BRPI0904780B1 - aperfeiçoamentos nos meios de alimentação de um forno rotativo utilizado para calcinação de coque verde de petróleo - Google Patents

Abstract

aperfeiçoamentos nos meios de alimentaçao de um forno rotativo utilizado para calcinaçao de coque verde de petróleo, onde um forno rotativo (1) e um resfriador rotativo (13) fazem parte de um sistema para calcinar coque verde de petróleo, sendo o dito forno (1) antecedido pela caldeira (21), câmara de combustão (22) e respectivo chaminé (23), como também está integrado com um sistema de alimentação definido por uma primeira esteira (24) condutora do coque verde para o interior de um silo (25), em cuja saída nasce outro transportador de correia (26) de alimentação até o referido o referido forno (1); na saída do silo (25) existem duas bocas de descarga do coque verde de petróleo, onde cada boca tem dois alimentadores de gaveta descarregadores do coque verde no transportador de correia (26) e, deste, para o interior do forno rotativo (1) através de um conjunto de queda (36).

Description

APERFEIÇOAMENTOS NOS MEIOS DE ALIMENTAÇÃO DE UM FORNO ROTATIVO UTILIZADO PARA CALCINAÇÃO DE COQUE VERDE DE PETRÓLEO.

Campo da Invenção.

Mais particularmente a presente Invenção tem como característica mais importante a forma e meios inéditos sem partes móveis para que o coque verde possa ser introduzido por um fluxo substancialmente continuo e por simples queda livre no ponto de entrada de um forno rotativo, de modo que no interior desse último possa ser calcinado.

Estado da técnica.

Atualmente a alimentação do coque verde junto à entrada ou extremidade inicial do forno rotativo é realizada utilizando-se partes móveis tradicionalmente conhecidas como "scoop feeder", onde um componente que gira concentricamente com o forno rotativo faz a função de um transportador de canecas, de modo que o coque que cai de uma esteira transportadora possa ser coletado em contínuas dosagens (canecadas) e, em seguida, é descarregado de forma controlada e homogênea na parte inicial do forno rotativo. Não resta a menor dúvida de que a tecnologia do estado da técnica apresenta meios para que o coque verde de petróleo possa alimentar adequadamente um forno rotativo, entretanto, ao longo dos anos notou-se que esta tecnologia poderia ser modificada, não só com o objetivo de melhorar o processo de calcinação do coque, mas também com o objetivo de agilizar o processo e reduzir o seu custo, principalmente no que se refere construção e eventuais manutenções, preventivas e corretivas.

Objetivos da Invenção.

Diante das circunstâncias acima e com o objetivo de superá-las, foi criada a presente invenção que, em suas linhas gerais, é um novo conceito construtivo especialmente criados para eliminar as partes móveis dentro do forno, ou seja, substituir o tradicional sistema "scoop feeder" por um conjunto de alimentação sem partes móveis e, ainda, este conjunto, ao contrário do usual, não possui partes montadas na periferia do forno rotativo, consequentemente, libera e torna produtivo este espaço anteriormente ocupado pelo dispositivo convencional utilizado para a mesma finalidade, proporcionando com isso substanciais vantagens técnicas e práticas, tais como: estabilidade do leito de coque no interior do forno calcinador; aumento do comprimento útil do forno e conseqüentemente aumento no tempo de residência do material dentro do calcinador; diminuição da taxa de aquecimento; diminuição do arraste de material particulado; diminuição dos itens de manutenção; e diminuição do refluxo de coque verde no interior do calcinador.

Descrição dos desenhos. A presente invenção e as suas vantagens, bem como a técnica anterior, serão compreendidas melhor através de descrição detalhada que se segue feita em conjunto com os desenhos anexos: FIGURA 1 é uma vista lateral esquemática de um forno rotativo calcinador de coque de petróleo; FIGURA 2 mostra outra vista esquemática, porém, de um resfriador rotativo de coque calcinado de petróleo; FIGURA 3 representa uma planta esquemática de uma instalação para calcinar coque verde de petróleo; FIGURAS 4 é uma vista esquemática mostrando o tradicional scoop-feeder, conjunto utilizado para alimentação do coque verde no interior do forno rotativo; FIGURAS 5, 6, 7 e 8 são diferentes vistas laterais e detalhe ampliado particularizando os detalhes do silo de armazenamento do coque verde de petróleo; e as FIGURAS 9, 10 e 11 mostram vistas detalhando a montagem dos diferentes conjuntos de transporte do coque verde até a entrada do forno rotativo de calcinação.

