BRPI0816275B1

BRPI0816275B1 - Separador de partículas sólidas de uma mistura de vapor-gás

Info

Publication number: BRPI0816275B1
Application number: BRPI0816275-1A
Authority: BR
Inventors: Kaidalov Aleksandr; Kindorkin Boriss
Original assignee: Eesti Energia Õlitööstus As
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2018-08-07
Also published as: CN101808722B; US8097053B2; EA201000419A1; EE05544B1; AU2008295252B2; EE200700049A; JO2688B1; CA2698427C; MA31824B1; BRPI0816275A2; AU2008295252A1; CA2698427A1; CN101808722A; US20100180557A1; WO2009030241A1; EA017059B1

Description

(54) Título: SEPARADOR DE PARTÍCULAS SÓLIDAS DE UMA MISTURA DE VAPOR-GÁS (51) Int.CI.: B01J 8/00; B01D 45/00 (30) Prioridade Unionista: 05/09/2007 EE P200700049 (73) Titular(es): EESTI ENERGIA ÕLITÕÕSTUS AS (72) Inventor(es): ALEKSANDR KAIDALOV; BORISS KINDORKIN (85) Data do Início da Fase Nacional: 05/03/2010

1/10 “SEPARADOR DE PARTÍCULAS SÓLIDAS DE UMA MISTURA DE

VAPOR-GÁS

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção está relacionada a um separador (câmara de pó), para separação de partículas sólidas de uma mistura de vapor-gás, particularmente a uma estrutura de uma câmara de pó pertencente a uma instalação de uma planta de processamento de materiais que contêm combustíveis fósseis ou substâncias orgânicas.

ANTECEDENTES DO ESTADO DA TÉCNICA [002] Com relação ao estado da técnica, o separador (câmara de pó) para separação de partículas sólidas de uma mistura de vapor-gás conhecido e usado pelo presente Requerente está descrito a seguir com referência à figura 1. A fim de proporcionar uma visão mais clara e melhor do dispositivo conhecido do estado da técnica, e ainda para destacar as diferenças em relação a presente invenção, os detalhes do separador da invenção que correspondem às conhecidas do estado da técnica estão assinalados com as mesmas referências numéricas, adicionando-se um apóstrofo (') à referência numérica, com o objetivo de se diferenciar as duas situações.

[003]O separador (câmara de pó) para separação de partículas sólidas de uma mistura de vapor-gás conhecida do estado da técnica 1' compreende elementos de fechamento cilíndricos de diversos diâmetros, com um forro refratário interno 2', 2, que são conectados por um cone de transição 20, ciclones de primeiro e segundo estágios 3', 4', condutos de remoção de pó 5', respiro de entrada da

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2/10 mistura de vapor-gás 13' no primeiro ciclone 3', e mistura de vapor-gás contendo partículas de semicoque proveniente do respiro de entrada 9' para o corpo principal 2', 2”.

[004]Essa estrutura apresenta diversos inconvenientes, os quais diminuem a eficiência de limpeza e provocam falhas no equipamento.

[005]Nesse dispositivo, a decantação física do semi-coque da mistura de vapor-gás é realizada por gravidade, a qual, por ser originada da estrutura do dispositivo, tem como consequência:

- na parte cilíndrica do corpo principal (por exemplo, uma diminuição do diâmetro de aproximadamente 6,5 m para aproximadamente 3,96 m), a decantação por gravidade do semi-coque da mistura de vapor-gás provoca um pesado sedimento de semicoque sobre a superfície do cone de transição 20, o que lentamente diminui o diâmetro do cone de transição 20. Isso, por sua vez, impede o funcionamento a que se propõe a câmara de pó, isto é, a decantação por gravidade do semi-coque diminui, pelo fato de que a velocidade da mistura de vapor-gás que se dirige através do corpo principal se acelera, de modo que partículas de semi-coque são carregadas através da mistura de vapor-gás, isto é, a velocidade de remoção das partículas de semi-coque é maior que a velocidade de decantação por gravidade das partículas. A diminuição da decantação por gravidade resulta em um aumento indesejado da concentração do semi-coque na mistura de vapor-gás que sai do segundo ciclone 4';

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- o forro interno refratário de duas camadas 7' da câmara de pó é feito de tijolos refratários com alta porosidade e fissuras, dessa forma, apresentando diversos inconvenientes. Os poros e fissuras nos tijolos refratários provocam infiltração na mistura de vapor-gás através do isolante térmico, por exemplo, os tijolos localizados por trás dos tijolos refratários, o que ocasiona a condensação de vapor de hidrocarboneto na mistura de vapor-gás sobre a parede de metal interna do corpo principal da câmara de pó. Isso contraria o objetivo do forro refratário e isolamento, pelo fato de que o material usado no forro refratário perde suas propriedades de isolamento térmico. A diminuição do isolamento térmico faz com que o semi-coque grude sobre as paredes internas do forro refratário;

