BR112018071161B1

BR112018071161B1 - Aparelho de processamento.

Info

Publication number: BR112018071161B1
Application number: BR112018071161-6A
Authority: BR
Inventors: George Burnett; Mike Bradley; John Robinson
Original assignee: Nov Downhole Eurasia Limited
Priority date: 2016-04-13
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2022-04-19
Also published as: US10711199B2; DK3442698T3; US20190127645A1; AR108132A1; BR112018071161A2; SG11201809044VA; CA3020787C; AU2017248706A1; AU2017248706B2; CA3020787A1; EP3442698B1; EP3442698A1; WO2017178793A1; GB2549313A

Abstract

Um aparelho de processamento é descrito que compreende uma câmara de processamento de micro-onda (20), um rígido, roda de alimentação rotativa (16) rotável em torno de um eixo de rotação de modo que uma parte da roda de alimentação (16) esteja localizada dentro da câmara de processamento (20), um dispositivo de alimentação (26) operável para depositar materiais a serem processados na roda de alimentação (16), e uma saída (30) na qual materiais processados a partir da roda de alimentação (16) podem ser depositados, em uso.

Description

[001] Esta invenção refere-se a um aparelho de processamento, e em particular um aparelho de processamento destinado a ser utilizado na extração de hidrocarbonetos a partir de uma matriz de materiais sólidos, tal como lascas de pedra ou semelhantes.

[002] WO2008/059240 descreve um arranjo que pode ser utilizado na extração de hidrocarbonetos de outros materiais. O arranjo compreende uma correia transportadora na qual materiais a serem processados são carregados, a correia transportadora carrega os materiais através de uma câmara de processamento na qual micro-ondas são aplicadas aos materiais. A aplicação de micro-ondas resulta no rápido aquecimento da água carregada com os materiais e na dessorção térmica de hidrocarbonetos dos materiais. Enquanto o processamento por micro-ondas dos materiais para extrais hidrocarbonetos dos mesmos opera satisfatoriamente em testes, a manipulação dos materiais contendo hidrocarbonetos na prática é difícil. Verificou-se que os materiais tendem a aderir ao material da correia transportadora, e isto pode resultar na passagem repetida dos materiais na correia transportadora pela câmara de processamento. Como uma consequência, vitrificação pode ocorrer. Além disso, durante a aplicação de micro-ondas de alta potência, verificou-se que formação de arcos ocorre frequentemente, levando a danos na correia transportadora. Como uma consequência, substituição regular das correias transportadoras foi necessária.

[003] Em vez de usar um transportador de correia para carregar os materiais através da câmara de processamento, foi desenvolvido um arranjo com base em um parafuso de alimentação, por exemplo, como descrito em WO2013/110944. Contudo, embora a formação de arcos em tais arranjos seja um problema menor uma vez que a câmara de processamento é substancialmente preenchida com materiais a serem processados, tais arranjos também sofrem com a desvantagem de que materiais sendo processados frequentemente aderem a partes do arranjo de parafuso de alimentação com o resultado de que o tempo de residência dentro da câmara de processamento é indesejavelmente longo. Novamente, como resultado, vitrificação pode ocorrer. Os materiais vitrificados podem alcançar temperaturas suficientemente altas de modo que partes do arranjo de parafuso de alimentação ou câmara de processamento, tal como os componentes de cerâmica da mesma, sejam danificadas.

[004] Um dos problemas que tem sido experimentado é que, antes do tratamento, os materiais sendo processados são razoavelmente fluentes, e após o processamento eles tomam a forma de um pó que pode ser transportado, mas durante a operação de processamento os materiais tendem a se tornar um conglomerado muito pegajoso que é muito difícil de manusear.

[005] É um objetivo da invenção prover um aparelho de processamento em que pelo menos algumas das desvantagens associadas aos arranjos de processamento conhecidos sejam superadas ou tenham efeito reduzido.

[006] De acordo com a presente invenção é provido um aparelho de processamento que compreende uma câmara de processamento de microonda, uma roda de alimentação rígida rotativa rotatória em torno de um eixo geométrico de rotação de modo que uma parte da roda de alimentação esteja localizada dentro da câmara de processamento, um dispositivo de alimentação operável para depositar materiais a serem processados na roda de alimentação, e uma saída na qual materiais processados a partir da roda de alimentação podem ser depositados, em uso.

