BRPI0721228A2

BRPI0721228A2 - Processo e instalação para a secagem de combustíveis pulvérios, especialmente a serem integrados em um processo de carburação

Info

Publication number: BRPI0721228A2
Application number: BRPI0721228-3A
Authority: BR
Inventors: Johannes Kowoll; Eberhard Kuske
Original assignee: Uhde Gmbh
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2014-03-25
Also published as: US20100101107A1; AU2007346506B2; DE102007005782B3; CN101606034A; AU2007346506A1; CA2677055A1; ZA200906111B; RU2009133375A; WO2008095524A3; UA92986C2; WO2008095524A2; WO2008095524A4; EP2118602B1; EP2118602A2; RU2450224C2

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO E INSTALAÇÃO PARA A SECAGEM DE COMBUSTÍVEIS PULVÉRIOS, ESPECIALMENTE A SEREM INTEGRADOS EM UM PROCESSO DE CARBURAÇÃO".

5 A presente invenção refere-se e abrange um processo e uma

instalação para a secagem de combustíveis com carvão, coque de petróleo, resíduos biológicos ou materiais similares a serem integrados em um pro- cesso de carburação, abrangendo a espécie indicada no preâmbulo da pri- meira reivindicação, ou seja, da primeira reivindicação da instalação.

Tais processos, ou seja, instalações são conhecidas em diferen-

tes formas de realização e conformações. Assim sendo, por exemplo, o do- cumento US-4.750.434 descreve um aquecimento e secagem de partículas de poeira alimentadas a partir de um moinho. Como, por exemplo, é frag- mentado e seco a lignita, está descrito pelos documentos EP-0.203.059-A, 15 DE-37.24.960-A e DE-39.43.366-A, para citar apenas alguns poucos exem- plos.

No caso, sabe-se que a poeira seca é separada por um filtro de poeira, por exemplo, filtro de pano do gás de escape. Uma parte do gás de escape será no caso liberado na atmosfera onde também PE conhecido mis- 20 turar uma parcela dos gases quentes do escape com ar e gases inertes para reintegrá-los na instalação de moagem. A quantidade de gases frescos ali- mentados será comumente escolhida de tal maneira que a parcela do oxigê- nio está situada na dependência do tipo de combustível, abaixo de 6 a 10% de volume e o ponto de orvalho dos gases que abandonam o moinho está 25 situado abaixo de 65°C. A quantidade resultante do gás inerte será, por e- xemplo, 4000 m3 e do gás de escape úmido liberado será de aproximada- mente 10000 m3 por unidade t da água evaporada.

A temperatura do gás que penetra no moinho está situada na faixa de 150 até 450°C e uma parcela das partículas moídas alcança quase a temperatura do gás. Já abaixo de 200°C tem início a desgaseificação do carvão, quando são eliminados CH4, C2H6 e CO. Na moagem e aquecimento do coque petrolífero e de combustíveis biológicos torrados podem surgir várias substâncias nocivas, por exemplo, hidrocarbonetos cíclicos, de manei- ra que nesses combustíveis alternativos possam ser transpostos limites de emissão para hidrocarbonetos e para algumas substâncias separadas. A remoção dessas substâncias nocivas a partir de fluxos muito grandes de gás 5 de escape, por exemplo, 200000 m3/h a 100 t/h de carvão com 20% de umi- dade seria complexo e, portanto, também seria antieconômico. Também constitui desvantagem, por exemplo, para a secagem de Iignita que frequen- temente contém até mais de 50% de umidade, com gases quentes à tempe- ratura de gás entre 350 e 1000°C, são formados componentes voláteis que 10 não mais podem ser liberados na atmosfera.

Nas fontes de literatura acima mencionadas constam em parte indicações de aquecer o carvão fragmentado em uma camada turbilhonante com um trocador de calor, quando uma parcela do gás que escapa da ca- mada turbilhonante consiste quase em vapor puro e sendo neste processo concentrada até 300 a 500 kPa (3 a 5 bar) para elevar a temperatura, com o que o gás pode novamente ser introduzido no trocador de calor mergulhado na camada turbilhonante. Ali, este vapor passa a ficar condensado e libera o seu calor condensado para a camada turbilhonante, sendo a temperatura das superfícies do trocador de calor mais inferior a 150°C, a fim de que não sejam liberados produtos de desgaseificação. Antes do transporte do gasei- ficador de fluxo volátil, o carvão terá que ser novamente moído, de maneira que sejam necessários ao todo dois moinhos com um processo de secagem complexo, de maneira que essas instalações para moagem e secagem de Iignita sejam nitidamente mais caras do que as instalações correspondentes de carvão mineral.