- o projeto da câmara de pó para limpeza de partículas de semi-coque da mistura de vapor-gás inclui os ciclones 3' e 4', os quais são colocados no interior da câmara de pó. Devido a essa colocação e ao tipo do segundo ciclone 4', a câmara de pó conhecida do estado da técnica apresenta diversas deficiências:

• no processo de tratamento, os ciclones 3' e 4' são enchidos com depósitos de semi-coque, o que provoca o aquecimento dos ciclones e dos corpos de metal principais de suas armações;

• devido às grandes dimensões, à fixação rígida e à expansão térmica, os ciclones colocados no interior da câmara de pó necessitam de compensadores laminados 17, de grande diâmetro, que são colocados na junção entre a armação e o

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4/10 ciclone. Uma vez que essa localização é mais submetida à remoção do semi-coque, isso provocará a ruptura dos compensadores laminados e seguinte vazamento. Por sua vez, isso provocará a parada das operações do ciclone para reparos. Essa deficiência também está presente no conduto de gás entre o primeiro e segundo ciclones;

• o conduto de entrada 13' do primeiro ciclone 3' se encontra localizado de modo horizontal; durante a operação, partida e parada, o conduto de entrada tende a coletar resíduos de semi-coque, o que resulta na diminuição da eficiência do ciclone;

• devido às altas velocidades da mistura de vapor-gás nos ciclones, esses ciclones estão sujeitos a um alto desgaste abrasivo, o que provoca uma diminuição na espessura das paredes de um corpo principal de ciclone. Também, devido ao fato de que os ciclones são localizados no interior de uma câmara de pó, não é possível a realização de medições de espessura na parede do ciclone em nenhum ponto determinado, e um excessivo desgaste

da parede do ciclone interromperá	toda a máquina;
• o segundo ciclone apresenta uma queda de pressão bastante alta.
- grandes quantidades	do semi-coque
depositado (150 m ) originadas	das deficiências
relacionadas acima, provocam um tempo na manutenção e reparos. DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO	maior gasto de
[006] Para aumentar a	eficiência e a
confiabilidade, assim como diminuir o tempo de
execução de reparos, a presente invenção oferece:

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- mudar a construção da câmara de pó, mediante remoção do cone de transição entre os cilindros contendo diversos diâmetros do corpo principal da câmara de pó, isto é, a câmara de pó é totalmente construída com o mesmo diâmetro; isso evita a decantação do semi-coque sobre as superfícies cônicas do corpo principal da câmara de pó, que é a razão para o aumento da concentração de partículas de semi-coque na mistura de vapor-gás proveniente do ciclone de segundo estágio durante a operação da câmara de pó, pelo que se garante que a qualidade do produto permaneça constante durante a operação;

- o material poroso usado no forro refratário da câmara de pó é modificado para nãoporoso, por exemplo, concreto. Isso evita infiltração na mistura de vapor-gás através do forro refratário, e a formação de condensado indesejável sobre a parede de metal interna da câmara de pó;

- o projeto com ciclones colocados internamente é modificado para ciclones colocados externamente, adicionando, também, isolamento térmico externo aos ciclones. Esse projeto externo exclui a necessidade de se utilizar compensadores laminados entre o corpo principal do ciclone e o coletor de pó. Além disso, essa estrutura de ciclone garante um curto tempo de reparo e a oportunidade de medir a espessura das paredes do corpo principal do ciclone constantemente;

- para diminuir o desgaste abrasivo dos ciclones, um forro refratário à prova de desgaste,

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6/10 por exemplo, um forro de concreto, é colocado sobre as superfícies internas dos ciclones;

- para aumentar a produtividade da mistura de vapor-gás sem diminuir a eficiência de limpeza da mistura de vapor-gás, o ciclone de segundo estágio é substituído por um ciclone com uma queda de pressão mais baixa, o que possibilita diminuir a resistência hidráulica de toda a instalação de tratamento de cinzas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [007] A câmara de pó para separação de partículas sólidas da mistura de vapor-gás que corresponde à presente invenção é descrita de modo abrangente, porém não-limitativo, no seguinte exemplo implementado com referências às figuras anexas, nas quais:

[008] A figura 1 mostra um modelo de uma câmara de pó conhecida do estado da técnica;

[009]A figura 2 mostra um modelo da câmara de pó de acordo com a presente invenção;

[0010] A figura 3 mostra um modelo alternativo da câmara de pó de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADES DA INVENÇÃO [0011] Um dispositivo no qual ocorre a pirólise de combustível fóssil pulverizado (por exemplo, óleo de xisto) ou material contendo matéria orgânica usando processo de transporte de calor sólido, inclui o separador (câmara de pó) para separação de partículas sólidas de uma mistura de vapor-gás. A temperatura da mistura de vapor-gás que entra na junção de tratamento é de cerca de 480°C, a mistura contendo na sua formulação

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7/10 partículas de semi-coque até 230 g/m³, o restante sendo vapores de hidrocarboneto, vapor de água, gás de pirólise e outras misturas e gases.