[007] Preferivelmente, um mecanismo de raspador é provido através do qual, uma vez que os materiais processados a partir da roda de alimentação tiverem sido depositados na saída, materiais aderidos à roda de alimentação podem ser raspados da mesma antes da deposição de materiais a serem processados para isso a partir do dispositivo de alimentação.

[008] Será reconhecido que um tal arranjo é vantajoso já que o risco de materiais passarem repetidamente pela câmara de processamento é reduzido. A probabilidade de vitrificação dos materiais é assim reduzida, e então o risco de danos decorrentes de tal vitrificação é também reduzido.

[009] Como a roda de alimentação é de construção rígida, suas dimensões e folgas entre ela e outras partes do aparelho de processamento podem ser selecionadas de tal maneira que formação de arcos seja evitada ou reduzida, e micro-ondas sejam contidas e concentradas dentro da câmara de processamento.

[0010] A roda de alimentação é preferencialmente conformada para definir um canal. A título de exemplo, a roda de alimentação pode definir um cubo cilíndrico e um par de flanges ou aros se estendendo radialmente para fora, os aros e cubo juntos definindo o canal. Pelo menos o cubo da roda de alimentação é convenientemente formado a partir de um material transparente de micro-onda, tal como um material de plásticos e/ou de cerâmica adequado.

[0011] A invenção será adicionalmente descrita, a título de exemplo, com referência aos desenhos anexos, em que figura 1 é uma vista parcialmente explodida ilustrando um aparelho de processamento de acordo com uma modalidade da invenção; figura 2 é uma vista ilustrando a roda de alimentação do aparelho da figura 1; figura 3 é outra vista (com partes omitidas para clareza) ilustrando o aparelho da figura 1; figura 4 é uma vista ilustrando parte do aparelho; e figura 5 é uma vista ilustrando uma modalidade alternativa.

[0012] Referindo-se às figuras 1 a 4 dos desenhos em anexo, um aparelho de processamento 10 de acordo com uma modalidade da invenção é ilustrado. O aparelho de processamento 10 compreende um alojamento 12 de formato multiparte, incluindo uma parte inferior 12a e uma parte superior 12b. A parte inferior 12a carrega rolamentos 14, pelo qual uma roda de alimentação rígida 16 é suportada para rotação em torno de um eixo geométrico de rotação definido pelos rolamentos. Carrega adicionalmente um motor 18, por exemplo, de forma eletricamente energizado, operável para acionar a roda de alimentação 16 para rotação, sendo o motor 18 controlado por um controlador (não mostrado).

[0013] A parte superior 12b define uma câmara de processamento de micro-ondas 20 à qual são fornecidas micro-ondas, em uso, através de um guia de ondas 22 provido em um alojamento de guia de ondas 24 preso ao alojamento12 e localizado, em uso, dentro da periferia da roda de alimentação 16. Parte da periferia da roda de alimentação 16 se estende através da câmara de processamento 20 de tal modo que, ao longo do tempo em que a roda de alimentação 16 é rotada, toda a periferia da roda de alimentação 16 passa através da câmara de processamento 20.

[0014] Um dispositivo de alimentação 26 incluindo um parafuso de alimentação 28 é operável para depositar materiais a serem processados em uma parte superior da roda de alimentação 16, e uma saída 30 dimensionada para minimizar o escape de energia de micro-onda é arranjada para permitir a coleta de materiais processados da roda de alimentação 16, os materiais processados caindo da roda de alimentação 16 para a saída 30 depois de passarem através da câmara de processamento 20. Como mostrado na Figura 4, o dispositivo de alimentação 26 convenientemente inclui um sensor de nível na forma de uma aba pivotável 26a que se apoia sobre a superfície de um material dispensado, e um sensor 26a, tal como um LVDT, monitorando a posição da aba 26a. O sensor de nível provê assim informação relativa ao nível de material depositado na roda 16 em qualquer momento.