Portanto, a presente invenção não somente deve evitar as des- vantagens acima mencionadas, mas a sua tarefa consiste especialmente em propor um processo de moagem e de secagem de custo mais vantajoso in- clusive uma instalação correspondente que apresenta reduzida emissões e com reduzidas necessidades de gás inerte.

Com um processo da espécie inicial descrita a tarefa de acordo com a invenção será solucionada pelo fato de que uma parcela do fluxo transportado/do gás de secagem é resfriado e desumidificado em uma torre de atomização ou unidade similar sendo que uma parcela do gás seco que abandona a torre de atomização é novamente integrado no meio ambiente e/ou para uma combustão e a outra parcela será reintegrada no fluxo de 5 transporte/gás de secagem.

Como pode ser verificada, com o processo de acordo com a in- venção uma parte do gás reciclado poderá ser resfriada na torre de atomiza- ção para baixar o teor de umidade e o gás cíclico será assim capacitado pa- ra a nova tarefa da umidade de carvão. No caso, uma parcela do gás que é 10 liberado da torre de atomização, limpo, por exemplo, através de meios de sorção, podendo ser liberado para meio ambiente ou pode ser conduzido para um processo de combustão, ou seja, para um reator catalítico a fim de queimar os hidrocarbonetos oriundos do combustível e outros produtos de desgaseificação e remover desta maneira os óxidos nítricos formados na 15 combustão.

Configurações do modo do processo de acordo com a invenção resultam das sub-reivindicações relativos ao processo bem como as reivindi- cações da instalação.

Para eliminar, por exemplo, perdas de pressão no processo da 20 purificação e da gaseificação na saída do sistema, a pressão do processo cíclico poderá ser elevada, alternativamente também, como está previsto na invenção em ampliação, poderá ser usado uma ventoinha correspondente para aumentar a pressão. De acordo com invenção, uma remoção completa das substâncias nocivas de uma reduzida de gás de escape é possível com 25 reduzido esforço. Também um meio de sorção sólido e combustível, por e- xemplo, carvão ativo poderá ser mesclado isento de custo ao combustível sendo carburado. Nas elevadas temperaturas dos gaseificadores de corrente volátil neste processo todas as substâncias nocivas são totalmente destruí- das.

Em outra ampliação, uma parcela do gás reciclado, por exem-

plo, poderá ser aquecido em um primeiro trocador de calor, sendo que a temperatura poderá ser escolhida de tal maneira que a temperatura da cor- rente de gás no sistema cíclico após a mistura com a corrente parcial de gás oriundo da torre de atomização, está situada acima do ponto de orvalho, a fim de que as gotas arrastadas na torre de atomização e as partículas de poeira úmidas evaporem, ou seja, são secas antes de penetrarem em um 5 trocador de calor subsequente.

No caso de uma eventual falha da alimentação de carvão, o gás quente não será praticamente resfriado dentro do moinho. Isto resultaria no tempo mais curto na destruição das sacolas de filtragem. Este problema po- derá ser solucionado de acordo com a invenção pelo fato de que o outro tro- 10 cador de calor pode ser evitado, em processo de derivação. Aqui aproveita- se a vantagem de que a comutação dessas correntes de gás se realiza niti- damente de forma mais rápida do que em um trocador de calor, de maneira que filtros de pano são eficazmente protegidos contra temperaturas eleva- das.

O gás de transporte/secagem conduzido em forma cíclica de

acordo com a invenção poderá ser mais majorado pela combustão de um combustível, já que no presente caso podem ser logradas temperaturas niti- damente mais altas do que nas instalações de moagem convencionais, por não serem liberados produtos da desgaseificação na atmosfera. Com este 20 aumente de temperatura a circulação de gás necessária será reduzida e, desta maneira, serão reduzidos custos de investimento para os elementos da instalação referentes à circulação do gás.

Vantajosamente, conforme a invenção, como meio de combus- tão será empregado gás de combustão e oxigênio rico em hidrogênio o que também resulta na redução da corrente de gás de escape.

Em uma outra configuração poderá ser previsto de acordo com a invenção, antes de iniciar a operação da instalação de moagem, com o queimador desligado, reduzir o teor de oxigênio no processo cíclico por meio de gás inerte, sendo que a expressão "gás inerte" aqui representa N2, Gases 30 Nobres, CO2, porém não vapor d'água. A necessidade de gás inerte, de a- cordo com a invenção, é extremamente reduzida, mesmo quando for visado gás isento de oxigênio na moagem e secagem de uma Iignita altamente rea- tiva e já pode apresentar ignição à temperatura acima de 40°C.