Descrição detalhada da invenção.

Como é de conhecimento dos habilitados nesta técnica, atualmente o coque calcinado de petróleo é um importante insumo utilizado na produção de alumínio primário, e tem por objetivo conduzir corrente elétrica para a reação eletrolítica de dissociação da alumina para a produção de alumínio. A maior parcela de produção de coque calcinado de petróleo no mundo é realizada em fornos rotativos. A figura 1 representa esquematicamente um forno típico utilizado na calcinação do coque de petróleo. 0 forno rotativo (1) compreende as seguintes partes básicas: cilindro rotativo (2) montado na horizontal e refratado internamente, como também possui um determinado ângulo de inclinação; insuf ladore-s de ar (3) , denominados de ar terciário que tem por objetivo a injeção de ar atmosférico na zona de calcinação do coque onde a temperatura varia de 1300 a 1400°C; ventiladores (4) montados na zona externa do forno próximos a descarga do material denominados de sopradores do cabeçote, cujo objetivo principal é a refrigeração do cabeçote de descarga do forno; queimador (5) montado na descarga do forno, para utilização em partida da unidade ou retomada da mesma; sistema de medição por pirometria óptica (6-7) das temperaturas da zona de calcinação e descarga; termopar (8) para medição da temperatura de saída dos gases do forno; e (9) sistema de acionamento composto de coroa, pinhão, engrenagem e motor para propiciar o movimento circular do forno ou de seu corpo cilíndrico (2), cuja extremidade mais baixa com a boca de descarga (10) constitui a parte fixa (11), consequentemente, o lado oposto, mais alto, constitui o outro ponto fixo (12), junto ao qual encontra-se instalado o tradicional sistema de alimentação tipo "scoop feeder" (SF), o qual será detalhado posteriormente.

Após o processo de calcinação o coque é descarregado através da boca de descarga (10) em um resfriador rotativo (13) esquematicamente mostrado na figura 2, por onde se verifica que o mesmo possui corpo cilíndrico rotativo (14) que, por uma extremidade, tem a entrada de produto (15) e entrada de água de apagamento (16) e, na extremidade oposta, também existe entrada de água (17), porém, de emergência, sendo que, ainda, ao longo do corpo cilíndrico existe uma unidade de captação de ar-vapor (18) e unidade de acionamento ou rotação (19) . Desta maneira, por meio de jatos de água, a temperatura do coque calcinado é rebaixada de 1100°C para 110°C, logo após o seu resfriamento o coque calcinado segue para estocagem em silos e posterior envio para o mercado do alumínio. 0 resfriador rotativo (13) também apresenta uma parte fixa (20) na sua porção mais baixa e de saida do coque resfriado.

Em contra-fluxo ao coque dentro do calcinador existe uma grande massa gasosa, composta de diversas substâncias provenientes do craqueamento da matéria-volátil presente no coque verde, umidade, finos arrastados e ar que é injetado dentro calcinador. A liberação da umidade e aquecimento do coque ocorre na faixa de 25 a 400°C, a desvolatização ocorre no intervalo de 500 a 1000°C, a densificação do coque e queima de uma pequena quantidade carbono ocorre de 1200 a 1400°C.

Os finos arrastados durante o processo são considerados como um subproduto de baixo valor agregado, cuja sua geração e transporte dependem vários fatores associados durante a calcinação.

