BR112017002932B1

BR112017002932B1 - Sistema de tratamento para regenerar um material que reduz a incidência de incrustações

Info

Publication number: BR112017002932B1
Application number: BR112017002932-4A
Authority: BR
Inventors: Curtis D. Cooley; Simon Larson; Chad L. Felch
Original assignee: Siemens Energy, Inc
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2022-08-09
Also published as: US10099953B2; CN106573227B; WO2016028987A1; US10301207B2; CN106573227A; US20170233277A1; EP3183220A1; SG11201700899RA; US20190002322A1; SA517380898B1; BR112017002932A2

Abstract

SISTEMA E PROCESSO DE OXIDAÇÃO DE AR ÚMIDO SEM FORMAÇÃO DE INCRUSTAÇÕES. É proporcionado um sistema (100) e um método para regenerar um material que reduz a incidência de incrustações devido a contaminantes formadores de incrustações. O método inclui a redução de uma temperatura de um material tratado (108) que sai de uma unidade de oxidação de ar úmido (104) em um trocador de calor de redução de incrustações (110) antes da entrega do material tratado (100) a um segundo trocador de calor (114) que aquece um material residual original (116), tal como carvão esgotado de um sistema de tratamento de carvão ativado, compreendendo um contaminante formador de incrustações no mesmo com calor do primeiro material tratado (108) para formar um material residual aquecido (106) compreendendo o contaminante formador de incrustações. A incrustação pela precipitação do sulfato de cálcio é reduzida por meio do trocador de calor (110), onde a temperatura do material regenerado (108) da unidade WAO (104) é reduzida antes do pré-aquecimento do carvão esgotado (116) no trocador de calor (114).

Description

REFERÊNCIAS CRUZADAS PARA PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este pedido reivindica o benefício da data de apresentação de 20 de Agosto de 2014 do Pedido Provisório dos Estados Unidos da América N° 62/039,596, que é aqui incorporado por referência.

CAMPO TÉCNICO

[0002] A presente divulgação refere-se em geral a sistemas de tra tamento, e mais particularmente, a sistemas e processos para a redução de incrustações devido a contaminantes de formação de incrustações em um sistema de oxidação de ar úmido (WAO).

FUNDAMENTOS

[0003] A oxidação de ar úmido (WAO) é uma tecnologia bem co nhecida para o tratamento de fluxos de processo e é amplamente utilizada, por exemplo, para destruir poluentes em águas residuais. O processo envolve a oxidação em fase aquosa de constituintes indesejáveis por um agente oxidante, geralmente oxigênio molecular a partir de um gás contendo oxigênio, a temperaturas e pressões elevadas. Além disso, o processo pode converter contaminantes orgânicos em dióxido de carbono, água e ácidos orgânicos biodegradáveis de cadeia curta, como o ácido acético. Constituintes inorgânicos incluindo sulfetos, mercaptidos e cianetos também podem ser oxidados. O WAO pode ser utilizado em uma grande variedade de aplicações para tratar fluxos de processo para descarga subsequente, reciclagem em processo, ou como um passo de pré-tratamento para alimentar uma planta de tratamento biológico convencional para polimento.

[0004] Os sistemas que utilizam carvão ativado, como o tratamen to com carbono ativado em pó (PACT) e sistemas de carbono ativado granular (GAC), utilizam diferentes carbonos ativados para remover contaminantes de vários fluxos de fluidos. Em algum momento, a capacidade do carvão ativado para remover outros contaminantes diminui. Sistemas de regeneração de ar úmido (WAR) - um tipo de sistema WAO - têm sido assim empregados os quais utilizam condições de alta temperatura e pressão para regenerar o carvão esgotado a partir de tais sistemas de carvão ativado enquanto simultaneamente oxidam os sólidos biológicos que acompanham o carbono gasto. Em certo número de sistemas conhecidos, as reações de oxidação ocorrem a temperaturas de 150° C a 320° C (275° F a 608° F) e a pressões de 10 a 220 bar (3200 psi a 150).

[0005] Um problema comum em sistemas WAO conhecidos é a acumulação de sólidos dentro de componentes, tais como vias de fluidos, trocadores de calor e similares do sistema. Esta "acumulação" é referida como incrustação. Um desses contaminantes formadores de incrustações é o sulfato de cálcio. Para evitar a acumulação de sulfato de cálcio ou materiais semelhantes nos componentes de um sistema WAO, o contaminante formador de incrustações deve ser periodicamente removido do sistema. Várias técnicas foram desenvolvidas para a remoção de contaminantes formadores de incrustações para evitar interrupções ou perda de eficiência do sistema WAO. Estas soluções conhecidas, contudo, apresentam deficiências notáveis. Por exemplo, uma solução proposta utiliza uma lavagem com ácido nítrico quente através dos componentes relevantes. Este processo, no entanto, é moroso e pode ser perigoso já que os operadores são obrigados a lidar com ácido nítrico concentrado e / ou quente. O processo de lavagem com ácido também requer que um sistema WAO seja desligado, o que normalmente resulta em um sistema maior instalado para responder pelo tempo de inatividade do sistema associado.