Outras características e detalhes da invenção resultam baseado na subsequente descrição bem como baseado no desenho. Este mostra em uma figura única um diagrama da instalação de acordo com invenção.

5 Na instalação representada na figura de acordo com a seta 1,

um combustível como, por exemplo, Iignita será integrado no sistema e atra- vés de um conjunto de transporte correspondente será alimentado no moi- nho 2. O moinho 2 serve simultaneamente para a fragmentação, secagem e peneiragem, sendo que a poeira fina então resultante < 0,5 mm a 60 até 10 120°C é descarregada de forma pneumática e através da linha 21 será con- duzida para um filtro 3 o qual separa a substância sólida e a conduz para um recipiente 4, de maneira que o combustível fragmentado e seco poderá ser utilizado para outros processos.

Para transportar o gás de transporte/secagem de forma cíclica, 15 está prevista uma ventoinha 5 com a qual o gás purificado será avançado no transporte, sendo que uma corrente parcial é conduzida através de uma li- nha designada pelo número 12 para resfriamento em uma torre de atomiza- ção 6 e uma outra corrente parcial, através de um trocador de calor 11, para aquecimento e através de uma linha 12a será avançado este fluxo. No caso 20 ao menos 15% das quantidades que abandonam a ventoinha 5 serão con- duzidas para o trocador de calor 11.

A parcela de gás para o trocador de calor 11 depende prepon- derantemente da temperatura do gás diante do moinho. Se for regulada uma temperatura elevada de gás com o queimador 17, será necessária a quanti- 25 dade de gás reduzida no sistema cíclico, e a corrente de ar 12a é eliminada (isto é, 100% para torre de atomização 6). Se, por outro lado, na secagem dos combustíveis alternativos não estiver previsto um queimador 17 e quan- do no trocador de calor 15 for alcançada apenas uma temperatura reduzida (por exemplo, 200°C), o maior volume de gás será revolvido pela linha 12a e 30 apenas uma parcela pequena, 15% será seca no interior da torre de atomi- zação 6. Vantagem: não resulta CO2 da combustão e pouco CO2 em 9, por isso pode ser empregado carvão ativo a fim de remover substâncias nocivas, por exemplo, hidrocarbonetos cloratados.

O condensado formado no interior da torre de atomização será, em grande parcela, igualmente integrado no sistema cíclico o que ocorre através de um trocador de calor 7 com ação frigorígena, uma corrente parci- 5 al do condensado, formada da quantidade excedente será retirada do siste- ma através de uma linha 8.

Nesta altura deve-se observar que o trocador de calor 7 pode ser configurado como componente integrante da torre de atomização 6. Uma parcela da corrente de gás de transporte/secagem resfriado na torre de βίο- ι 0 mização 6 poderá ser removida através da linha 9 e eventualmente através de uma ventoinha 21, do sistema e, por exemplo, conforme mostrado, pode- rá ser liberado para o meio ambiente após uma purificação de gás 10, por exemplo, um meio de sorção, ou poderá ser conduzido para um processo de carburação a fim de queimar as substâncias nocivas ainda contidas. A par- 15 cela essencial será reintegrada através da linha 13 no sistema cíclico para efeito de secagem.

A corrente parcial conduzida no sistema cíclico, através de um trocador de calor 11 com ação de aquecimento na linha 12a e a corrente parcial 13, resfriada através da torre de atomização, serão unidos e através 20 da linha 14 serão conduzidos para um outro trocador de calor 15 que seve para o aquecimento. Em seguida, a corrente global será conduzida através da linha 22 para aumento de temperatura através de um queimador 17, e desta unidade, já aquecido, para o moinho 2. As cargas de combustível e de oxigênio alocadas ao queimador 17 são designadas pelos números 18 e 19, 25 ao passo que a seta 20 no moinho 2 indica uma alimentação de gás inerte.

Conforme também pode ser visto a partir do diagrama da insta- lação, o trocador de calor 15 poderá ser especialmente evitado, através de uma derivação 16, especialmente para regulagem de temperatura do volume de gás global revolvido, sendo que este desvio 16 também pode ser compo- nente construído integrante do trocador de calor 15.

