BR112019012571A2 - método para o resfriamento direto de uma operação unitária sob uma carga de calor fixa até uma temperatura mais baixa - Google Patents

método para o resfriamento direto de uma operação unitária sob uma carga de calor fixa até uma temperatura mais baixa Download PDF

Info

Publication number
BR112019012571A2
BR112019012571A2 BR112019012571A BR112019012571A BR112019012571A2 BR 112019012571 A2 BR112019012571 A2 BR 112019012571A2 BR 112019012571 A BR112019012571 A BR 112019012571A BR 112019012571 A BR112019012571 A BR 112019012571A BR 112019012571 A2 BR112019012571 A2 BR 112019012571A2
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
flow
temperature
unit operation
effluent
fluid
Prior art date
Application number
BR112019012571A
Other languages
English (en)
Other versions
BR112019012571B1 (pt
Inventor
Thomas Matthew
Abdul-Aziz Rashad Mohammad
M Kelly Richard
J Scharmach William
Ma Lenhert Yi
Original Assignee
Praxair Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Praxair Technology Inc filed Critical Praxair Technology Inc
Publication of BR112019012571A2 publication Critical patent/BR112019012571A2/pt
Publication of BR112019012571B1 publication Critical patent/BR112019012571B1/pt

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B19/00—Machines, plants or systems, using evaporation of a refrigerant but without recovery of the vapour
    • F25B19/005—Machines, plants or systems, using evaporation of a refrigerant but without recovery of the vapour the refrigerant being a liquefied gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/1836—Heating and cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/0006—Controlling or regulating processes
    • B01J19/0013—Controlling the temperature of the process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/26—Nozzle-type reactors, i.e. the distribution of the initial reactants within the reactor is effected by their introduction or injection through nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • B01J4/002—Nozzle-type elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/001—Controlling catalytic processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B1/00—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle
    • F25B1/06—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of jet type, e.g. using liquid under pressure
    • F25B1/08—Compression machines, plants or systems with non-reversible cycle with compressor of jet type, e.g. using liquid under pressure using vapour under pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B19/00—Machines, plants or systems, using evaporation of a refrigerant but without recovery of the vapour
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B31/00—Compressor arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00327—Controlling the temperature by direct heat exchange
    • B01J2208/00336—Controlling the temperature by direct heat exchange adding a temperature modifying medium to the reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00327—Controlling the temperature by direct heat exchange
    • B01J2208/00336—Controlling the temperature by direct heat exchange adding a temperature modifying medium to the reactants
    • B01J2208/00345—Cryogenic coolants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00327—Controlling the temperature by direct heat exchange
    • B01J2208/00336—Controlling the temperature by direct heat exchange adding a temperature modifying medium to the reactants
    • B01J2208/00353—Non-cryogenic fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00327—Controlling the temperature by direct heat exchange
    • B01J2208/00336—Controlling the temperature by direct heat exchange adding a temperature modifying medium to the reactants
    • B01J2208/00353—Non-cryogenic fluids
    • B01J2208/00362—Liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00327—Controlling the temperature by direct heat exchange
    • B01J2208/00336—Controlling the temperature by direct heat exchange adding a temperature modifying medium to the reactants
    • B01J2208/00353—Non-cryogenic fluids
    • B01J2208/00371—Non-cryogenic fluids gaseous
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00121—Controlling the temperature by direct heating or cooling
    • B01J2219/00123—Controlling the temperature by direct heating or cooling adding a temperature modifying medium to the reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00121—Controlling the temperature by direct heating or cooling
    • B01J2219/00123—Controlling the temperature by direct heating or cooling adding a temperature modifying medium to the reactants
    • B01J2219/00126—Cryogenic coolants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/19—Calculation of parameters

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

a presente invenção refere-se a um método de preparação de um agente refrigerante de gás para o resfriamento direto de uma operação unitária sob uma carga de calor fixa a partir de sua temperatura de operação normal (por exemplo, 148,8°c (300°f) e acima) até uma temperatura mais baixa (por exemplo, abaixo de 37,7°c (100°f)) para permitir a manutenção ou outro trabalho não rotineiro a ser executado na dita operação unitária.