[0015] Como mostrado na Figura 2, a roda de alimentação 16 compreende um cubo cilíndrico 32 e um par de aros 34, 36. O cubo 32 e os aros 34, 36 juntos definem um canal 37 dentro do qual os materiais a serem processados são depositados por um dispositivo de alimentação 26, em uso, e a partir do qual materiais processados caem dentro da saída 30 depois da rotação da roda de alimentação 16 para mover os materiais através da câmara de processamento 20. Em uma extremidade axial, o cubo 32 é fechado por uma parede de extremidade 38, e um eixo de roda 40 montado na parede de extremidade 38 é suportado pelos rolamentos 14 para suportar a roda de alimentação 16 para rotação.

[0016] O cubo 32 da roda de alimentação 16 é formado a partir de várias seções, cada uma das quais é de um material que é substancialmente transparente às micro-ondas, por exemplo sendo formada a partir de um material de plásticos e/ou de cerâmica adequado. A título de exemplo, as seções podem ser cada de nitreto de boro, que é relativamente fácil de maquinar, embora outros materiais mais duros podem ser utilizados. O restante da roda de alimentação 16 pode também ser formado a partir de um material transparente de micro-onda, se desejado. No entanto, isso não é de importância e, se desejado, as ditas outras partes podem ser de materiais metálicos ou semelhantes, de modo a serem suficientemente resistentes para permitir que a roda de alimentação 16 suporte as cargas aplicadas à mesma, em uso. Embora ilustrada como tomando a forma de várias seções, a roda de alimentação 16 poderia potencialmente ser de construção de peça única, o que pode ser vantajoso em que o vazamento de micro-ondas e/ou o vazamento de materiais entre as seções pode(m) ser evitado(s).

[0017] Como mostrado na Figura 1, a parte superior 12b do alojamento 12 é provida com uma saída 42 pela qual vapor e hidrocarbonetos extraídos durante a operação de processamento e carregados com o vapor podem ser extraídos do aparelho 10.

[0018] Em uso, o motor 18 é operado para acionar a roda de alimentação 16 para rotação, e o dispositivo de alimentação 26 é operado para dispensar ou depositar materiais a serem processados na parte superior da roda de alimentação 16, para dentro do canal 37 definido pelos aros 34, 36 e o cubo 32. Embora dispensado a uma parte superior da roda de alimentação 16, como mostrado na Figura 4, o ponto no qual o dispositivo de alimentação 26 emite os materiais a serem processados na roda de alimentação 16 é convenientemente abaixo da parte superior da roda de alimentação 16 de modo que a rotação da roda de alimentação eleva os materiais antes que os materiais sejam processados, permitindo que o excesso de fluidos seja drenado a partir dos mesmos. A velocidade de rotação da roda de alimentação 16 e a taxa de dispensação de material pelo dispositivo de alimentação 26 são convenientemente selecionadas de modo que o canal 37 é substancialmente completamente preenchido com material a ser processado, ou de modo que uma profundidade e/ou perfil desejado(s) substancialmente profundo(s) de material seja(m) aplicado(s) ao canal 37. A saída do sensor de nível pode ser usada para controlar a operação do motor 18 e/ou o dispositivo de alimentação 26 para garantir que a quantidade desejada de material esteja presenta sobre a roda de alimentação 16.

[0019] Será reconhecido que a rotação da roda de alimentação 16 transporta os materiais localizados dentro do canal 37 da mesma através da câmara de processamento 20 onde os materiais são processados por meio da aplicação de micro-ondas aos mesmos. As micro-ondas são fornecidas através da guia de ondas 22 à parte inferior do cubo 32, mas a natureza transparente de micro-onda do cubo 32 permite que micro-ondas passem através do cubo 32 para interagir com os materiais carregados por meio do mesmo e localizados dentro da câmara de processamento 20. A aplicação de micro-ondas aos materiais sendo processados rapidamente aquece o teor de água dos materiais e resulta na dessorção térmica de qualquer teor de hidrocarboneto dos materiais. A maneira em que os materiais de hidrocarboneto são extraídos dos materiais sendo processados é similar à descrita em WO2008/059240 e então não será descrita aqui em detalhes adicionais, a não ser para notar que após completar o processamento, os materiais localizados dentro do canal 37 estarão substancialmente livres de hidrocarbonetos, os hidrocarbonetos sendo carregados com o vapor produzido durante a operação de processamento e extraídos do alojamento 12 por meio da saída 42. A saída 42 pode ser provida em um número de posições, Figuras 1 e 4 ilustrando duas opções para a localização da saída 42.