[0006] Além disso, os sistemas WAO são atualmente construídos com trocadores de calor de "tubo e casco" para acomodar o material que irá para o reator do sistema WAO, bem como material do reator. Esses trocadores de calor permitem que o efluente do sistema WAO, que é geralmente muito quente, forneça calor ao material a ser introduzido no sistema WAO. Nesse caso, quando um contaminante formador de incrustações, tal como sulfato de cálcio, está presente no material a ser introduzido no sistema WAO, o sulfato de cálcio pode acumular em locais indesejados, tal como no lado do tubo da parte do trocador de calor devido à solubilidade inversa do sulfato de cálcio. Este problema de incrustações é muito grave e pode, de fato, levar ao desligamento completo do sistema.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0007] A invenção é explicada na descrição a seguir em vista dos desenhos que mostram:

[0008] A Figura 1 é um esquema de um sistema conhecido de oxi dação por ar úmido (WAO).

[0009] A Figura 2 é um esquema de um sistema para reduzir as incrustações de acordo com um aspecto da presente invenção.

[0010] A Figura 3 mostra uma fonte de fluido configurada para moderar a temperatura no trocador de calor redutor de incrustações de acordo com outro aspecto da presente invenção.

[0011] A Figura 4 ilustra uma fonte de calor auxiliar configurada para fornecer calor a uma unidade WAO de acordo com um aspecto da presente invenção.

[0012] A Figura 5 mostra um terceiro trocador de calor em comuni cação fluida com o segundo trocador de calor de acordo com um aspecto da presente invenção.

[0013] A Figura 6 é um gráfico que mostra os efeitos da incrusta ção em dois trocadores de calor diferentes de acordo com um aspecto da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0014] Os presentes inventores desenvolveram sistemas e pro cessos que impedem substancialmente as incrustações, particularmente no tratamento de um material residual em um sistema de oxidação de ar úmido (WAO). Em um aspecto, os sistemas e processos aqui descritos reduzem o problema das incrustações reduzindo primeiro a temperatura de um material tratado que sai de um reator (unidade WAO) do sistema WAO através de um primeiro trocador de calor antes da entrega do material tratado a um segundo trocador de calor, que aquece o material residual a ser introduzido na unidade WAO através do calor do material tratado. O material residual é um que inclui nele uma quantidade de um contaminante formador de incrustações. Redu-zindo primeiro a temperatura do material tratado antes de contatar o material tratado com o material a ser introduzido na unidade WAO, a probabilidade de incrustações indesejadas pode ser substancialmente reduzida. Isto é particularmente devido ao fato de que o contaminante formador de incrustações pode ser cada vez mais insolúvel em um meio à medida que a temperatura do contaminante formador de incrustações e do meio aumentam.

[0015] Assim, controlando cuidadosamente a temperatura dentro do sistema WAO para assegurar que o contaminante formador de incrustações permanece em solução à medida que os materiais se deslocam para o reator do sistema WAO, aspectos da presente invenção podem eliminar ou reduzir substancialmente problemas de incrustações.

[0016] Tal como aqui utilizado, o termo "cerca de" refere-se a um valor que pode ser ± 5% do valor definido.

[0017] Fazendo agora referência às figuras, para fins de explica ção, é mostrado um sistema WAO 12 conhecido para regenerar um material residual, tal como um material de carvão esgotado, como é conhecido na técnica. O sistema WAO 12 pode incluir um reator (por exemplo, uma unidade WAO 14) e um trocador de calor 16 para aquecer o material a ser introduzido na unidade WAO 14. Em operação, um material tratado 18 sai da unidade WAO 14 e é entregue ao trocador de calor 16, por exemplo, um trocador de calor de casco e tubo, onde o calor do material tratado 18 pode ser utilizado para aquecer o material residual 20 que entra no seu caminho para a unidade WAO 14.