Description

MÉTODO PARA O RESFRIAMENTO DIRETO DE UMA OPERAÇÃO UNITÁRIA SOB UMA CARGA DE CALOR FIXA ATÉ UMA
TEMPERATURA MAIS BAIXA
Campo da Invenção [001] A presente invenção se refere a um método para preparo de um gás refrigerante para o resfriamento direto de uma operação unitária sob uma carga de calor fixa, de sua temperatura de operação normal (por exemplo, 300°F e acima) até uma temperatura mais baixa (por exemplo, abaixo de 100°F), a fim de permitir que se execute manutenção ou outro trabalho não rotineiro na dita operação unitária. Mais especificamente, a operação unitária é resfriada com um fluido que é gerado mediante o fornecimento e mistura de um fluido frio com uma porção de gás efluente proveniente da operação unitária. O fluido frio é usado como uma força motriz para uma bomba não mecânica que é usada para recircular uma porção do gás efluente proveniente da operação unitária. O gás efluente é combinado ao fluido frio para criar um fluxo de resfriamento, o qual é conduzido à operação unitária para resfriar a mesma com o uso de troca de calor por contato direto.
Descrição da técnica relacionada [002] Os equipamentos usados em operações unitárias de temperatura elevada, como aquelas observadas em processamento químico e petroquímico, passam por manutenção de rotina que é, às vezes, precedida por uma etapa de resfriamento na qual o equipamento é levado até uma temperatura abaixo daquela das operações normais. Será entendido pelos versados na técnica que a operação unitária, como usada na presente invenção, se refere a qualquer parte de um processo, em etapa única ou em múltiplas etapas, envolvido na alteração física ou química de um material. Exemplos de uma operação unitária incluem separação, purificação, mistura, reação, geração de energia, troca de calor e outras etapas de sintetização, armazenamento e análise. O equipamento e seus constituintes nessa condição
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 7/46
2/26 de baixa temperatura são considerados não operacionais, ou desativados, uma vez que o estado não é propício ao funcionamento normal. O estado resfriado do equipamento arrefece qualquer atividade de componentes e permite entrada segura no sistema, bem como manuseio e troca segura de componentes, e/ou outras atividades de manutenção. O resfriamento do equipamento pode ser uma etapa crítica para colocar o equipamento de volta à atividade tão rápido quanto possível, já que pode atrasar qualquer manutenção subsequente. Por exemplo, o catalisador usado em processos de refinaria, como hidrotratamento, hidrocraqueamento, reformação e recuperação, exige troca frequente devido à desativação dos leitos catalisadores ao longo do tempo. Antes de trocar o catalisador, o equipamento de operação unitária exige resfriamento até a temperatura ambiente. Com as altas temperaturas de operação normalmente usadas em processos de refino (as temperaturas podem estar na faixa de 300°F até acima de 1.000°F), isso pode frequentemente levar a um gargalo no processo de parada, dada a quantidade de catalisador e o tamanho (e a massa) do equipamento.
[003] Os clientes com capacidades de resfriamento existentes (isto é, capacidade de remover calor) podem ser capazes de reduzir a temperatura até um certo ponto, antes que a remoção de calor (isto é, a taxa de redução de temperatura da operação unitária) se torne mais difícil. Conforme será reconhecido pelos versados na técnica, o resfriamento assistido ou acelerado é o processo de adicionar gás inerte frio a um fluxo de gás de processo, a fim de conduzir a um resfriamento mais rápido. O gás frio aprimora a transferência de calor mediante o aumento da refrigeração disponível e a ampliação da diferença de temperatura entre o agente refrigerante e o equipamento de operação unitária. A transferência de calor aprimorada reduz o tempo de parada e permite que o equipamento seja trazido mais rapidamente de volta à atividade. Os gases inertes usados no resfriamento assistido podem incluir nitrogênio, argônio, dióxido de carbono ou hélio; em geral, porém, o baixo
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 8/46
3/26 custo do nitrogênio faz deste gás o refrigerante preferencial. O gás também ajuda a tomar inerte o ambiente para componentes que possam reagir com combustíveis, oxigênio ou outros fluidos reativos.
[004] A injeção de gás refrigerante é concluída de duas maneiras, dependendo do equipamento existente usado na operação unitária. O uso de um processo de uma só passagem é o método de resfriamento mais comum, no qual o gás é passado diretamente através do equipamento de operação unitária a uma temperatura alvo (—50°F a 300°F), sendo que todo o gás injetado sai do sistema após uma só passagem. O processo de uma só passagem é o de uso mais simples, mas seu uso de agente refrigerante é o mais alto, levando a custos maiores e potenciais limitações de fluxo devido às emissões. Para um operador fazendo a queima (flare) de seu fluxo de descarte, essas limitações de fluxo mantêm a eficiência de combustão no sistema de queima, restringindo assim a quantidade de gás inerte capaz de sair da operação unitária e ser ventilado para a queima em qualquer um dos pontos. Um sistema de queima é apenas uma das várias opções para a descarga final de gás. Os fluxos de descarte podem ser enviados a unidades de recuperação de vapor, oxidadores térmicos ou outras unidades de controle ambiental que exigiríam manuseio do fluxo extra como resultado do agente refrigerante injetado.
[005] Altemativamente, os fluidos criogênicos (líquidos ou gases a uma temperatura de —452°F a 50°F) podem ser misturados com gases de processo para obtenção de um resfriamento acelerado. A combinação de fluidos quentes do sistema e temperaturas criogênicas permite que o gás de processo atinja a temperatura-alvo desejada antes de entrar na operação unitária (—50°F a 300°F). Um equipamento especializado pode ser usado para mesclar o gás criogênico ao fluxo de gás de processo, conforme ele recircula através da operação unitária. O gás circula continuamente para resfriar o equipamento de operação unitária, sendo que parte do gás é
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 9/46
4/26 ventilada para compensar o gás injetado. Devido às menores taxas de injeção de gás necessárias (obtendo-se a mesma temperatura-alvo desejada), este método resulta tanto em taxas de resfriamento aprimoradas como em custos reduzidos.
[006] A capacidade de praticar a mistura de gás criogênico com um fluxo de gás do processo existente depende de um compressor de reciclagem, um equipamento usado para circular o gás de processo através da operação unitária. Neste cenário, o compressor de reciclagem é visto como um requisito dos processos normais, onde a reciclagem de fluidos é uma produção geral necessária. Em algumas situações, equipamentos auxiliares usados especificamente para resfriamento podem também ser permanentemente instalados. Os processos que não tenham, ou que não possam usar, um compressor de reciclagem são, portanto, incapazes de aplicar este método, e só podem usar resfriamento assistido de uma só passagem. Esses sistemas poderíam ser habilitados a praticar o resfriamento por gás criogênico, se um compressor de reciclagem capaz estivesse disponível.
[007] Em Davis (patente US ri 4.430.865), revela-se um método de resfriamento por gás criogênico. O processo usa um compressor de reciclagem pré-existente fornecido pelo operador da operação unitária para recircular o fluxo de gás refrigerante. Para instalações de refino de óleo e gás, um compressor reciprocante ou centrífugo eletricamente acionado é mais comumente usado para reciclar um gás do fluxo de processo. Sem esse equipamento essencial ou uma unidade similar especificamente instalada para uso durante um resfriamento, os refinadores não seriam capazes de praticar esse método de resfriamento.
[008] Para superar as desvantagens da técnica relacionada, a presente invenção é um aprimoramento em relação ao método de resfriamento por gás criogênico de uma só passagem, conforme descrito em Davis, como um habilitador para uma operação unitária que não tenha o equipamento de
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 10/46
5/26 bombeamento necessário. O processo da presente invenção usa um ejetor, um tipo de bomba que usa energia de pressão de um fluido motor (ou fluido que confere movimento) convertido em energia de velocidade, a qual cria uma zona de sucção no corpo do ejetor. O ejetor é usado para circular o fluxo de processo, ao mesmo tempo em que injeta um gás refrigerante na operação unitária. Davis pode exigir também um elemento misturador estático para promover uma boa misturação do fluido criogênico e do fluxo de gás de processo, enquanto a aplicação do ejetor na presente invenção fornece uma zona de alta misturação situada no corpo onde o fluxo de gás de processo e o fluido criogênico são cuidadosamente misturados.
[009] Os ejetores foram anteriormente usados na aplicação de resfriamento, conforme revelado em Martinez (patente US n° 7.608.129) e Cheng et al. (patente US n° 6.622.496). Nesses documentos, a aplicação do ejetor é usada no resfriamento de uma carga de calor contínua, onde o calor é constantemente adicionado ao fluxo de processo. Os sistemas de resfriamento são projetados de modo a gerenciarem a temperatura da operação unitária com base no calor adicionado ao sistema. Os fluidos que estão em contato direto com o interior (e expostos ao fluxo de processo) da operação unitária precisam ser compatíveis com o processo, o que significa que o fluido não é disruptivo à operação unitária. Os fluidos incompatíveis são aqueles que são reativos com produtos do processo, que podem interromper a reatividade, ou fornecer resfriamento desordenado ou inadequado. Esse tipo de gerenciamento de calor contrasta com a invenção mencionada quando o equipamento se torna alvo de desativação e manutenção. Determina-se que a operação unitária tem uma carga de calor predefinida ou fixa, o que significa que as operações foram concluídas, e nenhum calor adicional é acrescentado ao sistema. O fluido refrigerante pode também ser incompatível com as condições do processo, e pode ser selecionado com base nas necessidades de desativação, como tomar inerte o ambiente do sistema.