[0012] A mistura de vapor-gás é purificada nesse dispositivo mediante decantação por gravidade das partículas.

[0013] O separador para separação de partículas sólidas da mistura de vapor-gás ou câmara de pó 1, de acordo com a presente invenção e conforme ilustrado na figura 2, compreende um corpo principal 2, cuja superfície interna é coberta com um forro refratário interno 7. O forro refratário interno 7 é feito de um material à prova de desgaste e não-poroso, do tipo concreto, de modo que a mistura de vapor-gás não possa vazar e os vapores de hidrocarboneto não possam condensar entre o forro refratário 7 e a superfície de metal interna do corpo principal 2 da câmara de pó 1. O corpo principal 2 da câmara de pó 1 é cilíndrico e o seu diâmetro é o mesmo em toda a sua altura, por exemplo, são usados corpos principais de cerca de 3 m a 9 m de diâmetro. Um respiro de entrada 9 para a mistura de vapor-gás contendo partículas de semicoque se encontra localizado sobre um lado da parte inferior do corpo principal 2 da câmara de pó 1. Um respiro de saída 8 para as partículas de semi-coque se dispõe sobre a extremidade inferior 11 do corpo principal 2 da câmara de pó 1.

[0014] Os ciclones de primeiro e segundo estágios 3, 4 são localizados exteriormente ao corpo principal 2 da câmara de pó. O conduto de entrada 13 do ciclone de primeiro estágio 3 é conectado à extremidade superior 10 do corpo

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8/10 principal 2 da câmara de pó, enquanto o conduto de entrada 13 é vertical e paralelo ao eixo vertical da câmara de pó 1. O respiro de saída 12 do ciclone de primeiro estágio 3 é conectado ao conduto de entrada 14 do ciclone de segundo estágio 4. Para compensação dos esforços, foram adicionados compensadores laminados 18 às conexões acima relacionadas, ao conduto de entrada 13 do ciclone de primeiro estágio 3 e ao conduto que conecta os ciclones de primeiro e segundo estágios 3, 4, respectivamente. Respiros de saída 15 de semi-coque são localizados na parte inferior dos ciclones de primeiro e segundo estágios 3, 4 e são conectados pelos canais de pó 5 à parte inferior do corpo principal 2 da câmara de pó, de modo que os canais de pó 5 se dirigem para o respiro de saída 8 das partículas de semi-coque 8, localizado no corpo principal da câmara de pó 1. Além disso, compensadores laminados 19 de pequeno tamanho foram adicionados aos canais de pó 5, a fim de compensar os esforços.

[0015] A superfície interna dos ciclones de primeiro e segundo estágios 3, 4 é forrada com um material à prova de desgaste 16, por exemplo, concreto, e uma vez que tal material não se dispõe no interior do corpo principal 2 da câmara de pó 1, é possível se medir a espessura da parede dos ciclones 3, 4 e fazer os reparos quando necessário.

[0016] Na modalidade alternativa da câmara de pó de acordo com a presente invenção, conforme mostrado na figura 3, os condutos de entrada correspondentes 13, 14 para os ciclones de

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9/10 primeiro e segundo estágios 3, 4 são conectados à extremidade superior 10 do corpo principal da câmara de pó. O conduto de saída do ciclone de segundo estágio 4 é conectado ao conduto de entrada do ciclone de primeiro estágio 3, de modo que a mistura de vapor-gás contendo partículas de semicoque é dirigida em paralelo a ambos os ciclones 3, 4 e a mistura de vapor-gás que sai do ciclone de segundo estágio 4 é dirigida para o ciclone de primeiro estágio 3. Um compensador laminado 18 foi também instalado entre o tubo de saída do ciclone de segundo estágio 4 e o conduto de entrada do ciclone de primeiro estágio 3, para compensação dos esforços. A mistura de vapor-gás purificada das partículas de semi-coque é dirigida do ciclone de primeiro estágio 3 através do respiro de saída 12 para posterior tratamento. Essa colocação de ciclones centrífugos permite a operação paralela dos ciclones 3, 4 e, no caso de ocorrerem falhas na operação dos ciclones, a purificação da mistura de vapor-gás continua em outro ciclone.