[0018] Em muitos casos, o material residual 20 entregue à unida de WAO 14 também inclui um componente que provoca a formação de incrustações (doravante, contaminador de formação de incrustações). Devido às altas temperaturas do processo de oxidação do ar úmido na unidade WAO 14, o material tratado 18 que sai da unidade WAO 14 está normalmente muito quente devido às altas temperaturas do processo WAO, por exemplo, de 150° C a 320° C. Os presentes inventores reconheceram que o material residual 20 em sistemas conhecidos é normalmente aquecido a uma temperatura que faz com que os contaminantes formadores de incrustações nele (quando pre-sentes) saem da solução, resultando assim em uma significativa incrustação indesejada de componentes do sistema WAO 12, tais como válvulas, vias de fluxo e o trocador de calor 16, por exemplo. Isto é devido ao fato de que o contaminante de formação de incrustações pode ser um com uma solubilidade inversa - significando um cuja solubilidade em um meio diminui efetivamente à medida que a temperatura do meio aumenta a uma determinada concentração do contami- nante. Como mencionado anteriormente, a formação de incrustações é um problema sério e pode até resultar no desligamento completo do sistema associado.

[0019] Os presentes inventores desenvolveram assim sistemas e processos que resolvem as questões acima, reduzindo a probabilidade de incrustação indesejada em um sistema de oxidação por ar úmido. Com referência agora à Figura 2, é mostrado um sistema de oxidação de ar úmido (WAO) 100 e uma fonte de material residual (fonte de resíduos) 102 em comunicação fluida com o sistema WAO 100. O sistema WAO 100 compreende pelo menos um ou mais vasos de reator dedicados (unidade WAO 104), trocadores de calor 110, 114 (discutidos abaixo) e componentes necessários ou desejados para entregar e receber materiais nas suas localizações desejadas. A unidade WAO 104 está disposta para receber um material residual aquecido 106 compreendendo nele pelo menos um contaminante formador de incrustações. Dentro da unidade WAO 104, o material de desperdício aquecido 106 é regenerado e um primeiro material tratado resultante 108 pode sair da unidade WAO 104. Um trocador de calor de redução de incrustações 110 é proporcionado em comunicação fluida com a unidade WAO 104 e recebe o primeiro material tratado 108 da unidade WAO 104. O trocador de calor de redução de incrustações 110 descarrega um segundo material tratado 112 com uma temperatura reduzida em relação ao primeiro material tratado 108.

[0020] Além disso, é proporcionado um segundo trocador de calor 114 em comunicação de fluido com o trocador de calor de redução de incrustações 110 para receber o segundo material tratado 112 tendo a temperatura reduzida. Ao mesmo tempo, o segundo trocador de calor 110 pode ainda ser disposto para receber um material de residual original 116 a partir de uma fonte adequada (por exemplo, a fonte de re- síduos102) que gera ou fornece de outro modo o material residual de origem 116. A partir do segundo trocador de calor 114, o material de desperdício aquecido 106 sai do segundo trocador de calor 114 e desloca-se para a unidade WAO 104 para oxidação e / ou regeneração do material na mesma. A temperatura reduzida do segundo material tratado 112 em relação ao primeiro material tratado 108 proporcionado pelo trocador de calor redutor de incrustações 110 pode ser eficaz para reduzir um grau de incrustação indesejável no sistema WAO 100, incluindo dentro do segundo trocador de calor 114, válvulas, vias de fluxo e quaisquer outros componentes em comunicação de fluido com a unidade WAO 104.

[0021] Em conformidade, os aspectos da presente invenção po dem reduzir significativamente a incidência de incrustações indesejáveis devido a contaminantes de formação de incrustações através de um controle de temperatura melhorado dos materiais no sistema 100. Uma vez que os contaminantes formadores de incrustações são aqueles em que as temperaturas aumentadas resultam em uma solubilidade diminuída do mesmo, mantendo as temperaturas dos materiais no sistema 100 abaixo da (s) temperatura (s) predeterminada (s) que aumentam a insolubilidade dos contaminantes formadores de incrustações pode reduzir significativamente a incrustação indesejada no sistema 100.

[0022] A fonte de resíduos 102 pode compreender qualquer siste ma ou aparelho adequado que gera um material residual original 116 compreendendo pelo menos um contaminante formador de incrustações no mesmo. A título de exemplo, o contaminante formador de incrustações pode compreender um membro selecionado do grupo que consiste em alumínio, cálcio, carbonato, ferro, magnésio, fósforo, sulfato e suas combinações. Em uma concretização particular, o conta- minante formador de incrustações pode ser em forma de sulfato de cálcio. Em qualquer caso, devido à presença do contaminante formador de incrustações, o material residual original 116 pode ser aquele que potencialmente pode causar incrustações dentro do segundo trocador de calor 114, válvulas, vias de fluxo e quaisquer outros componentes em comunicação fluida com a unidade WAO se a temperatura do material residual de origem 116 não for devidamente controlada à medida que se desloca para a unidade WAO 104.