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 11/46
6/26
Portanto, a invenção é executada e controlada de maneira propícia a um estado desativado.
[0010] Outros objetivos e aspectos da presente invenção ficarão evidentes ao versado na técnica mediante a revisão do relatório descritivo, dos desenhos e das reivindicações em anexo.
Sumário da invenção [0011] A presente invenção descreve um método e um sistema associado para o resfriamento direto de uma operação unitária sob uma carga de calor fixa, desde uma temperatura elevada até uma temperatura mais baixa, sendo que a operação unitária é resfriada com um fluido refrigerante que é gerado fomecendo-se um fluido vaporizado, fomecendo-se uma fonte de gás efluente proveniente da operação unitária, com o uso de uma bomba não mecânica para combinar o dito fluido vaporizado e uma porção do efluente da operação unitária a fim de criar um fluxo de resfriamento; e passando-se o fluxo de resfriamento através da operação unitária para resfriá-la, com o uso de troca de calor por contato direto. A temperatura do fluido combinado é, então, controlada por meio da elevação ou diminuição da temperatura do fluido criogênico que sai do vaporizador, e da manipulação da razão do gás efluente de operação unitária misturado ao fluido criogênico. O fluido vaporizado pode ser fornecido ou mediante a vaporização de um líquido criogênico fornecido a partir de um tanque, ou mediante o fornecimento direto de um fluxo de vapor resfriado, como aquele proveniente de uma fonte de tubulação.
[0012] De acordo com um aspecto da invenção, um método de resfriamento direto de uma operação unitária sob uma carga de calor fixa até uma temperatura mais baixa, sendo que a operação unitária é resfriada com um fluxo de resfriamento conduzido a partir de uma bomba não mecânica, onde o fluxo de resfriamento é uma combinação de um fluxo de fluido motor vaporizado com ao menos uma porção de um fluxo de gás efluente
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 12/46
7/26 proveniente da operação unitária. O método inclui:
a. circular uma porção do efluente da operação unitária tendo uma temperatura na faixa de aproximadamente 50 a 500°F com a bomba não mecânica, sendo que o fluido vaporizado é fornecido como uma força motriz;
b. fornecer o fluxo de fluido motor vaporizado à bomba não mecânica, a uma temperatura na faixa de cerca de -452°F a cerca de 50°F;
c. combinar o efluente da operação unitária e o fluido motor vaporizado na dita bomba não mecânica, sendo que o fluxo combinado tem uma temperatura na faixa de cerca de -50°F a cerca de 300°F;
d. ajustar a razão entre as vazões de massa do fluxo de efluente da operação unitária e do fluxo de fluido motor vaporizado combinadas na bomba não mecânica, sendo que a razão é determinada por:
Razão de reciclagem = Cmoí * (Tc ~ Tm°^ massa CEf * (TEf - Tc) onde,
Razão de reciclagemmassa é a razão entre a vazão de massa do efluente e a vazão de massa do fluido motor vaporizado;
CMot é o calor específico do fluido motor vaporizado;
CEf é o calor específico do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica;
TC é a temperatura do fluido combinado ou a temperatura-alvo do fluxo de gás saindo da bomba não mecânica;
TMot é a temperatura do fluido motor vaporizado, selecionada pelo operador;
TEf é a temperatura do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica.
[0013] Em outro aspecto da invenção, é fornecido um método para o resfriamento direto de uma operação unitária sob uma carga de calor fixa até uma temperatura mais baixa, sendo que a operação unitária é resfriada com um fluxo de resfriamento conduzido a partir de uma bomba não mecânica,
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 13/46
8/26 onde o fluxo de resfriamento é uma combinação de um fluxo de fluido motor vaporizado com ao menos uma porção de um fluxo de gás efluente proveniente da operação unitária. O método inclui:
a. circular uma porção do efluente da operação unitária tendo uma temperatura na faixa de aproximadamente 50 a 500°F com a bomba não mecânica, sendo que o fluido vaporizado é fornecido como uma força motriz;
b. fornecer o fluxo de fluido motor vaporizado à bomba não mecânica, a uma temperatura na faixa de cerca de -452°F a cerca de 50°F;
c. combinar o efluente da operação unitária e o fluido motor vaporizado na dita bomba não mecânica, sendo que o fluxo combinado tem uma temperatura na faixa de cerca de -50°F a cerca de 300°F;
d. ajustar a temperatura do fluxo motor vaporizado a ser combinado com o fluxo de efluente da operação unitária na bomba não mecânica, sendo que a temperatura é determinada por:
Razão de Reciclagemmassa * CEf * (TEf - Tc)
Ijviot — ic r '-‘Mot onde,
Razão de reciclagemmassa é a razão entre a vazão de massa do efluente e a vazão de massa do fluido motor vaporizado, e é selecionada pelo operador;
CMot é o calor específico do fluido motor vaporizado;
CEf é o calor específico do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica;
TC é a temperatura do fluido combinado ou a temperatura-alvo do fluxo de gás saindo da bomba não mecânica;
TMot é a temperatura do fluido motor vaporizado;
TEf é a temperatura do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica.
[0014] Em ainda outro aspecto da invenção, é fornecido um método para o resfriamento direto de uma operação unitária sob uma carga de calor
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 14/46
9/26 fixa até uma temperatura mais baixa, sendo que a operação unitária é resfriada com um fluxo de resfriamento conduzido a partir de uma bomba não mecânica, onde o fluxo de resfriamento é uma combinação de um fluxo de fluido vaporizado com ao menos uma porção de um fluxo de gás efluente proveniente da operação unitária. O método inclui:
a. circular uma porção do efluente da operação unitária tendo uma temperatura na faixa de aproximadamente 50 a 500°F através da bomba não mecânica, onde o fluxo de fluido vaporizado é fornecido como uma força motriz;
sistema de
b. fornecer o fluxo de fluido motor à bomba não mecânica, a uma temperatura na faixa de cerca de -452°F a cerca de 0°F;
c. combinar o efluente da operação unitária e o fluido motor na dita bomba não mecânica, sendo que o fluxo combinado tem uma temperatura na faixa de cerca de 50°F a cerca de 300°F, e é introduzido no tubulação;
d. fornecer um líquido de gás industrial na temperatura de cerca de -452°F a cerca de 0°F, e combinar o efluente da operação unitária a montante do compressor de jato, ou à mistura do efluente da operação unitária e do fluido motor a jusante do compressor de jato;
faixa de líquido ao
e. ajustar a razão entre as vazões de massa do fluxo de efluente da operação unitária e do fluxo de fluido motor vaporizado combinadas na bomba não mecânica, sendo que a razão é determinada por:
Sue
Razão de Reciclagem (RR) (—) massa
Cmoí * (Tc — TMot)
Cef * (Tgf — Tc) — / cuc λ * (CBLiq * (Tc TBLiq) + ^BLiq) RR (πτ-Ί massa
RR(Suc) lMotJmassa é definida pela razão entre a vazão de massa do efluente da operação unitária MEF e a vazão de massa do fluxo de fluido
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 15/46
10/26 motor vaporizado MMot.
MEf
Sue RRW™’“ = M„„, ^(blÍq) massa 'ΑΓΆ 1 ~ f ~ j ,4 BLiq e definida pela razao entre a vazao de massa do efluente da operação unitária MEF e a vazão de massa do líquido desviado MBLiq, selecionada pelo operador;
Sue RRWm”“ = MBLlq
MEf
CMot é o calor específico do fluido motor;
CEf é o calor específico do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica;
CBLiq é o calor específico do líquido desviado do vaporizador e do compressor de jato;
TC é a temperatura do fluido combinado ou a temperatura-alvo do fluxo de gás saindo da bomba não mecânica;
TMot é a temperatura do fluido motor selecionada pelo operador;
TEf é a temperatura do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica;
TBLiq é a temperatura do líquido desviado do vaporizador e do compressor de jato;
ÀBLiq é o calor latente específico de vaporização do líquido desviado do vaporizador e do compressor de jato.
[0015] Em ainda outro aspecto da invenção, é fornecido um método para o resfriamento direto de uma operação unitária sob uma carga de calor fixa até uma temperatura mais baixa, sendo que a operação unitária é resfriada com um fluxo de resfriamento conduzido a partir de uma bomba não mecânica, onde o fluxo de resfriamento é uma combinação de um fluxo de fluido vaporizado com ao menos uma porção de um fluxo de gás efluente proveniente da operação unitária. O método inclui:
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 16/46
11/26
a. circular uma porção do efluente da operação unitária tendo uma temperatura na faixa de aproximadamente 50 a 500°F através da bomba não mecânica, onde o fluxo de fluido vaporizado é fornecido como uma força motriz;
b. fornecer o fluxo de fluido motor à bomba não mecânica, a uma temperatura na faixa de cerca de -452°F a cerca de 0°F;
c. combinar o efluente da operação unitária e o fluido motor na dita bomba não mecânica, sendo que o fluxo combinado tem uma temperatura na faixa de cerca de 50°F a cerca de 300°F, e é introduzido no sistema de tubulação;
d. fornecer um líquido de gás industrial na faixa de temperatura de cerca de -452°F a cerca de 0°F, e combinar o líquido ao efluente da operação unitária a montante do compressor de jato, ou à mistura do efluente da operação unitária e do fluido motor a jusante do compressor de jato;
e. ajustar a temperatura do fluxo motor vaporizado a ser combinado com o fluxo de efluente da operação unitária na bomba não mecânica, sendo que a temperatura é determinada por:
T-Mot RR(^)massa* CEf * (TEf - Tc) - RR ® massa* (CBLiq * (Tc - TBLiq) + ÀBLjq) = Tc 7 '-Mot
RRÍSuc) ''MotJmassa é definida pela razão entre a vazão de massa do efluente da operação unitária MEf e a vazão de massa do fluxo de fluido motor vaporizado MMot, e é selecionada pelo operador;
Sue MEf
ΚΚ(Μ·) massa = 77
Mot MMot lMot7massa é definida pela razão entre a vazão de massa do líquido desviado MBLiq e a vazão de massa do fluxo de fluido motor vaporizado MMot, e é selecionada pelo operador;
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 17/46
12/26
RR fBL1% = MBliq lMotjmassa MMot
CMot é o calor específico do fluido motor;
CEf é o calor específico do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica;
CBLiq é o calor específico do líquido desviado do vaporizador e do compressor de jato;
TC é a temperatura do fluido combinado ou a temperatura-alvo do fluxo de gás saindo da bomba não mecânica;
TMot é a temperatura do fluido motor;
TEf é a temperatura do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica;
TBLiq é a temperatura do líquido desviado do vaporizador e do compressor de jato;
ÀBLiq é o calor latente específico de vaporização do líquido desviado do vaporizador e do compressor de jato.
Breve Descrição dos Desenhos [0016] Os objetivos e as vantagens da invenção serão melhor compreendidos a partir da seguinte descrição detalhada das modalidades preferenciais da mesma, em conexão com a figura em anexo, em que números similares denotam elementos similares em todo o documento, e em que:
A Figura 1 é uma representação esquemática de processo da invenção aplicada ao resfriamento, onde um sistema de bombeamento criogênico é empregado para fornecer um gás frio misturado a um efluente proveniente da operação unitária, a fim de resfriar a operação unitária.
[0017] A Figura 2 é um exemplo de processo onde o sistema na Figura 1 é usado para reduzir o consumo de gás refrigerante por meio da circulação de 50% do fluxo total.
[0018] A Figura 3 é um exemplo de processo onde o sistema na Figura 1 é usado para reduzir o tempo de resfriamento de uma operação
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 18/46
13/26 unitária em 50%, ao dobrar a vazão de agente refrigerante na operação unitária.
[0019] A Figura 4 é uma outra modalidade da representação esquemática do processo da invenção representado na Figura 1, onde a adição de um desvio de líquido é usada para resfriar adicionalmente o agente refrigerante do fluxo de alimentação, depois de ter sido misturado ao efluente da operação unitária.
[0020] A Figura 5 é um exemplo de processo onde o sistema na Figura 4 é usado para reduzir o consumo de gás refrigerante por meio da circulação de 63% do fluxo total.
Descrição Detalhada da Invenção [0021] Para permitir o uso de um fluido criogênico (fornecido sob uma forma de vapor ou líquido) e aprimorar a eficiência do resfriamento durante a parada, a invenção usa um processo de reciclagem instalado no sistema de operação unitária destinado ao resfriamento de maneira temporal de uma operação unitária. Isso inclui o resfriamento de múltiplas operações unitárias configuradas em paralelo ou em série, ou o resfriamento de múltiplas seções da mesma operação unitária ao mesmo tempo, onde o fluxo é conduzido a múltiplos pontos de entrada na mesma operação unitária. O processo de reciclagem inclui um compressor de jato e tubulações e válvulas associadas, a fim de controlar o fluxo de gases no interior da unidade. Será reconhecido pelos versados na técnica que um compressor de jato, como usado aqui, pode ser um ejetor, uma bomba de jato, um edutor ou uma outra bomba do tipo Venturi. O compressor de jato é usado para regular e misturar os gases efluentes quentes da operação unitária ao gás frio (-452°F a 50°F), a fim de alcançar os objetivos de temperatura e vazão de gás.
[0022] Um compressor de jato é um tipo de ejetor que usa jato de gás a alta pressão (motriz) para arrasto de um fluxo de gás a pressão mais baixa (sucção). Os dois fluxos são misturados e descarregados a uma pressão
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 19/46
14/26 intermediária. Conforme o gás passa através do bocal convergente do compressor de jato, a energia potencial é convertida em energia cinética, resultando em um fluxo de jato a alta velocidade. Essa alteração de energia resulta em uma diminuição localizada na pressão estática, que cria sucção no interior do corpo do compressor de jato. A sucção permite que o gás seja puxado para dentro do compressor de jato, sendo arrastado pelo fluido motor. O compressor de jato serve a um duplo propósito: misturar fluidos no interior do corpo, bem como puxar material para dentro do fluido, a fim de assegurar uma misturação íntima. O controle da temperatura final do gás depende fortemente da relação entre o fluxo motor (isto é, o fluxo de gás a alta pressão entrando no compressor de jato) e o fluxo de sucção arrastado (isto é, o gás efluente da operação unitária). Um bombeador de gás especializado, de alta pressão e alto fluxo, serve como a fonte tanto de energia potencial como de fluxo motor ou de alimentação para o compressor de jato.
[0023] O sistema 1, representado na Figura 1, inclui várias tubulações, válvulas e instrumentação usadas para regular o fluxo no compressor de jato. O sistema 1 é usado para preparar e injetar um gás refrigerante a fim de resfriar um sistema de operação unitária 300 e seus constituintes, como catalisadores, vasos e tubulações, desde uma temperatura elevada (cerca de 300°F a 500°F) até a temperatura ambiente (abaixo de 100°F). Nesse cenário, o operador resfriaria primeiro o sistema de operação unitária 300, da temperatura de operação (por exemplo, de 1.000°F a 400°F) com o equipamento de refrigeração pré-existente (por exemplo, um resfriador ou trocador de calor, não mostrado na Figura 1) até um ponto no qual suas taxas de resfriamento comecem a diminuir ou cair gradualmente (por exemplo, abaixo de ~300°F). O sistema 1 fornecería resfriamento para manter ou aprimorar as taxas de resfriamento (por exemplo, abaixo de 300°F). Em geral, as temperaturas do fluido entrando na operação unitária 302 são ajustadas para algum delta da temperatura atual da operação unitária 302, ou
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 20/46
15/26 para uma temperatura de trabalho mínima de cerca de -50°F a 65°F. Mais especificamente, o sistema 1 inclui três seções em comunicação fluida: bombeador de gás criogênico 100, o skid (módulo) de injeção e reciclagem 200, e o sistema de operação unitária alvo 300, o qual inclui a operação unitária 302.
[0024] O bombeador de gás criogênico 100 fornece agente refrigerante sob a forma de gás frio (de -452°F a 50°F, em 14,7 a 2.000 psi) (ou líquido, de -452 a 50°F) a uma taxa de cerca de 1.000 a 5.000.000 sch/h, e age como a principal fonte de pressão, fluxo e força motriz para o skid de injeção e reciclagem 200 (também chamado, às vezes, de skid de IAR). Um vaso de armazenamento criogênico 101 fornece fluxo de líquidos para uma bomba 102 que alimenta um aquecedor/trocador de calor 103, o qual vaporiza o líquido. Nessa modalidade exemplificadora, a bomba 102 é uma bomba para líquido criogênico, mas outras bombas similares podem ser empregadas. Uma vez vaporizado, o fluido gasoso é conduzido ao sistema de injeção e reciclagem 200 através das linhas 104 e 201. A temperatura do fluxo de gás entrando no skid de injeção e reciclagem 200 é controlada por um sistema de controle incorporado (não mostrado), que regula a entrada de calor para o vaporizador 103.
[0025] O skid de injeção e reciclagem 200 compreende várias tubulações, válvulas e instrumentação, usadas para regular o fluxo para dentro do compressor de jato ou dos múltiplos compressores de jato 206 e do sistema de operação unitária 300 a jusante. O gás frio (na faixa de cerca de -452°F a 50°F, em 14,7 a 2.000 psi) proveniente do bombeador 102 entra no skid de IAR 201, sendo ou enviado através do compressor de jato 206, onde é temperado (de cerca de -50°F a 100°F, ou na temperatura da operação unitária - ΔΤ em 14,7 a 1.000 psi) por um fluxo de efluente quente 306 (de 50°F a 500°F em 14,7 a 1.000 psi) proveniente da operação unitária 302, ou desviado em tomo do compressor de jato como o fluxo 204, para fornecer agente
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 21/46
16/26 refrigerante limpo à operação unitária na situação em que o sistema 1 esteja sendo purgado ou tomado inerte. O fluxo de efluente quente 306 é bombeado para dentro do compressor de jato a uma taxa de cerca de 1.000 5.000.000 sch/h. A injeção no interior do, ou em tomo do, compressor de jato é controlada pelas válvulas de controle 202/203 motrizes e/ou de desvio a montante.
[0026] Em uma modalidade alternativa, podería ser usado um compressor de reciclagem fazendo circular o fluxo entre o ponto a montante 301 e o ponto a jusante 306 da operação unitária. Nesse cenário, o skid de IAR 200 pode ser usado se o compressor de reciclagem não tiver uma capacidade de fluxo grande o suficiente para resfriamento, e pode compartilhar conexões com outros fluxos de processo não projetados para resfriamento, ou pode ter dificuldades para bombear o vapor de agente refrigerante. O skid de IAR 200 seria usado para fornecer excesso, ou substituir completamente, a capacidade de recirculação para o sistema de operação unitária 300.
[0027] O fluxo 210 é, então, conduzido para o sistema de operação unitária 300 através da linha 301, onde resfria o equipamento de processo 302 da operação unitária. O fluxo aquecido 303 sai da operação unitária e é ou enviado para um sistema de descarte, como uma torre de queima, através da linha de respiro 305, ou reciclado sob a forma de fluxo de efluente quente 306 de volta para o compressor de jato 206, onde é usado para temperar o fluxo de gás frio 205.