Portanto, o forno (1) e o resfriador (13) fazem parte de um sistema para calcinar coque verde de petróleo. Este sistema está genericamente ilustrado na figura 3, por onde se verifica as duas unidades acopladas em linha e, ainda, o forno (1) é antecedido pela caldeira (21), câmara de combustão (22) e respectivo chaminé (23), como também está integrado com um sistema convencional de alimentação que, alem de ter o scoop feeder (SF), inclui uma primeiro esteira (24) condutora do coque verde para o interior de um silo (25) , em cuja saída nasce outro transportador de correia (26) de alimentação até o referido scoop feeder (SF). Na saída do silo (25) existem duas bocas de descarga do coque verde de petróleo, onde cada boca tem dois alimentadores de gaveta descarregadores do coque verde no transportador de correia (26), montado na lateral do forno calcinador. No chute de descarga do transportador de correia (26), o material é introduzido no scoop-feeder (SF), visto com mais detalhes na figura 4, que seria uma espécie de conjunto de pás coletoras ou canecas (27) montadas diretamente no interior da extremidade inicial do forno (1). Neste caso exemplificado, o scoop-feeder (SF) possui 6 pás eqüidistantes, com o movimento rotativo do forno calcinador, de um lado, o material é coletado pelas pás em quantidades regulares e, por outro lado, concomitantemente esse material é igualmente dispensado no interior do forno (sobre a parede). Desse ponto em diante, o coque verde se movimenta de forma peculiar, ordinariamente de forma helicoidal, devido à rotação e a inclinação do forno. Nota-se que o comprimento interno do forno, aquele utilizado para as diferentes etapas de calcinação, é extremamente importante.

Características da Invenção.

Os aperfeiçoamentos realizados abrangem todos os conjuntos envolvidos no sistema de alimentação de coque verde até o interior do silo (25) e até o interior do forno rotativo (1), ou seja: alimentação (24) do silo de coque verde (25); silo de coque verde (25); retirada do material do silo de coque verde (25), transporte (26) do coque verde até o forno (1), sistema de descarreqamento do coque verde no interior do forno (1) e (f) arrastadores de coque verde no interior do forno calcinador: Conforme ilustram as fiquras 5 e 6, uma primeira modificação inclui detalhes construtivos na parte superior do silo (25), onde a entrada de alimentação é definida por um chute (28) que, pela parte superior, apresenta a flexibilidade de direcionamento do material abastecido em dois lados opostos. Esta modificação proporciona vantaqem operacional durante as operações de abastecimento dos lados norte e sul do silo (25).

Ainda com relação as figuras 5 e 6, outras modificações feitas no silo de coque verde têm diferentes objetivos, em que o primeiro é o âmbito de flexibilidade operacional para trabalhar com matérias-primas de diferentes características qualitativas, o que foi conseguido equipando o chute (28) com um septo inferior de saída (29) que, em conjunto com uma parede divisória (25a), configurando assim uma divisão cooperante para recebimento de matérias-primas (coque verde de petróleo) de diferentes qualidades e/ou fontes.

Nas paredes do silo (25) foram colocadas barras longitudinais para reforço estrutural do silo com objetivo de suportar os novos níveis de carga.

Conforme ilustram as figuras 7 e 8, Na parte inferior o silo (25) tem integradas duas bocas opostas de descarga (30), igualmente equipadas com batedores pneumáticos (31), como também ditas aberturas apresentam ângulos modificados cooperantes para que o material tenha uma fluidez adequada, pois, sob cada boca (30) está posicionado um transportador de correia com balança dinâmica e controle de carga (32), um alinhado com o outro, de modo que entre ambos possa ser disposta uma boca de descarga (33). Este sistema permite uma adequada constância da carga que será adicionada ao forno calcinador.

Sob a boca de descarga (33), tal como ilustra a figura 9, é posicionada a extremidade correspondente daquele transportador de correia (26), cuja saída (34) está acoplada com um complemento de transporte (35) que, por sua vez, descarrega o coque verde em um último conjunto de alimentação definido como conjunto de queda (36) .