[0023] Em uma concretização, a fonte de resíduos 102 pode com- preender um sistema configurado para tratar um fluido com um material de carbono para remover componentes alvo dele e gerar um material de "carbono gasto". Assim, em uma concretização, o material residual original 116 pode compreender um material de carbono gasto. Por "gasto" entende-se que uma capacidade do material de carbono para remover outros componentes alvos em um fluido tem diminuído. Além do carbono gasto, o material residual original 116 compreende uma quantidade de pelo menos um contaminante formador de incrustações no mesmo.

[0024] Em uma concretização particular, a fonte de resíduos 102 pode compreender um sistema de tratamento de carvão ativado em pó (PACT) como é conhecido na técnica compreendendo uma quantidade eficaz de material de carvão ativado em pó para capturar pelo menos uma parte dos contaminantes orgânicos em um fluido introduzido no sistema PACT. Alternativamente, a fonte de resíduos 102 pode ainda ou, em vez disso, compreender um sistema de tratamento de carvão ativado granular (GAC). O carvão ativado granular tem normalmente um tamanho de partícula e uma área de superfície maior do que o carvão ativado em pó. Em certas concretizações, microorganismos podem ser adicionados ao sistema associado para ajudar a quebrar os compostos orgânicos adsorvidos ou carregados de outra forma sobre o carvão ativado. Assim, em certas concretizações, o material residual original 116 também pode incluir material biológico, bem como subprodutos das reações de degradação. Sistemas exemplificativos de carvão ativado são descritos na Patente dos Estados Unidos da América N° 9.090.487 e o Pedido Publicado de Patente de Invenção dos Estados Unidos da América N° 2014/0061134, a totalidade de cada uma das quais é aqui incorporada por referência.

[0025] Quando é utilizado um sistema de carvão ativado, o fluido a ser tratado deste modo pode compreender qualquer corrente contendo compostos orgânicos, tal como uma corrente de águas residuais de um processo de refinaria. Exemplos de materiais na corrente a serem removidos pela fonte de resíduos 102 podem incluir pesticidas herbicidas, fenóis, ftalatos e hidrocarbonetos, por exemplo, hidrocarbonetos aromáticos, hidrocarbonetos alifáticos e semelhantes.

[0026] Em algum ponto depois da operação da fonte de resíduos 102 para remover os componentes de um líquido utilizando carvão ativado, a capacidade do material de carvão para remover mais componentes alvo pode diminuir ou se exaurir ("gasta", em ambos os casos). Neste caso, uma quantidade do material residual original 116, que pode compreender material de carvão usado, material biológico (quando presente), contaminantes formadores de incrustações e quaisquer outros componentes podem ser entregues a partir do resíduo original 102 para o segundo trocador de calor 114, e depois para a unidade WAO 104. Quando o material de desperdício de fonte 116 compreende pelo menos carvão esgotado e material biológico, e o carvão esgotado é regenerado e o material biológico é oxidado na unidade WAO 104, o processo pode ser referido como regeneração de ar úmido (WAR). Deste modo, em uma concretização, é realizado um processo WAR na unidade WAO 104.

[0027] Em uma concretização, o material residual da fonte 116 po de estar na forma de uma lama ou lodo com um teor de água que varia entre aproximadamente 90% e cerca de 97% (teor de sólidos de aproximadamente 3-10%). Em certas concretizações, o material de fonte pode ser condicionado em um espessador de gravidade (por exemplo, um tanque de sedimentação) para proporcionar o material de resíduos de fonte 116 na forma de um material de lama espessada.

[0028] Conforme mencionado, o sistema WAO 100 pode compre ender um ou mais vasos de reator dedicados (por exemplo, unidade WAO 104) nos quais pode ocorrer oxidação e / ou regeneração do ma terial residual aquecido 106. Em uma concretização, o material residual aquecido recebido 106 pode ser misturado com um gás pressurizado contendo oxigênio, que pode ser fornecido por um compressor, antes do fluxo através do segundo trocador de calor 114. Dentro da unidade 104 de WAO, o material na mesma é aquecido durante um tempo adequado e sob condições adequadas eficazes para oxidar componentes indesejados no material e produzir um material tratado 108, tal como um produto de carvão regenerado. Em uma concretização, o processo WAO é levado a cabo a uma temperatura de 150° C a 320° C (275° F a 608° F) a uma pressão de 10 a 220 bar (150 a 3200 psi). Após a conclusão do processo WAO, o primeiro material tratado 108 pode então sair da unidade WAR 104.