[0017] A operação de uma instalação para tratamento térmico de combustíveis fósseis e materiais contendo matéria orgânica, principalmente em um dispositivo no qual um a pirólise de material pulverizado com um processo de transporte de calor sólido produz uma mistura de vapor-gás que tem de ser purificada das partículas de semi-coque. Uma câmara de pó 1 é usada para separar as partículas sólidas da mistura de vapor-gás, apresentando um corpo principal 2 e ciclones 3, 4. Para alcance de tal objetivo, a mistura de vapor-gás contendo as partículas de semi-coque é dirigida para o corpo

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10/10 principal 2 da câmara de pó 1, onde as forças de gravidade empurram as partículas de semi-coque mais pesadas para decantar na parte inferior 11 do corpo principal 2 da câmara de pó 1. A mistura de vaporgás com partículas de semi-coque mais leves é dirigida através do conduto de entrada 13, localizado na extremidade superior do corpo principal 2 da câmara de pó, para o ciclone de primeiro estágio 3, onde forças centrífugas ajudam a remover o restante das partículas de semi-coque. Para uma purificação completa da mistura de vaporgás, essa mistura é dirigida do ciclone de primeiro estágio 3 para o ciclone de segundo estágio 4, onde ocorre a purificação final da mistura de vapor-gás das partículas de semi-coque. Após isso, a mistura de vapor-gás limpa é dirigida do ciclone de segundo estágio 4 para posterior tratamento.

[0018] O projeto da câmara de pó para separação de partículas sólidas de uma mistura de vapor-gás de acordo com a presente invenção permite a rápida execução de reparos, sem que haja interrupção de todo o ciclo de produção por um longo período. Deverá ser claro para os especialistas versados na técnica que a câmara de pó correspondente à presente invenção não se restringe ao exemplo da implementação como provido acima, e que a faixa de proteção da invenção deverá levar em consideração o definido nas reivindicações anexas, as características e, também, suas combinações de mesma natureza.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Separador ou câmara de pó (1) para separação de partículas sólidas de uma mistura de vapor-gás, o separador compreendendo um corpo principal (2) com um forro refratário interno (7) colocado na superfície lateral interna do corpo principal, um ciclone de primeiro estágio (3) e um ciclone de segundo estágio (4), compensadores laminados (18, 19), condutos de remoção de pó (5,

15), conduto de entrada (13) para a mistura de vapor-gás no ciclone de primeiro estágio (3), respiro de entrada (9) no corpo principal (2) da câmara de pó (1) para a mistura de vapor-gás contendo partículas de semi-coque, caracterizado pelo fato de que o diâmetro do cilindro do corpo principal (2) da câmara de pó é uniforme em toda a sua altura, com a sua extremidade inferior (11) tendo um respiro de saída (8) para remoção das partículas de semi-coque, enquanto o respiro de entrada (9) está localizado acima do respiro de saída (8) sobre o lado do corpo principal (2) da câmara de pó (1), e que os ciclones de primeiro e segundo estágios (3, 4) estão localizados exteriormente ao corpo principal (2) da câmara de pó (1), e que um material do forro refratário interno (7) do corpo principal (2) da câmara de pó (1) é um material de isolamento térmico à prova de desgaste e não-poroso.
2. Separador para separação de partículas sólidas de uma mistura de vapor-gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conduto de entrada (13) da mistura de vapor-gás para o ciclone de primeiro estágio (3)

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2/3 está localizado verticalmente sobre a extremidade superior (10) do corpo principal (2) da câmara de pó (1), de modo que o seu eixo se dispõe na mesma direção e em paralelo ao eixo vertical do corpo principal (2) da câmara de pó (1).
3. Separador para separação de partículas sólidas de uma mistura de vapor-gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material do forro refratário interno (7) do corpo principal (2) da câmara de pó (1), que se constitui de um material de isolamento térmico, à prova de desgaste e não-poroso, é um material de concreto.
4. Separador para separação de partículas sólidas de uma mistura de vapor-gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ciclones de primeiro e segundo estágios (3, 4) são conectados por meio de canais de pó (5) à extremidade inferior (11) do corpo principal (2) canais de pó da câmara de pó (1) enquanto os
5) são dirigidos para cima para o respiro de saída de semi-coque (8) localizado no corpo principal (2) da câmara de pó (1).

5. Separador para separação de partículas sólidas de uma mistura de vapor-gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície interna dos ciclones de primeiro e segundo estágios (3, 4) é forrada com um material à prova de desgaste (16).
6. Separador para separação de partículas sólidas de uma mistura de vapor-gás, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o material à prova de desgaste (16)

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3/3 usado para a superfície interna dos ciclones de primeiro e segundo estágios (3, 4) é concreto.
7. Separador para separação de partículas sólidas de uma mistura de vapor-gás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ciclone de segundo estágio (4) tem uma resistência hidráulica mais baixa.

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Mistura de vapor-qás

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