Com a introdução do conjunto de queda no interior do forno calcinador (1), evidenciou a necessidade de prolongamento do transportador de correia atual, mas como não foi possível, foi então colocado um segundo transportador na descarga da principal correia transportadora, e este descarregando (35) e por fim no conjunto de queda (36). 0 conjunto de queda (36) está ilustrado com detalhes nas figuras 10 e 11. Este conjunto é uma das principais características inovadoras realizadas no sistema, com a retirada do sistema antigo scoop feeder (SF), o qual foi substituído por um tubo de queda livre (37) resistente a altas temperaturas, tendo um primeiro trecho superior preferivelmente vertical (38), cuja extremidade superior inclui meios para ser acoplado ao conjunto de alimentação (35), sendo que esta primeira parte reta (38) é posicionada em uma parte fixa qualquer (39) adjacente ao lado superior da boca ou inicio do forno rotativo (1), ficando, portanto do lado de fora do dito forno, porém, a parte inferior do tubo de queda (37) apresenta um longo trecho do seu comprimento substancialmente inclinado para dentro do forno rotativo (1), onde a sua extremidade inferior fica substancialmente próxima da parte mais baixa do diâmetro interno do dito forno (1) que, neste ponto, apresenta um trecho inicial do seu diâmetro interno dotado de várias aletas arrastadoras (40), as quais são ligeiramente curvadas e equidistantes. 0 tubo de queda (37) de descarga de material apresenta aquele ângulo e dimensões para proporcionar um descarregamento adequado do material no interior do forno rotativo (1), proporcionando baixa perda de carga no lado do gás e minimo refluxo de sólido no interior do forno rotativo (1). Logicamente as aletas arrastadoras (40) são os principais componentes para eliminar o refluxo de coque em sentido contrário a inclinação do forno (1), pois as mesmas se combinam com o tubo de queda (37) para caracterizar um descarregamento uniforme seguido de uma movimentação igualmente uniforme, empurrando o material à frente do tubo de queda.

Com os aperfeiçoamentos da presente invenção muitas vantagens técnicas e práticas são conseguidas tanto no funcionamento do conjunto como também no processo de calcinação do coque verde de petróleo. Estas vantagens, de um modo geral, supera os sistemas convencionais, pois eles, não possuem meios para que o comprimento do forno calcinador possa ser aumentado, o que não ocorre com a presente invenção, onde os aperfeiçoamentos introduzidos tornou possível melhorar significativamente o funcionamento e o processo de uma instalação existente para a mesma finalidade, pois, com a eliminação do sistema scoop feeder, ocorreu uma sucessão de melhorias vantajosas, entre as quais destacam-se: a) eliminando-se o scoop feeder, tornou possível aumentar significativamente o comprimento útil do forno rotativo e, conseqüentemente, aumentou-se o tempo de residência do material dentro do forno, tornando possível ganhos no processo de calcinação, principalmente no que se refere a qualidade, a velocidade e quantidade de material processado, tudo isso concorreu também para reduzir o consumo de energia; b) estabilidade do leito de coque no interior do forno calcinador; c) diminuição da taxa de aquecimento; d) redução do arraste de material particulado; e) diminuição considerável dos procedimentos de manutenção, sejam eles preventivos ou corretivos, uma vez que houve uma redução acentuada de componentes; e f) diminuição do refluxo de coque verde no interior do calcinador.

Será compreendido que determinadas características e combinações dos detalhes construtivos do forno, do resfriador, do silo, bem como das unidades de transporte de correias poderão variar radicalmente, mantendo-se o mesmo conceito funcional para o processo de calcinação do coque verde, consequentemente, nota-se que as construções descritas em detalhes à título de exemplo para todo conjunto, estão claramente sujeitas a variações construtivas, porém, sempre dentro do escopo do conceito inventivo ora revelado de um sistema de alimentação junto a boca ou extremidade de entrada no forno rotativo definido apenas por um tubo de queda e aletas arrastadoras, eliminando-se completamente o sistema antigo scoop feeder, e como muitas modificações podem ser feitas na configuração ora detalhada de acordo com as exigências descritivas da lei, é entendido que os detalhes presentes devam ser interpretados como de forma ilustrativa e não limitadora.