[0029] A partir da unidade WAR 104, o primeiro material tratado ainda quente 108 pode ser utilizado para aquecer o material de resíduo da fonte 116 a ser alimentado à unidade de WAO 104 para regeneração. Em uma concretização, o primeiro material tratado 108 pode compreender um material regenerado, tal como um material de carvão regenerado, bem como uma mistura de gás empobrecida em oxigênio, que normalmente inclui os contaminantes removidos. Neste caso, o material regenerado e a mistura gasosa empobrecida em oxigênio podem ser alimentados coletivamente ou separadamente através do trocador de calor de redução de incrustações 110 e depois para o segundo trocador de calor 114 para aquecer o material residual da fonte 116.

[0030] Para reiterar, se o material tratado que sai diretamente da unidade WAO 104 aquecesse o material residual a ser introduzido na unidade WAO 104, o calor do material tratado provavelmente resultaria na precipitação dos contaminantes formadores de incrustações, resultando assim em significativas incrustações indesejadas dentro de componentes do sistema, incluindo o (s) trocador (es) de calor, vias de fluxo (tubulação, canos, etc.), válvulas e semelhantes. Pelo menos por este motivo, fazendo referência novamente à Figura 2, o primeiro material tratado 108 pode em vez de isso ser alimentado ao trocador de calor de redução de incrustações 110 para reduzir a temperatura do material tratado 108 antes da utilização do material tratado 108 para aquecer o material residual da fonte 116 para ser alimentado à unidade WAO 104 para oxidação e / ou regeneração do mesmo.

[0031] De acordo com um aspecto, o trocador de calor redutor de incrustações 110 pode ser configurado para reduzir a temperatura do primeiro material tratado 108 para uma que, pelo menos, reduza a probabilidade de incrustação por transferência de calor entre o primeiro material tratado 108 e o material residual da fonte 116 (que compreende o contaminante de formação de incrustações) no segundo trocador de calor 114. Está contemplado que a probabilidade reduzida de formação de incrustações pode ter lugar em qualquer localização entre o trocador de calor redutor de incrustações 110 e a cavidade interna da unidade WAO 104 onde ocorre oxidação e / ou regeneração. Uma vez que o resíduo aquecido 106 está dentro da unidade WAO 104, a incrustação não é preocupante.

[0032] Em uma concretização, o trocador de calor redutor de in crustações 110 pode ser eficaz para reduzir a temperatura do primeiro material de carvão regenerado 108 a uma temperatura que é inferior a um limite de temperatura de solubilidade de um contaminante formador de incrustações no material residual da fonte 116 a uma dada concentração do contaminante que forma incrustações. O limite de temperatura de solubilidade pode ser considerado como sendo uma temperatura a uma concentração particular do contaminante formador de incrustações sobre a qual qualquer aumento de temperatura fará com que o contaminante formador de incrustações caia cada vez mais da solução e cubra (deposite-se) em uma superfície, tal como uma super- fície de troca de calor. Como tal, o aumento da temperatura do meio sobre o limite de temperatura de solubilidade pode aumentar significativamente a quantidade de incrustação produzida por esse contami- nante no segundo trocador de calor 114. No entanto, abaixo desse limite de temperatura de solubilidade, é apreciado que pouca ou nenhuma incrustação pode ser formada.

[0033] Apenas a título de exemplo, o contaminante formador de incrustações pode compreender sulfato de cálcio. O sulfato de cálcio tem uma solubilidade de aproximadamente 100 mg / L a 130° C. De acordo com isto, a temperaturas superiores a 130° C, a solubilidade do sulfato de cálcio pode diminuir no meio no qual está solubilizado. Assim, apenas a título de exemplo, se o trocador de calor de redução de incrustações 110 limitar a temperatura do segundo trocador de calor 114 a uma temperatura de 130° C ou menos, a probabilidade de incrustações indesejadas dentro do segundo trocador de calor 114 e componentes a jusante do mesmo pode ser substancialmente reduzida ou eliminada. Deste modo, o trocador de calor de redução de in-crustações 110 pode reduzir ou impedir substancialmente a ocorrência de incrustações indesejadas no sistema 100.

[0034] O grau da redução de temperatura entre o primeiro material tratado 108 e o segundo material tratado 112 é sem limitação. Como tal, o trocador de calor de redução de incrustações 110 pode ser qualquer trocador de calor adequado eficaz para alcançar a redução de temperatura desejada. Além disso, o versado na técnica entenderá que a seleção de um trocador de calor e quaisquer parâmetros (por exemplo, tempo de residência, taxas de fluxo, volumes, pressões, etc.) podem ser modificados conforme necessário para proporcionar o grau desejado de redução de temperatura.

