma fração desejada do óleo. Diversos precipitadores eletrostáticos que operam em diversas temperaturas podem ser fornecidos sucessivamente para obter as frações de óleo desejadas com base em sua temperatura de condensação.

[017] Com isto, diferentes frações de produto óleo com baixa po eirasão obtidas compreendendo menos do que 30 ppm de poeira.

[018] A invenção também é orientada para um aparelho para reti rar poeira de uma mistura vapor-gás obtida por meio da pirólise de um material que contém 8 a 80% em peso de hidrocarbonetos, em particular óleo de xisto, que é adequado para realizar um processo como descrito acima. O aparelho compreende no mínimo um precipitador eletrostático que opera a 380 até 480°C.

[019] Preferivelmente um resfriador é fornecido à jusante do pre- cipitador eletrostático. Em uma outra modalidade um precipitador eletrostático úmido pode ser fornecido a jusante do resfriador.

[020] A jusante do precipitador eletrostático seco e/ou úmido um dispositivo de retificação adequado pode ser fornecido para separar diversas frações de óleo.

[021] Em uma modalidade preferida, o dispositivo de retificação compreende um ou mais precipitadores eletrostáticos, cada um em combinação com um resfriador para ajustar a temperatura da VGM que penetra no respectivo precipitador até um valor adequado para separar (condensar) a fração de óleo desejada.

[022] A invenção será agora descrita em mais detalhe com base nas modalidades preferidas e o desenho.

[023] No desenho

[024] A figura 1 é uma vista esquemática de um aparelho de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção.

[025] A figura 2 é uma vista esquemática de um aparelho de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção, e

[026] A figura 3 é uma vista esquemática de um aparelho de acordo com a terceira modalidade da presente invenção.

[027] Na primeira modalidade da presente invenção, como mos trado na figura 1 que delineia o conceito básico da invenção, uma mis-turavapor-gás (VGM) obtida pela pirólise de óleo de xisto, ou qualquer outro material adequado, e que tem um teor de poeira de 3 até 300 g/Nm3é introduzida em um precipitador eletrostático quente 1 operado a uma temperatura de 380 a 480°C. No precipitador eletrostático poeiraé separada do vapor de óleo e decanta sobre as paredes de tubo, de onde ela pode ser removida por pancadas/batidas.

[028] O vapor de óleo limpo (sem poeira) é então conduzido para um dispositivo de retificação 2, por exemplo, uma coluna de retificação padrão, para separar diversas frações de óleo produto, com base em sua temperatura de condensação. As frações de óleo podem ser obtidas por meio de processos padrão e têm um teor de poeira de menos do que 30 ppm.

[029] Na modalidade algo mais detalhada de acordo com a figura 2, a VGM obtida por meio da pirólise de óleo de xisto em um forno rotativo 3, ou qualquer outro dispositivo de pirólise adequado, penetra em um primeiro precipitador eletrostático 4.1. Como mostrado na figura 2, dois precipitadores eletrostáticos 4.1 e 4.2 são fornecidos em série e sucessivamente atravessados pela VGM. Ambos os precipitado- res eletrostáticos 4.1, 4.2 são operados como precipitadores secos a uma temperatura de 380 até 480°C, preferivelmente 400 até 460°C, o que basicamente corresponde à temperatura de saída do forno rotativo 3 e é bem acima da temperatura de condensação do óleo, de modo que uma condensação, mesmo de frações de óleo pesado, pode ser evitada. A temperatura dos precipitadores eletrostáticos 4.1 e 4.2 é mantida por respectivos aquecedores de traço elétrico 5.1 e 5.2 ou qualquer outro dispositivo de aquecimento adequado. Por meio dos eletrodos 6.1 e 6.2 uma voltagem adequada de, por exemplo, 5 kV até 120 kV, preferivelmente 10 kV até 30 kV é fornecida para separar a poeira que é retirada através das linhas 7.