[0020] A velocidade de rotação da roda de alimentação 16 e a potência de micro-onda aplicada são selecionadas de tal maneira que garante o processamento substancialmente completo dos materiais à medida que eles passam através da câmara de processamento 20, sem o processamento em excesso dos mesmos.

[0021] A rotação contínua da roda de alimentação 16 resulta nos materiais processados sendo transportados a uma posição em que eles podem cair sob ação da gravidade a partir da roda de alimentação 16 para a saída 30 de onde eles podem ser coletados, prontos para transporte a outro lugar.

[0022] Dentro da parte inferior 12a do alojamento 12, adjacente à saída 30, está localizado um dispositivo de raspador 44. Em alguns arranjos, o raspador 44 pode estar em contato com as superfícies do cubo 32 e dos aros 34, 36 para raspar a partir dos mesmos quaisquer materiais que possam ter aderido aos mesmos. No entanto, como nitreto de boro pode ser relativamente mole e, por isso, pode estar sujeito a desgaste, o raspador 44 é preferivelmente espaçado ligeiramente das superfícies da roda de alimentação 16 para minimizar desgaste da mesma enquanto ainda permitindo que material aderido à mesma possa ser expelido. Os materiais expelidos são convenientemente dispensados à saída 30. Será reconhecido que nessa maneira, a passagem repetida de materiais através da câmara de processamento 20 e os riscos associados ao processamento em excesso e vitrificação são evitados.

[0023] O perfil do dispositivo de raspador 44 convenientemente segue o perfil da roda de alimentação 16 para minimizar a quantidade de material capaz de passar entre os mesmos. Foi verificado que, em uso, a quantidade de vapor produzido durante a operação tende a auxiliar a limpeza da roda de alimentação 16 e, assim, apesar da presença de uma folga pequena, pouco ou nenhum material passa pelo dispositivo de raspador 44.

[0024] Será reconhecido que o aparelho descrito acima é especialmente adequado para uso no processamento contínuo de materiais. Consequentemente, a qualquer momento, a roda de alimentação 16 estará carregando materiais não processados que acabaram de ser dispensados ao canal 37, materiais parcialmente processados que estão sendo transportados através da câmara de processamento 20 e materiais completamente processados que estão prestes a serem depositados dentro da saída 30. Uma parte da roda de alimentação 16 também estará sendo limpa pelo dispositivo de raspador, e outra parte da roda de alimentação 16 estará prestes a ter materiais depositados na mesma a partir do dispositivo de alimentação 26.

[0025] Como a roda de alimentação 16 é de forma rígida, será reconhecido que a limpeza da mesma é relativamente simples. As dimensões da roda de alimentação 16, do alojamento 12 e do alojamento de guia de onda 24 e os espaçamentos entre as mesmas são escolhidos de tal maneira que o risco de formação de arcos seja minimizado, e que as micro-ondas sejam contidas dentro do alojamento 12, em uso. No arranjo ilustrado, partes do dispositivo de alimentação 26 são conformadas para minimizar a folga entre o dispositivo de alimentação 26 e a roda de alimentação 16, o dispositivo de alimentação 26 servindo como um estrangulador. Em conjunto com características similares da saída 30 e dispositivo de raspador 44, potência de micro-onda é contida dentro da câmara de processamento 20. Para impedir a passagem de micro-ondas em torno das bordas externas dos aros 34, 36, uma série de ranhuras são convenientemente formadas entre os mesmos.

[0026] O aparelho de processamento 10 assim permite manipulação e processamento de materiais contendo hidrocarboneto, tal como lascas de pedra produzidas durante a formação de furos de sondagem, em uma maneira simples e conveniente, evitando o processamento em excesso ou repetido dos materiais, em um aparelho que autolimpante e requer manutenção mínima durante operação.