Em seguida, baseado em um exemplo, será descrito o modo de funcionamento da presente invenção: o carvão fornecido 1, por exemplo, 50 Kg/s, deverá ser seco de 30% em peso até 3% em peso. 14 Kg/s de umidade precisam ser evapora- dos para o que são necessários 36 MW. Com consideradas outras reduções de calor e da energia de moagem alimentada, a necessidade térmica é de 5 aproximadamente 40 MW. A temperatura do gás revolvido é de 460°C antes do moinho 2 e 105°C depois do moinho 2. Na capacidade térmica específica do gás de 40 KJ/Kmol/K são necessários no ingresso no moinho 2 a 2,8 Kmol/s a fim de cobrir a necessidade térmica. No filtro 3 são separados 36 Kg/s do carvão seco. 80% do gás desempoeirado no filtro 3 serão conduzi- 10 dos para a torre de atomização 6.

O resfriamento até 45°C, a umidade do gás será reduzida de 35% em volume para 10% em volume e 14 Kg/s de água são eliminados por condensação. Para efeito da purificação do gás 10 e liberação na atmosfera são separados 0,09 Kmol/s (2,5 m3/s) do gás desumidificado. O gás que a- 15 travessa o trocador de calor 11 será aquecido até 180°C. A temperatura da mistura (linha 14) é de 80°C e o ponto de orvalho é de 60°C, de maneira que as gotícula de água arrastadas da torre de atomização 6 evaporam diante do trocador de calor 15. Neste trocador de calor 15 o gás será aquecido até 235°C. O queimador 17 será alimentado com uma mistura de gás CO:H2 = 20 1:1 e com oxigênio (95% O2) (setas 18, 19). Para que seja alcançada a tem- peratura de gás de escape de 460°C serão consumidos 25 MW (Hu).

Além das comutações da instalação acima descritas, também poderão ser vistas alternativas, entre outras as seguintes:

- conforme acima, porém sem carburação de combustível 17, de modo lógico com reduzida evaporação no moinho e com uma purificação 10

com carvão ativo desativado por C02 do processo da combustão,

- conforme acima, porém sem aquecimento 11 da corrente e da torre de atomização/derivação, lógico em 12 > 13, isto é, com reduzida eva- poração no moinho,

- sem 11, 15, 16 - custos de investimentos menores, porém,

maior liberação para atmosfera 9, 10 maior e mais alto consumo de combus- tível, porém sem necessidade de vapor, - unidade de resfriamento 8 integrado na torre de atomização 6,

- torre de resfriamento em forma de um trocador de calor cuja superfície é aspergida, atomizada com condensado circulante,

- em seqüência à torre de atomização será integrado um sepa- rador de condensado com separador de gotículas,

- ventoinha 21 ao invés do aumento do nível de pressão do sis- tema cíclico de gás,

- injeção de água ao invés de derivação 16,

- sistema cíclico de água através de uma torre de resfriamento externa, por exemplo, torre de resfriamento de usina de energia ao invés do

resfriador 7,

- calor do trocador de calor 7 será aproveitado, por exemplo pa- ra aquecimento da água fria,

- na dependência da decomposição das águas servidas, as á- guas servidas serão tratadas, por exemplo, em processo biológico ou por

oxidação sendo conduzidas diretamente para uma torre de resfriamento ou para uma instalação de tratamento de água,

- várias torres de atomização ligadas em seqüência a fim de prover melhor separação de partículas contida no gás 12, em reduzida con-

centração, e para evitar depósitos no trocador de calor 15.

Claims

1. Processo para secagem de combustíveis pulvérios, especial- mente a serem integrados a um processo de carburação, como carvão, co- que petrolífero, resíduos biológicos ou materiais similares, sendo que o combustível é fragmentado em um moinho e por meio de um gás de trans- porte e de secagem será conduzida para um filtro/separador e ao menos uma parcela do gás de transporte/secagem, em sistema cíclico será reinte- grado no moinho após o aquecimento, caracterizado pelo fato de que a tem- peratura da corrente de gás de transporte/secagem, antes de penetrar no moinho, é aumentada através de um queimador e uma parcela da corrente de gás de transporte/secagem será resfriada e desumidificada no interior de uma torre de atomização ou unidade similar, sendo que uma parcela do gás seco que abandona a torre de atomização será conduzida para o meio am- biente e/ou para uma carburação, e a outra parcela será reciclada na corren- te de gás de transporte/secagem.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, a corrente de gás eliminada do sistema será submetida a um processo de sorção (hidrocarbonetos além de CH4, CO2), a uma combustão (catalítica) ou a uma transformação catalítica (NOx, hidrocarbonetos clorata- dos).