[0035] Em certas concretizações, um fluido de arrefecimento, tal como água, pode ser escoado através do trocador de calor para origi- nar a redução de temperatura desejada. Com referência à Figura 3, está ilustrada uma fonte de fluido 118 em comunicação de fluido com o trocador de calor de redução de incrustações 110 para entregar uma quantidade de um fluido 120 ao trocador de calor de redução de incrustações 110 eficaz para controlar uma extensão de redução de temperatura para o primeiro material tratado 108. Em uma concretização, o sistema 100 pode ainda incluir um controlador de fluxo de fluido 121 em comunicação com a fonte de fluido 118 eficaz para regular a quantidade de fluido 120 alimentado ao trocador de calor redutor de incrustações 110. No entanto, entende-se também que a presente invenção não é tão limitada e que um maior número destes componentes (e / ou quaisquer outros componentes do sistema 100 ou descritos aqui) pode também ser fornecido.

[0036] Referindo-se novamente à Figura 2, o segundo material tratado 112 pode sair do trocador de calor de redução de incrustações 110 e pode ser introduzido no segundo trocador de calor 114. Ao mesmo tempo, o material residual da fonte 116 pode ser alimentado ao segundo trocador de calor 114 para ser aquecido pelo segundo material tratado 112 no segundo trocador de calor 114. Em uma concretização, o segundo trocador de tubo 114 pode compreender um trocador de calor de casco e tubo como é conhecido na técnica e facilmente disponível comercialmente. Um trocador de calor de casco e tubo permite facilmente que o material residual da fonte fria 116 seja aquecido nos tubos do segundo trocador de calor 114, por exemplo, enquanto os cascos do segundo trocador de calor 114 permitem que o segundo material tratado 112 seja arrefecido à medida que ele aquece o material de carvão usado na fonte 116.

[0037] A partir de uma saída do segundo trocador de calor 114, um material residual aquecido 106 resultante (que compreende pelo menos um contaminante formador de incrustações) pode ser introdu- zido em uma entrada da unidade WAO 104 para a oxidação do material residual aquecido 106. Além disso, após o deslocamento através do segundo trocador de calor 114, um terceiro material tratado 130 resultante, que foi adicionalmente arrefecido pelo segundo trocador de calor 114, pode ser alimentado para armazenamento ou diretamente utilizado no processamento e tratamento subsequentes. Quando o material tratado compreende carvão regenerado, é apreciado que o carvão regenerado possa ser devolvido diretamente ao sistema PACT para reutilização do carvão.

[0038] Em certas concretizações, pode ser desejável aquecer o material residual original 116 a uma temperatura tão elevada quanto possível sem causar incrustações no sistema 100. Além disso, pode ser apreciado pelo especialista na técnica que a temperatura à qual o material residual aquecido 106 é elevado pode ser dependente da concentração coletiva de contaminantes formadores de incrustações no sistema 100. Sem limitação, em uma concretização, o material esgotado aquecido 106 pode ter uma temperatura de 100° C a aproximadamente 185° C para reduzir substancialmente ou eliminar a probabilidade de incrustações devido a contaminantes de formação de incrustações, por exemplo, sulfato de cálcio, no deslocamento do material residual para a unidade WAO 104.

[0039] Além disso, em certas concretizações, uma vez que o ma terial residual aquecido 106 pode não ser tão quente como os materiais da técnica anterior que entram na unidade WAO 104, a unidade WAO 104 pode ainda compreender uma ou mais fontes de calor adicionais para introduzir calor adicionado à unidade WAO 104 para realizar o processo de oxidação. Em uma concretização, como mostrada na Figura 4, a fonte de calor 122 pode compreender uma fonte de vapor 124 que proporciona vapor 126 a uma pressão predeterminada à unidade WAO 104 para uma fonte auxiliar de calor.

[0040] De acordo com outro aspecto da presente invenção, tal como ilustrado na Figura 5, pelo menos uma parte do terceiro material tratado 130 pode ser alimentada a partir do segundo trocador de calor 114 para um terceiro trocador de calor 132 para arrefecimento adicional do terceiro material tratado 130. A partir do terceiro trocador de calor 132, um quarto material tratado 134 pode sair do terceiro trocador de calor 132 e ser alimentado a jusante para processamento adicional, ou entregue a um local adequado e recipiente para armazenamento, transporte ou similar.