REIVINDICAÇÕES

Claims (3)

1) APERFEIÇOAMENTOS NOS MEIOS DE ALIMENTAÇÃO DE UM FORNO ROTATIVO UTILIZADO PARA CALCINAÇÃO DE COQUE VERDE DE PETRÓLEO, onde dito forno rotativo é genericamente constituído por: cilindro rotativo (2), insufladores de ar (3), ventiladores (4), queimador (5), sistema de medição por pirometria óptica (6-7) das temperaturas da zona de calcinação e descarga, termopar (8) para medição da temperatura de saída dos gases do forno, e sistema de acionamento (9) composto de coroa, pinhão, engrenagem e motor para propiciar o movimento circular do forno ou de seu corpo cilíndrico (2), cuja extremidade mais baixa com a boca de descarga (10) constitui a parte fixa (11), consequentemente, o lado oposto, mais alto, constitui o outro ponto fixo (12), junto ao qual encontra-se instalado o tradicional sistema de alimentação tipo "scoop feeder" (SF) ; através da boca de descarga (10) dito forno é acoplado em um resfriador rotativo (13) igualmente com corpo cilíndrico rotativo (14) que, por uma extremidade, tem a entrada de produto (15) e entrada de água de apagamento (16) e, na extremidade oposta, também existe entrada de água (17), porém, de emergência, sendo que, ainda, ao longo do corpo cilíndrico existe uma unidade de captação de ar-vapor (18) e unidade de acionamento ou rotação (19); ditos forno (1) e o resfriador (13) fazem parte de um sistema para calcinar coque verde de petróleo, o qual inclui ainda uma caldeira (21), câmara de combustão (22) e respectivo chaminé (23), como também está integrado com um sistema de alimentação constituído por uma primeira esteira (24) condutora do coque verde para o interior de um silo (25) , em cuja saída nasce outro transportador de correia (26) até o referido forno rotativo (1); CARACTERIZADO pelo fato de na parte superior do silo (25), definida por um chute (28), apresentar meios para flexibilidade de direcionamento do material abastecido em dois lados opostos e, para tanto, dito chute (28) tem a sua saída ou parte inferior definida por um septo (29) que, em conjunto com uma parede divisória (25a), configura meios para recebimento de matérias-primas (coque verde de petróleo) de diferentes qualidades e/ou fontes.

2) APERFEIÇOAMENTOS NOS MEIOS DE ALIMENTAÇÃO DE UM FORNO ROTATIVO UTILIZADO PARA CALCINAÇÃO DE COQUE VERDE DE PETRÓLEO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de na parte inferior o silo (25) ter integradas duas bocas opostas de descarga (30), igualmente equipadas com batedores pneumáticos (31), como também ditas aberturas apresentam ângulos modificados cooperantes para que o material tenha uma fluidez adequada, pois, sob cada boca (30) está posicionado um transportador de correia com balança dinâmica e controle de carga (32), um alinhado com o outro, de modo que entre ambos possa ser disposta uma boca de descarga (33) que, por sua vez, está posicionada sobre a correspondente extremidade do transportador de correia (26), cuja saída (34) está acoplada com um complemento de transporte (35) que, por sua vez, descarrega o coque verde em um último conjunto de alimentação definido como conjunto de queda (36).

3) APERFEIÇOAMENTOS NOS MEIOS DE ALIMENTAÇÃO DE UM FORNO ROTATIVO UTILIZADO PARA CALCINAÇÃO DE COQUE VERDE DE PETRÓLEO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o conjunto de queda (36) compreender um tubo de queda livre (37), resistente a altas temperaturas, tendo um primeiro trecho superior preferivelmente vertical (38), cuja extremidade superior inclui meios para ser acoplado ao conjunto de alimentação (35), sendo que esta primeira parte reta (38) é posicionada em uma parte fixa qualquer (39) adjacente ao lado superior da boca ou inicio do forno rotativo (1), ficando, portanto do lado de fora do dito forno, porém, a parte inferior do tubo de queda (37) apresenta um longo trecho do seu comprimento inclinado para dentro do forno rotativo (1), onde a sua extremidade inferior fica próxima da parte mais baixa do diâmetro interno do dito forno (1) que, neste ponto, apresenta um trecho inicial do seu diâmetro interno dotado de várias aletas .