[0028] A temperatura final do fluido refrigerante enviado para a operação unitária é controlada no sistema 1 por meio de duas variáveis, especificamente a temperatura do fluxo motor 205 entrando no compressor de jato 206, conforme controlado pelo vaporizador 103, ou pela razão entre o fluxo de sucção do fluxo efluente quente 306 e o fluxo motor 205. A razão é controlada por válvulas de controle de fluxo no lado de sucção 208 e no lado
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 22/46
17/26 motor 205, bem como pela bomba de líquido 102. Por exemplo, no caso do gás nitrogênio, é pouco provável que uma razão de reciclagem exceda um valor de 3, já que a temperatura motriz necessária para operar sob essa condição será suficiente para que o fluido esteja na fase líquida, em vez de gasosa. O líquido entrando no compressor de jato provavelmente resultará em um desempenho de bombeamento insatisfatório ou, potencialmente, danificará a bomba.
[0029] Conforme afirmado anteriormente, o sistema de operação unitária pode incluir equipamento de refrigeração pré-existente usado para resfriar o fluxo de processo em operações normais. Este equipamento podería ser usado de modo exequível para auxiliar nas operações de resfriamento para a operação unitária 302. O equipamento de refrigeração podería ser aproveitado se estivesse localizado a montante 301 ou a jusante 306 da operação unitária 302, em linha com a trajetória do fluxo de resfriamento.
[0030] Um absorvedor disposto a jusante 306 da operação unitária 302 pode também ser empregado para a remoção de quaisquer condensados/líquidos emanados da operação unitária (água ou hidrocarboneto), particulados que tenham se formado como resultado da decomposição do material dentro da operação unitária, ou para a remoção de vários componentes de gás agressivos/tóxicos/inflamáveis, como sulfeto de hidrogênio, SOX, NOX, monóxido de carbono, etc.
[0031] De acordo com essa modalidade exemplificadora da invenção, a relação entre a razão entre o fluxo de sucção e o fluxo motor, a temperatura do fluxo de processo, a temperatura do fluxo motor e a temperatura combinada, ou temperatura-alvo, é usada para determinar a razão entre a vazão de massa do fluxo de efluente da operação unitária 306 e o fluxo de vapor criogênico/fluxo motor 205, combinadas no compressor de jato 206. A relação é conforme exposto a seguir:
Stic CuOf * (Tr — TMot) Razão de reciclagem (RR)(——)massa = -7----™a JkMov CEf*(TEf-Tc)
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 23/46
18/26
RR( ) ^Mo?massa é definida pela razão entre a vazão de massa do efluente da operação unitária MEf e a vazão de massa do fluido motor MMot.
Sue MEf RR(rr-)massa = --Mot MMot
CMot é o calor específico do fluido motor ou criogênico.
[0032] CEf é o calor específico do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica/compressor de jato.
[0033] TC é a temperatura do fluido combinado ou a temperatura-alvo do fluxo de gás que sai da bomba não mecânica.
[0034] TMot é a temperatura do fluido motor ou criogênico.
[0035] TEf é a temperatura do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica.
[0036] A temperatura do fluido combinado TC selecionada é determinada por vários fatores, inclusive a temperatura máxima em qualquer um dos pontos da operação unitária TCMAX, um diferencial de temperatura máximo permissível entre quaisquer dois pontos na operação unitária (geralmente entre a temperatura do fluido combinado e a temperatura máxima da operação unitária) ATC, e uma temperatura mínima de trabalho TCMIN (a mais baixa temperatura aceitável na qual pode estar o fluido combinado, geralmente na temperatura logo acima do ponto de congelamento da água). ATC é, em geral, um valor diferencial de temperatura predeterminado restringindo o nível de contração térmica no interior do sistema de operação unitária. Esse gradiente protege a tubulação, o vaso, etc., contra o excesso de estresse térmico que resulta do resfriamento do sistema e que pode potencialmente danificar o equipamento. A lógica usada para descrever a relação é conforme exposto a seguir:
1) Se TCMAX - TCMIN > ATC Então TC = TCMAX - ATC
2) Se TCMAX - TCMIN < ATC Então TC = TCMIN [0037] Por exemplo, se a temperatura máxima em qualquer um dos pontos da operação unitária TCMAX for de 300°F, o diferencial de
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 24/46
19/26 temperatura máximo permissível entre quaisquer dois pontos na operação unitária ATC for de 200°F, e a temperatura mínima de trabalho TCMIN for de 30°F, então será determinado o seguinte:
1) 300°F - 30°F = 270°F, que é maior que ATC de 200°F, portanto TC = 300°F - 200°F = 100°F Suc j [0038] Neste cenário, uma razão de reciclagem kMotJmassa é determinada e controlada com o operador inserindo a temperatura motora TMot e resolvendo a razão AiotJm3Ssa_ Aqui, a operação unitária TEf é medida com o uso de um elemento de temperatura, os calores específicos tanto do fluido motor CMot como do efluente da operação unitária CEf são determinados através de uma base de dados de propriedades por meio da temperatura e da pressão dos respectivos fluidos, e a temperatura do fluido combinado é determinada por uma relação similar àquela exposta acima.
[0039] De modo semelhante, o operador pode preferir determinar e controlar a temperatura motora TMot mediante a inserção de uma razão de RR(Suc j reciclagem vMot/massa definida. Aqui, o operador determinaria a temperatura motriz TMot por meio da seguinte relação:
Suc T _T a * * (¾ - Tc) !Mot — 7 ^Mot [0040] O processo pode ser um skid móvel trazido pelo fornecedor de serviços, um acessório de instalação permanente, ou uma mistura de ambos (por exemplo, uma tubulação de linha rígida permanentemente instalada, com o compressor de jato trazido ao local).
[0041] Se o operador for capaz de recircular os gases no interior do sistema de operação unitária e praticar o resfriamento por gás criogênico, conforme requerido na presente invenção, isso permitirá dois possíveis benefícios: 1) aprimorar a vazão de gás no interior da operação unitária, enquanto se mantém ou otimiza as emissões, ou 2) reduzir o consumo de gás refrigerante necessário para se obter o resfriamento. As figuras a seguir
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 25/46
20/26 mostram um reator exemplificador usado para ilustrar ambos os benefícios. Os dados são empíricos, e as figuras representam um resfriamento simulado.
[0042] A operação unitária é projetada com base nas seguintes suposições: A operação unitária é um reator contendo material catalisador. Apenas o resfriamento do material catalisador e da massa do reator é considerado, enquanto o da tubulação e das válvulas associadas, etc., não é. O sistema de reator é submetido primeiramente a um ciclo de purga, no qual a totalidade do volume do reator é deslocada por nitrogênio. Esse estágio de purga é similar, em termos de operação, ao resfriamento de uma só passagem descrito acima, no que diz respeito à técnica relacionada.
Características do reator: Diretivas de funcionamento:
Peso do catalisador: Capacidade de calor do 500.000 lbs ΔΤ Max do sistema: 150°F
catalisador: 0,24 btu/lb-F Temperatura inicial do reator: 300°F
Peso do reator: 1.250.000 scf Temperatura final do processo: 100°F
Capacidade Térmica do Reator: 0,108 btu/lb-F Temperatura mínima do gás: 30°F
Volume de purga do reator: 250.000 scf Pressão do reator: 500 psig
Taxa do fluido refrigerante: 230.000 scfh
Razão de reciclagem alvo: 1
[0043] A Figura 2 mostra um cenário no qual, depois da conclusão do estágio de purga, -50% do consumo de nitrogênio é reduzido por meio da recirculação dos gases de reator existentes. Aqui, a vazão de gás injetado é reduzida à metade para levar em consideração o gás recirculado, mantendo uma vazão total de 230.000 scf/h através do reator. O gás de nitrogênio criogênico injetado é misturado ao fluxo de processo recirculado para se obter a temperatura de saída adequada. O compressor de jato funciona a uma razão de reciclagem sucção/motriz de -1,0. As vantagens aqui mostradas são a redução do uso de nitrogênio enquanto se mantém a mesma vazão através do reator e, portanto, o mesmo tempo para atingir o resfriamento. Como parte do gás é recirculada em vez de ser ventilada, há uma redução da quantidade de gás inerte conduzido à queima, potencialmente liberando a capacidade de queima para outras atividades de purga.
[0044] A Figura 3 mostra um processo alternativo onde a vazão de injeção de gás (230.000 scf/h) é mantida, dobrando-se a vazão total de gases
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 26/46
21/26 no reator uma vez iniciada a recirculação (isto é, uma vazão total de 460.000 scfh/h). Aqui a vantagem óbvia é o tempo economizado. Após o início da recirculação, o tempo de resfriamento é cortado à metade pela vazão duplicada através do reator. Outro benefício é que o valor em BTUs do gás conduzido à queima é mantido na mudança do estágio de purga para o de recirculação.
[0045] Estima-se que a presente invenção reduza o consumo de nitrogênio em até 2/3 (dependendo do desempenho do compressor de jato), tomando este método mais econômico e melhor no que se refere a emissões com queima. Conforme declarado anteriormente, a invenção é um habilitador para resfriamento criogênico auxiliado por nitrogênio. A presente invenção é a primeira de seu tipo, expandindo as operações unitárias capazes para resfriamento por gás criogênico.