[0041] De acordo com outro aspecto, é proporcionado um proces so que pode reduzir a incrustação em um sistema 100 para o tratamento de um material utilizando oxidação por ar úmido. O processo pode compreender a redução de uma temperatura de um primeiro material tratado 108 alimentado a partir de uma unidade de oxidação de ar úmido 104 através de um primeiro trocador de calor (por exemplo, trocador de calor de redução de incrustações 110) antes da entrega do material tratado 108 a um segundo trocador de calor 114, que aquece um material residual da fonte 116 compreendendo nele pelo menos um contaminante formador de incrustações com o calor do primeiro material tratado 108 para formar um material residual aquecido 106. A redução de temperatura do primeiro material tratado 108, por exemplo, pode ser eficaz para diminuir a probabilidade de incrustações indese- jadas no sistema 100 (por exemplo, incrustações no segundo trocador de calor 114 e vias de fluxo que conduzem à unidade WAO 104) conforme material residual é alimentado para a unidade WAO 104.

[0042] De acordo com outro aspecto, é proporcionado um proces so de regeneração que pode reduzir as incrustações em um sistema (por exemplo, o sistema 100). Nesta concretização, o sistema de oxidação de ar úmido 100 e a unidade 104 podem compreender um sistema e unidade de regeneração de ar úmido, respectivamente, para a regeneração de um material de carvão gasto. Nesta concretização, o processo pode incluir: (a) redução de uma temperatura de um primeiro material tratado 108, tal como um material de carvão regenerado e / ou uma mistura de gás empobrecida em oxigênio, descarregada de uma unidade de regeneração de ar úmido 104 em um primeiro trocador de calor (por exemplo, trocador de calor redutor de incrustações 110); (B) entregar o primeiro material tratado 108 a partir do primeiro trocador de calor (por exemplo, trocador de calor de redução de incrustações 110) a um segundo trocador de calor 114. O segundo trocador de calor 114 aquece um material residual original 116 (tal como um material que compreende carvão usado e um contaminante formador de incrustações) com calor do primeiro material tratado 108 para gerar um material residual aquecido 106. O processo inclui ainda: (c) entrega o material residual aquecido 106 à unidade de regeneração de ar úmido 104 para regeneração do material residual aquecido 106. A redução da temperatura do primeiro material tratado 108 pode ser eficaz para reduzir um grau de incrustação indesejável no sistema associado à medida que o material residual é alimentado para a unidade de regeneração de ar úmido 104.

[0043] Nas concretizações aqui descritas, é apreciado que uma ou mais entradas, vias, saídas, bombas, válvulas, arrefecedores, fontes de energia, sensores de fluxo ou controladores (compreendendo um microprocessador e uma memória), ou similares podem ser incluídos em qualquer dos sistemas aqui descritos para facilitar a introdução, introdução, saída, temporização, volume, seleção e direção dos fluxos de qualquer um dos componentes (por exemplo, carvão regenerado, carvão usado, vapor, fluidos de arrefecimento). Outro sistema WAO exemplificativo e seus componentes são apresentados na Patente dos Estados Unidos da América No. 8.501.011, a qual é aqui incorporada por referência.

[0044] A função e as vantagens destas e outras concretizações da presente invenção serão mais totalmente compreendidas a partir dos exemplos que se seguem. Estes exemplos pretendem ser de natureza ilustrativa e não são considerados como limitando o âmbito da invenção.

EXEMPLO

[0045] O carbono gasto foi processado em um sistema que conti nha cálcio como o contaminante conhecido formador de incrustações. A taxa de fluxo de líquido era de aproximadamente 20 m3 / h e a taxa de fluxo de ar era de aproximadamente 1100 kg / h com o reator WAR funcionando a aproximadamente 245° C. O percurso de fluxo geral foi o seguinte: Uma bomba de alta pressão pressurizou uma pasta líquida contendo carvão usado e um compressor de ar de alta pressão injetou ar atmosférico em um ponto de mistura comum. Esta mistura entrou em um lado do tubo de um trocador de calor e frio. O trocador de calor era de um do tipo tubo e casco operado em contracorrente. Foram fornecidos dois feixes trocadores de calor conectados em série, o que significa que a saída do tubo do trocador de calor mais frio alimentou a entrada do tubo do trocador de calor mais quente. Além disso, a saída do casco do trocador de calor mais quente alimentou a entrada do casco do trocador de calor mais frio.

[0046] A partir da saída do tubo do trocador de calor mais quente, adicionou-se energia auxiliar por um tubo de condensação de vapor e trocador de calor de casco. A mistura de processo estava contida nos tubos e fez várias passagens dentro de um único casco alimentado com vapor. O vapor condensa nos tubos fornecendo energia quando partida necessária ou quando o trocador de calor anterior começa a sujar com incrustações. A mistura que sai do trocador de calor de vapor foi direcionada para o reator onde ocorre uma reação exotérmica, gerando calor. A mistura regenerada sai do reator e alimenta o lado do reservatório do trocador de calor mais quente. A mistura quente foi arrefecida pela alimentação de entrada. Depois de a mistura ter saído do lado do casco do trocador de calor mais frio, a mistura foi despressuri- zada. A mistura foi separada em correntes de vapor / gás e líquido / sólido e descarregada nos locais apropriados.

[0047] Com referência à Figura 6, são mostrados os efeitos da in crustação nos dois trocadores de calor que funcionam a duas temperaturas diferentes. Os resultados experimentais mostraram uma diminuição no desempenho do trocador de calor ao longo do tempo do trocador de calor mais quente. Neste exemplo, o primeiro trocador de calor (linha superior) representa o trocador de calor mais frio dos dois, que foi operado a menos de 170°C. Este primeiro trocador de calor não diminuiu de eficiência porque a esta temperatura o ponto de solubilidade do sulfato de cálcio não foi atingido. O segundo trocador de calor (linha inferior) foi mais quente, foi operado a cerca de 220°C e rapidamente se incrustou de tal modo que foi observada uma diminuição de eficiência abaixo de 100% da capacidade de transferência de calor de projeto. Neste ponto, todo o processo teve de ser desligado devido a uma transferência de calor insuficiente e a uma maior queda de pressão devido à formação de incrustações.

[0048] Embora várias concretizações da presente invenção te nham sido mostradas e descritas aqui, será óbvio que tais concretizações são proporcionadas apenas a título de exemplo. Podem ser feitas numerosas variações, mudanças e substituições sem se afastar da presente invenção.

Claims

1. Sistema de tratamento (100) compreendendo, um material residual da fonte (116) compreendendo um material de carvão gasto e um contaminante formador de incrustação, uma unidade de oxidação de ar úmido (104) para receber um material residual aquecido (106) compreendendo o material residual da fonte (116) um contaminante formador de incrustações e descarregar um primeiro material tratado (108) compreendendo um material de carvão regenerado; um trocador de calor de redução de incrustações (110) em comunicação de fluido com a unidade de oxidação de ar úmido (104) para receber o primeiro material tratado (108) da unidade de oxidação de ar úmido (104) e para descarregar um segundo material tratado (112) compreendendo carvão regenerado tendo uma temperatura reduzida em relação ao primeiro material tratado (108); e um segundo trocador de calor (114) em comunicação de fluido com o trocador de calor redutor de incrustações (110) para receber o segundo material tratado (112), o segundo trocador de calor (114) disposto adicionalmente para receber um material residual da fonte (116) compreendendo o material de carvão gasto e o contami- nante formador de incrustação e descarregar o material residual aquecido (106) para ser entregue à unidade de oxidação de ar úmido (104); caracterizado pelo fato de que o material residual aquecido (106) compreende uma temperatura aumentada em relação ao material residual da fonte (116) devido à troca de calor com o segundo material tratado (112), e sendo que o segundo material tratado (112) compreende uma temperatura inferior a um limite de temperatura de solubilidade do contaminante formador de incrustações a uma dada concentração do contaminante formador de incrustações.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o trocador de calor redutor de incrustações (110) é eficaz para reduzir a temperatura do primeiro material tratado (108) de tal modo que o segundo material tratado (112) compreende uma temperatura de 100° C a 185° C.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que, o contaminante formador de incrustações compreende um membro selecionado do grupo que consiste em alumínio, cálcio, carbonato, ferro, magnésio, fósforo, sulfato e suas combinações.

4. Sistema de acordo coma reivindicação 3, caracterizado pelo fato que o contaminante formador de incrustações compreende cálcio.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato que o contaminante formador de incrustações está na forma de sulfato de cálcio.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o segundo trocador de calor (114) compreende um trocador de calor de casco e tubo.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o sistema (100) compreende ainda uma fonte de fluido (118) em comunicação fluida com o trocador de calor redutor de incrustações (110) para entregar uma quantidade de um fluido (120) ao trocador de calor redutor de incrustações (110) eficaz para controlar uma extensão de redução da temperatura para o primeiro material tratado (108).

8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um controlador de fluxo de fluido (121) em comunicação com a fonte de fluido (118) e eficaz para regular a quantidade de fluido (120) entregue ao trocador de calor redutor de incrustações (110).

9. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que o material residual da fonte (116) é fornecido de pelo menos de um sistema de tratamento de carvão ativado em pó (PACT) ou um sistema de carvão ativado granular (GAC).