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, a corrente de gás de transporte/secagem, atrás da área da mistura da corrente parcial de gás seca, a partir do resfriamento da torre de atomização será integrada em um trocador de calor.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que, para o controle da temperatura da corrente de gás de transpor- te/secagem ao menos uma corrente parcial, através de uma derivação, po- derá ser conduzida em derivação do trocador de calor cíclico.

5. Processo de acordo com uma das reivindicações preceden- tes, caracterizado pelo fato de que, uma corrente parcial do condensado, incidente na torre de atomização, é integrada em um sistema cíclico em um trocador de calor com ação frigorígena.

6. Processo de acordo com uma das reivindicações preceden- tes, caracterizado pelo fato de que, através de um outro trocador de calor, previsto no sistema cíclico principal da corrente de gás transporte/secagem, a temperatura da corrente de gás poderá ser adequada à temperatura da corrente de gás reciclada e que abandona a torre de atomização.

7. Processo de acordo com uma das reivindicações preceden- tes, caracterizado pelo fato de que, um conjunto de purificação e/ou aumento de pressão está previsto para a corrente do gás para ser eliminado ao meio ambiente ou para um processo de carburação.

8. Processo de acordo com uma das reivindicações preceden- tes, caracterizado pelo fato de que, especialmente na ativação, será integra- do no sistema cíclico um gás inerte como N2, gases nobres, CO2 ou simila- res.

9. Processo de acordo com uma das reivindicações preceden- tes, caracterizado pelo fato de que, para a secagem, por exemplo, através da torre de atomização, são aduzidos ao menos 15% da corrente de gás (21) do moinho.

10. Dispositivo para a secagem de combustíveis pulvérios, como carvão, coque petrolífero, resíduos biológicos ou materiais similares, com um moinho de fragmentação de combustível (2), uma linha de gás de transpor- te/secagem (21) para um separador de substâncias sólidas (3), bem como uma linha de reciclagem (22) da corrente de gás de transporte/secagem até o moinho de combustível (2), especialmente para a concretização do pro- cesso como definido em uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que uma linha de derivação de gás de transporte/secagem (12) com um resfriador de gás (6) bem como pelo fato de que está previsto diante do moinho (2) um queimador de aquecimento (17) na corrente de gás trans- porte/secagem.

11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que, o resfriador de gás é configurado como torre de atomização (6).

12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que, o condensado da torre de atomização é conduzido ao me- nos parcialmente em sistema cíclico, sendo que no sistema cíclico do con- densado para resfriamento do condensado está previsto um trocador de ca- lor (7).

13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 12, caracteriza- do pelo fato de que, uma linha de reciclagem de gás de transpor- te/secagem (13) de uma parcela do gás oriunda da torre de atomização (6) para a linha do sistema cíclico de gás de transporte/secagem (14, 22) para o moinho (2) e uma linha (9) para o transporte de uma corrente par- ciai da instalação, especialmente até um estágio de purificação ou de car- buração (10).

14. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10 ou uma das seguintes, caracterizado pelo fato de que, por ao menos um trocador de ca- lor (11, 15) destinado ao aquecimento da corrente de gás de transpor- te/secagem.

15. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10 ou uma das seguintes, caracterizado pelo fato de que, está previsto um trocador de calor (11) destinado ao aquecimento diante da junção da corrente de gás de transporte/secagem conduzida em sistema cíclico, com a corrente de gás que abandona a torre de atomização (6) e um trocador de calor (15).

16. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10 ou uma das seguintes, caracterizado pelo fato de que, o trocador de calor (15) para a- quecimento da corrente de gás total de transporte/secagem possui uma de- rivação (16) para ao menos uma corrente parcial para efeito da regulagem de temperatura.

17. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10 ou uma das seguintes, caracterizado pelo fato de que, na linha de gás de escape (9), que abandona o sistema, está prevista uma ventoinha de aumento de pressão (21).

18. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10 ou uma das seguintes, caracterizado pelo fato de que, a região do moinho (2), está pre- vista uma linha de adução de gás inerte (20).

19. Dispositivo de acordo com a reivindicação 17 ou uma das seguintes, caracterizado pelo fato de que, a derivação (16) está integrada no trocador de calor (15).

20. Dispositivo de acordo com a reivindicação 12 ou uma das seguintes, caracterizado pelo fato de que, o trocador de resfriamento/calor (7) para o condensado está integrado na torre de atomização (6).