[0046] Uma modalidade exemplificadora alternativa é representada na Figura 4. O sistema 2 inclui um desvio de líquido 405 que conduz o líquido alimentado desde o ponto a montante do vaporizador 403 para adicionar capacidade de resfriamento adicional ao fluxo de processo 512. Embora a Figura 4 represente a porção em desvio do líquido a caminho do vaporizador 403, podería ser altemativamente usado um vaso de armazenamento de líquidos separado (e uma bomba). De modo similar ao sistema 1 da Figura 1, o sistema 2 é empregado para preparar e injetar um gás refrigerante a fim de resfriar uma operação unitária 602 e seus constituintes (como catalisadores, vasos e tubulações) desde uma temperatura elevada (cerca de 300°F a 500°F) até temperatura ambiente (abaixo de 100°F). As temperaturas do fluido entrando na operação unitária 600 são ajustadas para algum delta da temperatura de funcionamento da operação unitária 600, ou para uma temperatura de trabalho mínima de cerca de -50°F a 50°F. O sistema 2 inclui as três seções em comunicação fluida: bombeador de gás criogênico 400, o skid de injeção e reciclagem 500, e o sistema de operação unitária alvo 600
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 27/46
22/26 (que inclui a operação unitária 602).
[0047] O bombeador de gás criogênico 400 fornece agente refrigerante sob a forma de gás frio (de -452°F a 50°F, em 14,7 a 2.000 psi) (ou líquido, de -452 a 50°F) a uma taxa de cerca de 1.000 a 5.000.000 sch/h, e age como a principal fonte de pressão, fluxo e força motriz para o skid de injeção e reciclagem (isto é, skid de IAR) 500. Um vaso de armazenamento criogênico 401 fornece fluxo de líquidos para uma bomba 402 que alimenta um aquecedor/trocador de calor 403, o qual vaporiza o líquido. O vapor é conduzido ao sistema de injeção e reciclagem 500 através das linhas 404 e 501. A temperatura do fluxo de gás entrando no skid de injeção e reciclagem 501 é controlada por um sistema de controle incorporado (não mostrado), que regula a entrada de calor para o vaporizador 403. A linha de desvio começa a montante do vaporizador 403 e conduz o líquido a jusante dos um ou mais compressores de jato 508 a uma taxa de cerca de 1.000 a 5.000.000 sch/h, a fim de fornecer resfriamento adicional. O líquido é conduzido através da linha 405, onde seu fluxo é regulado pela válvula de controle 502. O líquido flui, então, através da linha 503, onde se combina ao fluxo de processo no ponto de injeção 512. Deve-se notar que a injeção de líquido podería ocorrer tanto a jusante do compressor de jato 508 (no ponto 512) como a montante, no lado de sucção no ponto 511 [0048] O skid de injeção e reciclagem 500 compreende várias tubulações, válvulas, e instrumentação usada para regular o fluxo para dentro do compressor de jato ou dos múltiplos compressores de jato 508 e da operação unitária 600 a jusante. O gás frio (de -452°F a 50°F, em 14,7 a 2.000 psi) proveniente do bombeador 402 é conduzido ao skid de IAR 500, e enviado através dos um ou mais compressores de jato 508, onde é temperado (de -50°F a 100°F, ou na temperatura da operação unitária - AT em 14,7 a 1.000 psi) por um fluxo de efluente quente 511 (de 50°F a 500°F em 14,7 a 1.000 psi) proveniente do sistema de operação unitária 600, ou desviado em
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 28/46
23/26 tomo do compressor de jato 505, para fornecer agente refrigerante limpo à operação unitária, caso o sistema 2 esteja sendo purgado ou tomado inerte. O fluxo de efluente quente 511 é bombeado para dentro do compressor de jato a uma taxa de cerca de 1.000 5.000.000 sch/h. A injeção no interior do, ou em tomo do, compressor de jato é controlada pelas válvulas 505 a montante.
[0049] O fluxo entra, então, no sistema da operação unitária 600 através da linha 601, onde interage com o equipamento de processo 602 da operação unitária e seus constituintes, resfriando-os. O fluxo aquecido 603 sai da operação unitária e, ou é conduzido a um sistema de descarte, como uma torre de queima, através da linha de respiro 605, ou reciclado sob a forma do fluxo 606 de volta para o compressor de jato 508, onde é usado para temperar os fluxos de gás frio 507 e 503.
[0050] A temperatura final do fluido refrigerante enviado para a operação unitária pode ser controlada no sistema 2 por meio de três variáveis, especificamente a temperatura do fluxo motor 507 entrando no compressor de jato 508 (conforme controlado pelo vaporizador 404), a razão entre o fluxo de sucção 511 e o fluxo motor 507, ou a razão entre o fluxo de sucção 511 e o fluxo de líquido desviado 503. As razões de fluxo de massa são controladas por válvulas de controle de fluxo no lado de sucção 510 e no lado motor 506, no lado de desvio de líquido 502 e pela bomba para líquido 402.
[0051] Embora a modalidade da Figura 4 represente o líquido sendo adicionado a uma porção a jusante do sistema de reciclagem, na linha 512, ele também pode ser adicionado à porção a montante do efluente entrando no compressor de jato 508.
[0052] A fonte de líquido pode ser proveniente da linha de desvio da mesma unidade de bombeamento 400 ou de outra fonte de nitrogênio líquido, a qual pode ser acionada por pressão de armazenamento, em vez de por uma bomba (isto é, a bomba 402). Isso pode ser vantajoso em comparação ao uso da bomba 402, já que o operador não está sujeito às limitações da bomba
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 29/46
24/26 (baixo limite de fluxo) e não há necessidade de equilibrar os fluxos em duas direções.
[0053] Similar ao sistema 1 representado na modalidade da Figura 1, há uma relação estabelecida entre a razão entre o fluxo de sucção e o fluxo motor, a razão entre o fluxo de sucção e o fluxo de líquido de desvio, temperatura do fluxo de processo, a temperatura do fluxo motor e temperatura combinada, ou temperatura-alvo. A relação é conforme exposto seguir:
Sue
Razão de reciclagem (RR)(—)massa ^Mot * (Tc — TMot)
Ceí * (TEf — Tc) — [77Ã * (^BLiq * (Tc — TBLiq) + ^BLiq) massa
RR.(Suc~) vMot/massa é definida pela razão entre a vazão de massa do efluente da operação unitária MEf e a vazão de massa do fluido motor MMot.
Sue MEf RR(77-)massa = r--Mot MMot RR®massa ~ f ~ , , BLiq e definida pela razao entre a vazao de massa do efluente da operação unitária MEf e a vazão de massa do líquido desviado MBLiq.
Sue Mpf RR(di jn)massa = 77
BLiq MBLiq
CMot é o calor específico do fluido motor.
CEf é o calor específico do fluxo de efluente da operação [0054] unitária entrando na bomba não mecânica.
[0055] CBLiq é o calor específico do líquido desviado do vaporizador e do compressor de jato.
[0056] TC é a temperatura do fluido combinado ou a temperatura-alvo do fluxo de gás que sai da bomba não mecânica.
[0057] TMot é a temperatura do fluido motor.
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 30/46
25/26 [0058] TEf é a temperatura do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica.
[0059] TBLiq é a temperatura do líquido desviado do vaporizador e do compressor de jato.
[0060] ÀBLiq é o calor latente específico de vaporização do líquido desviado do vaporizador e do compressor de jato.
[0061] Pode também ser reconhecido, usando as mesmas fórmulas descritas acima, que lMotJmassa e TMot podem ser selecionadas pelo operador, e ^Liq^313553 p0C|e ser resolvida. De modo semelhante, o operador pode preferir determinar e controlar a temperatura motora TMot mediante a R R f Suc3 RR( SUC ) inserção de razões de reciclagem definidas: 4Moémassa e BLi(i massa. Aqui, o operador determinaria a temperatura motriz TMot por meio da seguinte relação:
RR^Mõt^massa* j cEf * (Tr -
Tmoi — Tc
---/ Suc X----* (CBLiq * (Tc — TBLiq) + ÀBLiq) RR Amassa__________________: ^Mot [0062] De modo similar TMot pode também ser representado por: fyiot
RRC^massa* CEf * (TEf - Tc) - RR C^BLiq * (TC ~ TBLiq) + ÀBLiq) ^Mot rr lMotJmassa é definida pela razão entre a vazão de massa do líquido desviado MBLiq. e a vazão de massa do fluido motor MMot.
Ppr BLi%
Mot MMot [0063] O exemplo a seguir é usado para demonstrar como essa inclusão do desvio de líquido permite que uma refrigeração adicional seja trazida ao sistema de operação unitária e reduza ainda mais o consumo de gás refrigerante necessário para se obter o resfriamento. A adição da injeção de líquido permite que maiores taxas de recirculação sejam obtidas pelo compressor de jato, sem o risco de enviar agente refrigerante líquido ao
Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 31/46
26/26 compressor de jato. A entrada de líquido no compressor de jato terá grande impacto sobre o desempenho do equipamento, já que a expansão do líquido para gás, a jusante do bocal, reduzirá significativamente a capacidade de sucção. Além disso, a passagem do líquido através do bocal pode ser abrasiva e danificar a bomba devido às altas velocidades experimentadas no interior do bocal. A figura a seguir mostra o benefício ao reator exemplificador usado na Figura 4. Os dados são empíricos, e as figuras representam um resfriamento simulado. A operação unitária é projetada com base nas suposições anteriormente declaradas.
[0064] A Figura 5 representa um exemplo no qual, depois da conclusão do estágio de purga, -63% do consumo de nitrogênio é reduzido por meio da recirculação dos gases de reator existentes. Aqui, a vazão de gás injetado é reduzida em aproximadamente dois terços para levar em consideração o gás recirculado, mantendo uma vazão total de 230.000 scf/h através do reator. O gás nitrogênio vaporizado injetado e o líquido criogênico de nitrogênio são misturados ao fluxo de processo recirculado, para se obter a temperatura de saída adequada. O compressor de jato funciona a uma razão de reciclagem sucção/motriz de -2,0, com uma taxa de injeção de líquido/gás motor de -0,18. As vantagens aqui mostradas são a redução do uso de nitrogênio enquanto se mantém a mesma vazão através do reator e, portanto, o mesmo tempo para atingir o resfriamento. Como parte do gás é recirculada em vez de ser ventilada, há uma melhora no valor em BTUs do gás conduzido à queima, potencialmente liberando a capacidade de queima para outras atividades de purga. Embora a invenção tenha sido descrita em detalhes com referência a modalidades específicas da mesma, ficará evidente ao versado na técnica que podem ser feitas várias alterações e modificações, e podem ser usados equivalentes, sem que se afaste do escopo das reivindicações em anexo.