[030] Em seguida aos precipitadores eletrostáticos 4, um resfria- dor 8 é fornecido para resfriar a VGM sem poeira até uma temperatura próxima à temperatura ambiente, em particular aproximadamente 23°C, antes que a VGM penetre em um precipitador eletrostático úmido 9 que também opera nesta temperatura. O precipitador úmido é operado a uma temperatura abaixo da temperatura de condensação de hidrocarbonetos contidos no gás. Uma vez que a VGM esteja esfriada, pequenas gotículas condensadas são formadas, as quais são dispersadas como aerossóis na corrente de gás. A parte principal das gotículas condensadas é coletada na superfície resfriadora, as gotícu- las permanecendo na corrente de gás sendo pequenas o suficiente passam através do resfriador. Depois de carregá-las por meio do eletrodo, elas são separadas no contraeletrodo. Com isto o precipitador eletrostático úmido precipita todos os componentes úmi- dos/condensado do gás. No precipitador eletrostático úmido 9 os aerossóis de óleo gerados são separados de modo que óleo pode ser retirado através da linha 10. Como já existe alguma condensação de frações de óleo extra pesado no resfriador 8, este condensado pode também ser retirado e combinado com o óleo de pirólise retirado do precipitador eletrostático úmido 9.

[031] Na modalidade de acordo com a figura 3 um resfriador adici onal 8 é fornecido entre os dois precipitadores eletrostáticos 4.1 e 4.2.

[032] No primeiro precipitador eletrostático 4.1 a poeira é separada e retirada. Como na segunda modalidade, o precipitador eletrostático 4.1 é operado a uma temperatura de 380 até 480°C, preferivelmente 400 até 460°C. A VGM então penetra no resfriador 11, no qual ela é preferivel- mente resfriada de maneira indireta com ar até uma temperatura de 310 até 360°C. Frações extrapesadas do óleo podem ser condensadas e reti-radasatravés da linha 12. Nesta modalidade o segundo precipitador ele-trostático4.2 é operado como um precipitador eletrostático úmido em uma temperatura mais baixa, entre 310 e 360°C que corresponde basicamenteà temperatura de saída do resfriador 11.

[033] Depois do segundo precipitador eletrostático 4.2, um resfri- ador adicional 8, preferivelmente resfriado de maneira indireta com água, é fornecido, o qual resfria a VGM até a temperatura ambiente, preferivelmente aproximadamente 23°C antes de introduzi-la no preci- pitador eletrostático úmido 9, onde o óleo de pirólise é separado e pode ser retirado como produto ou para processamento adicional. O gás de descarga é descarregado através da linha 13.

[034] A invenção será agora ainda mais explicada à guisa de exemplos que são baseados em plantas de pesquisa de acordo com a figura 2 e figura 3, respectivamente.

[035] Exemplo 1 (baseado na figura 2)

[036] Tabela 1 - mistura vapor-gás (VGM) VGM a 430°C antes da retirada de poeira

[037] A mistura vapor-gás (VGM) é produzida por pirólise de óleo de xisto de tipo I. O escoamento em massa de componentes principais da VGM é encontrado na Tabela 1. A corrente de VGM penetra a 430°C em dois precipitadores eletrostáticos de tipo tubular sucessivos 4.1 e 4.2. As dimensões dos tubos de ambos ESPs são Φ60,3x2,9 mm e o material é aço inoxidável. Ambos os tubos são aterrados eletricamente. A voltagem aplicada aos eletrodos 6.1, 6.2 é controlada entre 5 kV até 20 kV. Os tubos das ESPs são aquecidos a partir do exterior por aquecedores de traço elétrico 5.1 e 5.2, respectivamente, e a temperatura de parede é controlada em 430°C. A cada 15 minutos as ESPs são limpas por batida mecânica e poeira separada é coletada em uma garrafa de vidro. A poeira coletada durante o teste foi 52 g/h. Depois a VGM foi limpa de poeira pelos dois precipitadores eletrostáticos ela é resfriada por resfriamento indireto com água (resfriador 8) a 23°C e a neblina de óleo final é separada da corrente de gás por um precipitador eletrostático úmido 9. A corrente de óleo de pirólise de 550 g/h é coletada em uma garrafa de vidro. O teor de poeira do óleo foi medido e é 30 ppm (igual a 0,003 em peso%.

[038] Exemplo 2 (baseado na figura 3)

[039] Tabela 2: mistura vapor-gás (VGM) VGM a 430°C antes da retirada de poeira

[040] A mistura vapor-gás VGM é produzida por pirólise de óleo de xisto tipo II. A composição da VGM é encontrada na Tabela 2. A corrente VGM penetra no primeiro precipitador eletrostático de tipo tubular 4.1 a 430°C. A voltagem aplicada aos eletrodos é controlada entre 5 kV e 30 kV. O tubo do primeiro precipitador eletrostático 4.1 é aquecido a partir do exterior por um aquecedor de traço elétrico 5.1 e a temperatura de parede é controlada para 430°C. A cada 15 minutos o ESP 4.1 é limpou por batida mecânica e a poeira separada é coletada em uma garrafa de vidro. A poeira coletado durante o teste foi 37 g/h.

[041] Depois do primeiro ESP 4.1 a VGM é resfriada por um res- friador de ar indireto 11 até uma temperatura de 315°C. A VGM penetraentão em um segundo ESP 4.2. O tubo do segundo ESP 4.2 é aquecido a partir do exterior pelo aquecedor de traço elétrico 5.2 e a temperatura de parede é controlada em 315°C. A neblina de óleo e a poeira remanescente que não foi coletada pelo primeiro ESP 4.1 são separadas no segundo ESP 4.2. O segundo ESP é operado como um ESP úmido. Uma fração extra pesada de óleo de pirólise de 30 g/h (7% em peso de óleo coletado total) com teor de poeira de 100 ppm foi coletada do ESP 4.2. Depois do segundo ESP 4.2 a VGM é resfriada por resfriamento indireto com água 8 até 23°C e a neblina de óleo final é separada da corrente de gás remanescente por um ESP 9 operado a 23°C. A corrente de óleo de pirólise é de 410 g/h (93% em peso de óleo coletado total) é coletado em uma garrafa de vidro. O teor de poeira desta corrente de óleo foi medido e é menor do que 10 ppm (menor do que 0,001% em peso). NÚMEROS DE REFERÊNCIA 1 precipitador eletrostático 2 dispositivo de retificação 3 forno rotativo 4 precipitador eletrostático 5 aquecedor de traço elétrico 6 eletrodos 7 linha 8 resfriador 9 precipitador eletrostático úmido 10 linha 11 resfriador 12 linha 13 linha ESP precipitador eletrostático VGM mistura vapor-gás

Claims (12)

1. Processo para retirar poeira em uma mistura vapor- gás que conduz poeira (VGM) obtida pela pirólise de um material que contém hidrocarbonetos, o processo que compreende: tratar a VGM que conduz poeira em um precipitador eletros-táticoseco em uma temperatura de 380 a 480°C para separar poeira da VGM, caracterizado pelo fato de que após a remoção de poeira em um precipitador eletrostático: resfriar a VGM; direcionar a VGM para pelo menos um precipitador eletros-táticoadicional; e tratar a VGM no pelo menos um precipitador eletrostático adicional a uma temperatura selecionada de modo a separar uma fração predeterminada do óleo.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a VGM ser obtida por meio da pirólise de óleo de xisto.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a VGM ser obtida por meio da pirólise de um material que contém 8 até 80% em peso de hidrocarbonetos.

4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a VGM compreender 40-90% em peso de hidrocarbo- netos C5+ ,4,5-40% em peso de hidrocarbonetos C4-, 0,01 a 30% em peso de frações não condensáveis e 2-30% em peso de água.

5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o teor de poeira da VGM que conduz poeira ser de uma faixa de 3 até 300 g/Nm3.

6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura do pelo menos um precipitador ele- trostático adicional está na faixa de 380 até 480°C.

7. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o resfriamento é realizado por pelo menos um dentre resfriamento indireto ou introdução de óleo adicional.

8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente tratar a VGM resfriada em um precipitador eletrostático úmido (4.2, 9) a uma temperatura entre 310 e 360°C.

9. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente, em pelo menos um dentre o resfriar e um tratar da VGM resfriada em um precipitador eletrostático úmido (4.2, 9) a uma temperatura entre 310 e 360 °C, separar uma fração de óleo pesado da VGM.

10. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a VGM é resfriada a uma temperatura entre 310 e 360°C.

11. Aparelho para retirar poeira de uma mistura vapor-gás (VGM) obtida por meio da pirólise de um material que contém hidro- carbonetos, em particular para realizar um processo como definido na reivindicação 1, que compreende: pelo menos um precipitador eletrostático (1, 4) configurado para operar a uma temperatura em uma faixa de 380 até 480°C, de modo a separar poeira da VGM; um resfriador (8, 11) fornecido a jusante do precipitador ele-trostático, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um dispositivo de retificação (2) disposto à jusante do pre- cipitador eletrostático (1), sendo que o dispositivo de retificação (2) compreende pelo menos um precipitador eletrostático adicional, cada um dos quais está em combinação com um resfriador adicional confi- gurado para ajustar a temperatura da VGM que entra no respectivo precipitador eletrostático adicional.

12. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um precipitador eletrostático úmido (4.2, 9) disposto à jusante do resfriador (11, 8).

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