[0027] Embora não ilustrado, o aparelho de processamento 10 convenientemente inclui uma conexão a uma fonte de gás nitrogênio e uma válvula operável para controlar a aplicação de gás nitrogênio à câmara de processamento 20. Em uso, mediante partida inicial do aparelho, a válvula é preferivelmente aberta para fornecer gás nitrogênio à câmara de processamento para diluir a atmosfera dentro da câmara de processamento 20 para reduzir o teor de oxigênio da mesma e, portanto, reduzir o risco de combustão de materiais localizados dentro da câmara de processamento 20. Preferivelmente, o fornecimento de gás nitrogênio reduz o teor de oxigênio da atmosfera dentro da câmara de processamento para menos do que aproximadamente 7%. Na medida que o aparelho de processamento 10 prossegue, vapor é gerado dentro da câmara de processamento 20, o que serve como um diluente alternativo, reduzindo a proporção de oxigênio livre dentro da atmosfera da câmara de processamento 20, e assim o fornecimento de nitrogênio pode ser correspondentemente reduzido, ou terminado, pelo controle apropriado da válvula.

[0028] Figura 5 ilustra um arranjo que é similar ao das figuras 1 a 4, mas em que ao invés de usar o motor 18 localizado e arranjado de modo a acionar a roda de alimentação 16 para rotar ao redor de seu eixo geométrico, um arranjo de acionamento por fricção 18a é provido dentro da parte inferior 12a do alojamento 12 e arranjado para cooperar com as superfícies da roda de alimentação 16 para apoiar a roda 16 para rotar e transmitir acionamento à mesma.

[0029] Embora uma modalidade da invenção é descrita aqui e ilustrada nos desenhos anexos, será reconhecido que uma faixa ampla de modificações e alterações podem ser feitas ao aparelho de processamento sem se afastar do escopo da invenção conforme definido pelas reivindicações anexas.

Claims

1. Aparelho de processamento (10), caracterizado pelo fato de que compreende uma câmara de processamento (20) de micro-onda, um rígido, roda de alimentação (16) rotativa rotável em torno de um eixo de rotação, de modo que uma parte da roda de alimentação (16) esteja localizada dentro da câmara de processamento (20), um dispositivo de alimentação (26) operável para depositar materiais a serem processados em uma superfície externa de rolamento da roda de alimentação (16), e uma saída (30) na qual materiais processados a partir da roda de alimentação (16) podem ser depositados, em uso, e em que a roda de alimentação (16) é orientada de modo que os materiais processados possam cair da superfície de rolamento externa para a saída (30) após os materiais processados passarem através da câmara de processamento (20).

2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um raspador (44) é provido através do qual, uma vez que os materiais processados a partir da roda de alimentação (16) tiverem sido depositados na saída (30), materiais aderidos à roda de alimentação (16) podem ser raspados dos mesmos antes da deposição de materiais a serem processados para isso a partir do dispositivo de alimentação (26).

3. Aparelho de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que as dimensões da roda de alimentação (16) e o alojamento (12), e as folgas entre os mesmos, são selecionados para evitar formação de arco e conter micro-ondas dentro do aparelho (10).

4. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a roda de alimentação (16) é conformada para definir um canal (37).

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que uma roda de alimentação (16) compreende um cubo cilíndrico (32) e um par de flanges ou aros (34, 36) se estendendo radialmente para fora, os aros (34, 36) e cubo (32) juntos definindo o canal (37).

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos o cubo (32) da roda de alimentação (16) é formado a partir de um material transparente de micro-onda.

7. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um motor (18) operável para acionar a roda de alimentação (16) para rotação.

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o motor (18) é configurado para prover uma velocidade de rotação da roda de alimentação que é selecionada para garantir processamento completo de materiais dentro da câmara de processamento.

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de alimentação é configurado para possuir uma velocidade de operação que é escolhida com relação à velocidade de rotação da roda de alimentação para garantir que uma quantidade desejada de material esteja presente na roda de alimentação.

10. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de alimentação (26) compreende um sensor de nível (26a), em que o sensor de nível (26a) é usado para controlar a operação do motor (18) e/ou o dispositivo de alimentação (26) para garantir que uma quantidade desejada de material está presente na roda de alimentação.