Claims (19)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para o resfriamento direto de uma operação unitária sob uma carga de calor fixa até uma temperatura mais baixa, sendo que a operação unitária é resfriada com um fluxo de resfriamento conduzido a partir de uma bomba não mecânica, onde o fluxo de resfriamento é uma combinação de um fluxo de fluido motor vaporizado com ao menos uma porção de um fluxo de gás efluente proveniente da operação unitária, sendo o método para resfriamento direto caracterizado pelo fato de compreender:
    a. circular uma porção do efluente da operação unitária tendo uma temperatura na faixa de aproximadamente 50 a 500°F com a bomba não mecânica, sendo que o fluido vaporizado é fornecido como uma força motriz;
    b. fornecer o fluxo de fluido motor vaporizado à bomba não mecânica, a uma temperatura na faixa de cerca de -452°F a cerca de 50°F;
    c. combinar o efluente da operação unitária e o fluido motor vaporizado na dita bomba não mecânica, sendo que o fluxo combinado tem uma temperatura na faixa de cerca de -50°F a cerca de 300°F;
    d. ajustar a razão entre as vazões de massa do fluxo de efluente da operação unitária e do fluxo de fluido motor vaporizado combinadas na bomba não mecânica, sendo que a razão é determinada por:
    D ~ . . . CMot * (Tc— TMot)
    Razao de reciclagemmassa = _ onde,
    Razão de reciclagemmassa é a razão entre a vazão de massa do efluente e a vazão de massa do fluido motor vaporizado;
    CMot é o calor específico do fluido motor vaporizado;
    CEf é o calor específico do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica;
    TC é a temperatura do fluido combinado ou a temperatura-alvo do fluxo de gás saindo da bomba não mecânica;
    TMot é a temperatura do fluido motor vaporizado, e é
    Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 33/46
  2. 2/8 selecionada pelo operador;
    TEf é a temperatura do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica.
    2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que TC = TCMAX - ATC se TCMAX - TCMIN > ATC, onde TCMAX é a temperatura máxima em qualquer ponto da operação unitária, TCMIN é a temperatura mínima do fluido combinado e ATC é um valor predeterminado da temperatura diferencial máxima permissível entre quaisquer dois pontos da operação unitária.
  3. 3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que TC = TCMIN se TCMAX - TCMIN < ATC, onde TCMAX é a temperatura máxima da operação unitária, TCMIN é a temperatura mínima do fluido combinado e ATC é um valor predeterminado da temperatura diferencial máxima permissível entre quaisquer dois pontos da operação unitária.
  4. 4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a vazão do fluxo de fluido vaporizado está na faixa de cerca de 1.000 scf/h a cerca de 5.000.000 scf/h.
  5. 5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a vazão da porção do efluente da operação unitária está na faixa de cerca de 1.000 scf/h a cerca de 5.000.000 scf/h.
  6. 6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a faixa de pressão do sistema de operação unitária está na faixa de cerca de 0 psig a cerca de 1.000 psig.
  7. 7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o diferencial de temperatura entre quaisquer dois pontos no sistema não é maior que cerca de 300°F.
  8. 8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura do fluxo motor vaporizado e do fluxo de efluente de
    Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 34/46
    3/8 operação combinados é menor do que a temperatura da operação unitária.
  9. 9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido motor vaporizado é selecionado do grupo que consiste em nitrogênio, dióxido de carbono, argônio e hélio.
  10. 10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a operação unitária é selecionada do grupo que consiste em reatores, colunas de destilação, colunas de retificação, vasos de armazenamento, desabsorvedores, trocadores de calor, turbinas a gás, aquecedores de processo, fornalhas e caldeiras.
  11. 11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluxo de efluente do sistema é primeiro resfriado por um resfriador preexistente instalado a jusante da operação unitária.
  12. 12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende múltiplas bombas não mecânicas.
  13. 13. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema é usado no resfriamento de múltiplas seções da mesma operação unitária.
  14. 14. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema é usado em conjunto com um compressor existente, e auxilia, suplementa ou substitui o fluxo fornecido pelo dito compressor.
  15. 15. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema usa um absorvedor para remover água, condensados de hidrocarboneto, particulados, sulfeto de hidrogênio ou outros contaminantes do fluxo de efluente.
  16. 16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema é usado no resfriamento de múltiplas operações unitárias configuradas em paralelo, em série ou em uma combinação de ambas.
  17. 17. Método para o resfriamento direto de uma operação
    Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 35/46
    4/8 unitária sob uma carga de calor fixa até uma temperatura mais baixa, sendo que a operação unitária é resfriada com um fluxo de resfriamento conduzido a partir de uma bomba não mecânica, onde o fluxo de resfriamento é uma combinação de um fluxo de fluido motor vaporizado com ao menos uma porção de um fluxo de gás efluente proveniente da operação unitária, sendo o método para resfriamento direto caracterizado pelo fato de compreender:
    a. circular uma porção do efluente da operação unitária tendo uma temperatura na faixa de aproximadamente 50 a 500°F com a bomba não mecânica, sendo que o fluido vaporizado é fornecido como uma força motriz;
    b. fornecer o fluxo de fluido motor vaporizado à bomba não mecânica, a uma temperatura na faixa de cerca de -452°F a cerca de 50°F;
    c. combinar o efluente da operação unitária e o fluido motor vaporizado na dita bomba não mecânica, sendo que o fluxo combinado tem uma temperatura na faixa de cerca de -50°F a cerca de 300°F;
    d. ajustar a temperatura do fluxo motor vaporizado a ser combinado com a fluxo de efluente da operação unitária na bomba não mecânica, sendo que a temperatura é determinada por:
    Sue T -T RR(M^ssa*CEf * (TEf — Tt) !Mot — k p LMot onde,
    Razão de reciclagemmassa é a razão entre a vazão de massa do efluente e a vazão de massa do fluido motor vaporizado, e é selecionada pelo operador;
    CMot é o calor específico do fluido motor vaporizado;
    CEf é o calor específico do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica;
    TC é a temperatura do fluido combinado ou a temperatura-alvo do fluxo de gás saindo da bomba não mecânica;
    TMot é a temperatura do fluido motor vaporizado;
    Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 36/46
    5/8
    TEf é a temperatura do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica.
  18. 18. Método para o resfriamento direto de uma operação unitária sob uma carga de calor fixa até uma temperatura mais baixa, sendo que a operação unitária é resfriada com um fluxo de resfriamento conduzido a partir de uma bomba não mecânica, onde o fluxo de resfriamento é uma combinação de um fluxo de fluido vaporizado com ao menos uma porção de um fluxo de gás efluente proveniente da operação unitária, sendo o método para resfriamento direto caracterizado pelo fato de compreender:
    a. circular uma porção do efluente da operação unitária tendo uma temperatura na faixa de aproximadamente 50 a 500°F através da bomba não mecânica, onde o fluxo de fluido vaporizado é fornecido como uma força motriz;
    b. fornecer o fluxo de fluido motor à bomba não mecânica, a uma temperatura na faixa de cerca de -452°F a cerca de 0°F;c. combinar o efluente da operação unitária e o fluido motor na dita bomba não mecânica, sendo que o fluxo combinado tem uma temperatura na faixa de cerca de 50°F a cerca de 300°F, e é introduzido no sistema de tubulação
    d. fornecer um líquido de gás industrial na faixa de temperatura de cerca de -452°F a cerca de 0°F, e combinar o líquido ao efluente da operação unitária a montante do compressor de jato, ou à mistura do efluente da operação unitária e do fluido motor a jusante do compressor de jato;
    e. ajustar a razão entre as vazões de massa do fluxo de efluente da operação unitária e o fluxo de fluido motor vaporizado combinadas na bomba não mecânica, sendo que a razão é determinada por:
    Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 37/46
    6/8
    Sue
    Razão de Reciclagem (RRmassa
    6 Mot * (Tc — TMot)
    CEf * (TEf — Tc) —
    RR \BLiq7 cca ~ massa * (^BLiq * (Tc — TBLiq) + ÀBLiq)
    RR(Suc~) vMot/massa assa é definida pela razão entre a vazão de massa do efluente da operação unitária MEf e a vazão de massa do fluxo de fluido motor vaporizado MMot;
    Sue Mpp massa = ---Mot MMot
    RR(BLi) massa ' i f -i i ~ ~ j a BLiq e definida pela razao entre a vazao de massa do efluente da operação unitária MEf e a vazão de massa do líquido desviado
    MBLiq, e é selecionada pelo operador;
    Sue 7 massa BLiq wBLiq
    MEf
    CMot é o calor específico do fluido motor;
    CEf é o calor específico do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica;
    CBLiq é o calor específico do líquido desviado do vaporizador e do compressor de jato;
    TC é a temperatura do fluido combinado ou a temperatura-alvo do fluxo de gás saindo da bomba não mecânica;
    TMot é a temperatura do fluido motor, e é selecionada pelo operador;
    TEf é a temperatura do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica;
    TBLiq é a temperatura do líquido desviado do vaporizador e do compressor de jato;
    ÀBLiq é o calor latente específico de vaporização do líquido desviado do vaporizador e do compressor de jato.
  19. 19. Método para o resfriamento direto de uma operação
    Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 38/46
    7/8 unitária sob uma carga de calor fixa até uma temperatura mais baixa, sendo que a operação unitária é resfriada com um fluxo de resfriamento conduzido a partir de uma bomba não mecânica, onde o fluxo de resfriamento é uma combinação de um fluxo de fluido motor vaporizado com ao menos uma porção de um fluxo de gás efluente proveniente da operação unitária, sendo o método para resfriamento direto caracterizado pelo fato de compreender:
    a. circular uma porção do efluente da operação unitária tendo uma temperatura na faixa de aproximadamente 50 a 500°F com a bomba não mecânica, sendo que o fluido vaporizado é fornecido como uma força motriz;
    b. fornecer o fluxo de fluido motor vaporizado à bomba não mecânica, a uma temperatura na faixa de cerca de -452°F a cerca de 50°F;
    c. combinar o efluente da operação unitária e o fluido motor vaporizado na dita bomba não mecânica, sendo que o fluxo combinado tem uma temperatura na faixa de cerca de -50°F a cerca de 300°F;
    d. fornecer um líquido de gás industrial na faixa de temperatura de cerca de -452°F a cerca de 0°F e combinar o líquido ao efluente da operação unitária a montante do compressor de jato ou à mistura do efluente da operação unitária e do fluido motor a jusante do compressor de jato;
    e. ajustar a temperatura do fluxo motor vaporizado a ser combinado com o fluxo de efluente da operação unitária na bomba não mecânica, sendo que a temperatura é determinada por:
    Tfrfot
    RR(^)™„ · CEt . (TEr - Tc) - RR (g)
    - Tc “ * (CBLiq * (Tc — TBLiq) + ÀBLíq) massa________________________ ^Mot
    PvPví ^uc j lMot/massa é definida pela razão entre a vazão de massa do efluente da operação unitária MEf e a vazão de massa do fluxo de fluido motor vaporizado MMot, e é selecionada pelo operador;
    Sue MFf RR(?T-) massa = --Mot MMot
    Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 39/46
    8/8 kMot/massa é definida pela razão entre a vazão de massa do líquido desviado MBLiq e a vazão de massa do fluxo de fluido motor vaporizado MMot, e é selecionada pelo operador;
    pnM _ lMotJmassa MMot
    CMot é o calor específico do fluido motor;
    CEf é o calor específico do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica;
    CBLiq é o calor específico do líquido desviado do vaporizador e do compressor de jato;
    TC é a temperatura do fluido combinado ou a temperatura-alvo do fluxo de gás saindo da bomba não mecânica;
    TMot é a temperatura do fluido motor;
    TEf é a temperatura do fluxo de efluente da operação unitária entrando na bomba não mecânica;
    TBLiq é a temperatura do líquido desviado do vaporizador e do compressor de jato;
    ÀBLiq é o calor latente específico de vaporização do líquido desviado do vaporizador e do compressor de jato.
    Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 40/46
    1/5
    Figure BR112019012571A2_C0001
    FIG. 1
    Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 41/46
    2/5
    Uso de nitrogênio (kscf) versus tempo necessário para atingir uma temperatura do leito de reator de 100°F, usando o método de uma só passagem da técnica relacionada e o método de resfriamento direto da presente invenção
    Volume do gás refrigerante (kscf)
    Figure BR112019012571A2_C0002
    FIG.2
    Temperatura do leito de reator (°F)
    Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 42/46
    3/5
    Temperatura do leito de reator e uso de nitrogênio (kscf) versus tempo necessário para atingir uma temperatura do leito de reator de 100°F, usando o método de uma só passagem da técnica relacionada e o método de resfriamento direto da presente invenção
    Figure BR112019012571A2_C0003
    FIG.3
    Vazão de gás refrigerante (kscfh)
    Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 43/46
    4/5
    Figure BR112019012571A2_C0004
    [500] Skid de IAR
    Petição 870190063177, de 05/07/2019, pág. 44/46
    5/5
    Uso de nitrogênio (kscf) versus tempo necessário para atingir uma temperatura do leito de reator de 100°F, usando o método de uma só passagem da técnica relacionada e o método de resfriamento direto da presente invenção
    1.800 kscf-i r400F
    1.600 kscfVolume do gás refrigerante (kscf) kscf 0
    1.400 kscf 1.200 kscf1.000 kscf 800 kscf600 kscf400 kscf200 kscf (-) Temperatura do leito de reator (□) De uma só passagem: Vazão do reator de 230 kscfh
    Figure BR112019012571A2_C0005
    (Δ) JCRS com líquido: Vazão do reator de 230.000 scfh
    Tempo de resfriamento (horas)
    FIG. 5 (o)JCRS: Vazão do reator de 230.000 scfh
    - 300 F
    - 200 F 100 F —I- 0 F 100
    Temperatura do leito de reator (°F)
BR112019012571-0A 2016-12-19 2017-12-13 Método para o resfriamento direto de uma operação unitária sob uma carga de calor fixa até uma temperatura mais baixa BR112019012571B1 (pt)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/382,823 2016-12-19
US15/382,823 US20180172322A1 (en) 2016-12-19 2016-12-19 Method for controlling a recycle gas stream utilizing an ejector for the cooling of a unit operation
PCT/US2017/065977 WO2018118554A1 (en) 2016-12-19 2017-12-13 Method for controlling a recycle gas stream utilizing an ejector for the cooling of a unit operation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BR112019012571A2 true BR112019012571A2 (pt) 2019-11-26
BR112019012571B1 BR112019012571B1 (pt) 2023-10-17

Family

ID=60915658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR112019012571-0A BR112019012571B1 (pt) 2016-12-19 2017-12-13 Método para o resfriamento direto de uma operação unitária sob uma carga de calor fixa até uma temperatura mais baixa

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20180172322A1 (pt)
EP (1) EP3554678B1 (pt)
CN (1) CN110191754B (pt)
AU (2) AU2017379735A1 (pt)
BR (1) BR112019012571B1 (pt)
CA (1) CA3047283C (pt)
RU (1) RU2733769C1 (pt)
SA (1) SA519401982B1 (pt)
WO (1) WO2018118554A1 (pt)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3367402A (en) * 1965-06-08 1968-02-06 Air Prod & Chem Quench system
AR205595A1 (es) * 1974-11-06 1976-05-14 Haldor Topsoe As Procedimiento para preparar gases rico en metano
US4430865A (en) * 1982-12-20 1984-02-14 Union Carbide Corporation Method for cooling a process gas stream
US6508998B1 (en) * 1996-10-28 2003-01-21 Gaa Engineered Systems, Inc. Temperature moderation of an oxygen enriched claus sulfur plant using an ejector
US6197855B1 (en) * 1998-09-29 2001-03-06 Solutia Inc. Nucleation of Polyamides in the presence of hypophosphite
US6622496B2 (en) * 2001-07-12 2003-09-23 Praxair Technology, Inc. External loop nonfreezing heat exchanger
US7608129B2 (en) * 2006-04-24 2009-10-27 Hyl Technologies S.A. De C.V. Method and apparatus for producing direct reduced iron
KR101606364B1 (ko) * 2008-07-29 2016-03-25 쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이. 압축기를 제어하기 위한 방법 및 장치 및 탄화수소 스트림을 냉각시키는 방법
DE102010032528A1 (de) * 2010-07-28 2012-02-02 Uhde Gmbh Verfahren zur Herstellung eines methanhaltigen Gases aus Synthesegas sowie Methangewinnungsanlage zur Durchführung des Verfahrens
EP2640488B1 (en) * 2010-11-19 2019-03-27 Sustainable Energy Solutions, LLC Systems and methods for separating condensable vapors from gases by direct-contact heat exchange
US20140202205A1 (en) * 2013-01-22 2014-07-24 Air Liquide Large Industries U.S. Lp Reactor liquid cooldown method
US10156402B1 (en) * 2015-10-12 2018-12-18 National Technology & Engineering Solutions Of Sandia, Llc Systems and methods for spray cooling

Also Published As

Publication number Publication date
CN110191754A (zh) 2019-08-30
CA3047283A1 (en) 2018-06-28
SA519401982B1 (ar) 2023-01-08
US20180172322A1 (en) 2018-06-21
AU2020264380B2 (en) 2022-12-01
AU2020264380A1 (en) 2020-12-03
BR112019012571B1 (pt) 2023-10-17
WO2018118554A1 (en) 2018-06-28
RU2733769C1 (ru) 2020-10-06
CN110191754B (zh) 2022-05-31
EP3554678B1 (en) 2021-04-14
CA3047283C (en) 2021-11-02
EP3554678A1 (en) 2019-10-23
AU2017379735A1 (en) 2019-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101324958B1 (ko) 선박의 열전달시스템
JP6755669B2 (ja) エンジン流体廃熱によって蒸気システムのメイクアップ作動流体を加熱するためのシステム及び方法
KR20180135477A (ko) 아스팔텐 함유 연료를 정제하기 위한 방법
KR20200021091A (ko) 선박
CN109281719B (zh) 混合发电系统
JP2014172661A (ja) Ｌｎｇ燃料供給システム
CN103380329B (zh) 锅炉设备
US10287926B2 (en) Supercritical CO2 generation system applying recuperator per each heat source
KR20130123967A (ko) 선박용 발전기 엔진의 예열시스템
CA2867107C (en) Process vessel cooldown apparatus and method
BR112019012571A2 (pt) método para o resfriamento direto de uma operação unitária sob uma carga de calor fixa até uma temperatura mais baixa
KR101368796B1 (ko) 액화연료가스 추진선박
JP6505852B2 (ja) 船舶用のｌｎｇ気化システム、それを備えた船舶、及び船舶用のｌｎｇ気化方法
US20110162367A1 (en) Waste heat recovery turbine system
US11136898B2 (en) Sealing gas supply apparatus
US10156355B2 (en) Steam temperature control device for a gas and steam turbine plant
KR101628619B1 (ko) 열교환기용 온도 제어 장치를 갖는 발전 시스템
KR200402676Y1 (ko) 액화천연가스 운반선에서 중간매질 순환방식의천연가스열교환기 열원공급장치
KR20180046625A (ko) 가스터빈 발전장치 및 이의 스타트업 구동방법
KR20130110840A (ko) 선박의 폐열 회수 시스템
JP5829640B2 (ja) 船舶のボイラ給水温度制御システム
EP4227499A1 (en) Cold heat recovery system and marine vessel or floating body
KR20160085872A (ko) 스타이렌 제조를 위한 에틸벤젠 탈수소 플랜트 및 관련 공정
JP2020015824A (ja) ガス化ガスの処理設備及びガス化ガスの処理方法
JP2017026299A (ja) ドレン出口温度調整システムおよびボイラシステム

Legal Events

Date Code Title Description
B350 Update of information on the portal [chapter 15.35 patent gazette]
B06W Patent application suspended after preliminary examination (for patents with searches from other patent authorities) chapter 6.23 patent gazette]
B07A Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette]
B09A Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette]
B16A Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette]

Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 13/12/2017, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS