PT1423639E - Processo e instalação para descarregar um gás liquefeito entre um reservatório de abastecimento móvel e um contentor de serviço. - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

"PROCESSO E INSTALAÇÃO PARA DESCARREGAR DM GÁS LIQUEFEITO ENTRE UM RESERVATÓRIO DE ABASTECIMENTO MÓVEL E UM CONTENTOR DE SERVIÇO" A área técnica a que o invento se refere é a de gases liquefeitos que são armazenados em locais de utilização por meio de contentores nos quais os referidos produtos estão confinados como uma fase liquida sobreposta por uma fase gasosa resultante do equilíbrio entre pressão e temperatura, sendo estes específicos dos referidos produtos.

Mais particularmente o invento refere-se ao armazenamento de gases liquefeitos que são mantidos a uma temperatura abaixo da temperatura ambiente e, mais particularmente, a temperaturas abaixo de zero graus na escala de Celsius.

Mais especificamente o objecto do invento é o armazenamento de gases liquefeitos, cuja rácio densidade de gás/densidade de líquido é elevada. Dever-se-á mencionar, a título de exemplo, o dióxido de carbono e o óxido nitroso.

Mais especificamente o invento refere-se a contentores de armazenamento que têm de ser enchidos, pelo menos parcialmente, com uma fase líquida para compensar o consumo de gás que ocorre através da sua utilização. Regra geral, os contentores do tipo acima mencionados são enchidos a partir de um reservatório móvel 2 ou cisterna, geralmente um camião cisterna, que é enchido no local onde é produzido o produto de gás liquefeito, de modo que o reservatório contenha também uma fase líquida sobreposta por uma fase gasosa resultante, como no caso do contentor, em equilíbrio entre pressão e temperatura.

Cada reservatório tem uma capacidade que permite abastecer um certo número de contentores, até cinco ou seis.

Um tal procedimento, implementado há muitos anos, tem mostrado que existe o risco de contaminação cruzada do gás liquefeito contido no reservatório, devido às sucessivas ligações feitas a vários contentores, aos produtos gasosos e/ou liquefeitos que possam ter sido contaminados em resultado da sua utilização.

Isto acontece porque quando o reservatório é ligado a um contentor, uma parte da fase liquida do reservatório é transferida para o contentor aumentando, consequentemente, a pressão da fase gasosa neste último.

Para evitar problemas e perda de gás que resultaria, sem dúvida, da abertura da válvula de segurança do contentor, é prática comum fazer uma ligação entre o espaço vazio do contentor e o espaço vazio do reservatório, a fim de reciclar a parte da fase gasosa do contentor para o reservatório. 0 objectivo dessa reciclagem é resolver o problema acima mencionado, mas também restabelecer a pressão da fase gasosa do reservatório, pressão 3 essa que tende naturalmente a cair devido à descarga da fase líquida. 0 documento US-A-4211 085 divulga um processo para abastecer contentores com C02, em que o gás do contentor é posto em contacto com o gás do reservatório de abastecimento, via um acoplamento, para manter, um equilíbrio favorável de pressão-temperatura, apesar da descarga.

Uma tal ligação é considerada também inevitável quando é necessário ter em conta a quantidade máxima da fase líquida que pode ser descarregada do reservatório, que apenas pode acontecer se a pressão da fase gasosa for suficientemente elevada, mesmo quando a extracção é efectuada por meio de uma bomba.

Esta recirculação a partir do contentor em direcção ao reservatório tem o risco de contaminar o gás liquefeito contido neste reservatório, com o risco secundário de contaminar o produto liquido de um segundo ou (n) contentores, com que o camião cisterna é carregado com enchimentos subsequentes.

Um tal risco é inaceitável quando o uso de gás liquefeito se refere a aplicações alimentares, em particular a bebidas gaseificadas.

Poderia considerar-se que no caso de gases armazenados à 4 temperatura ambiente o problema de contaminação cruzada podia ser eliminado evitando uma reciclagem de refluxo da fase gasosa do contentor.

Numa tal situação poder-se-á contar com o facto de, mesmo que ocorra um aumento de pressão no contentor resultante de um aumento de temperatura, é provável que o arrefecimento pela temperatura ambiente restabeleça as condições de armazenamento no contentor. Nesse caso, devido ao fenómeno inverso, poder-se-á contar, de igual modo, com um aquecimento suficiente no contentor para manter a pressão na fase liquida.

Poderá considerar-se também que no caso de gases líquidos, especialmente ar, armazenados a uma pressão próxima da pressão atmosférica, mas a uma temperatura muito mais baixa, por exemplo de cerca de -200°C, a transferência para o contentor, em que a pressão de operação é na ordem de 10 bar a uma temperatura superior à do reservatório, provocaria que ocorresse uma auto-regulação abaixo do ponto de regulação de pressão do contentor.

Em ambos os casos acima mencionados a reciclagem da fase gasosa em direcção ao reservatório não tem de ser considerada, de modo que não surge o problema de contaminação cruzada. Não é assim com gases liquefeitos armazenados a baixa temperatura, abaixo de zero na escala de Celsius, por exemplo 5 a -20°C, cuja temperatura limiar é vista como um compromisso escolhido deliberadamente entre o custo de isolamento que seria necessário e o custo de modificação de construção da resistência do contentor.

Poderia considerar-se que o problema que advem da área técnica em questão poderia ser resolvido dispensando a reciclagem da fase gasosa no contentor, desde que sejam instaladas no contentor válvulas automáticas e válvulas anti-retorno, válvulas essas que talvez constituam um meio técnico eficaz, mas certamente dispendioso de instalar e manter. No entanto, com uma instalação desse tipo, o fornecedor de gás liquefeito não tem meios de ter a certeza de que todos os contentores por cujo abastecimento ele é responsável estão de facto equipados com esses meios técnicos. Finalmente, uma tal instalação, pela sua operação, deixa escapar uma parte da fase gasosa pressurizada para a atmosfera, em detrimento da economia de abastecimento.

Nem é inútil notar que essa instalação não resolve o problema da queda de pressão no reservatório, à medida que a descarga progride. Poder-se-á considerar que o problema pode ser resolvido colocando um vaporizador externo num ramal retirando do reservatório uma parte da fase liquida nele contida para manter a produção de uma fase gasosa que seria reciclada para o espaço vazio do referido reservatório. Uma tal solução não é concebível no caso de gases liquefeitos, tais como CO2, uma vez que a rácio entre a densidade da fase líquida e a densidade da fase gasosa não é favorável. Isto deve-se ao facto de a energia que tem de ser fornecida para o líquido no reservatório para 6 manter uma pressão constante durante a operação de descarga, ser igual a: • ml = massa de líquido a ser descarregada; • PG, Pl = densidade de fase gasosa, densidade de fase líquida; • hG, hL = entalpia de fase gasosa, entalpia de fase líquida.

Para CO2 estes parâmetros têm os seguintes valores: • PG, PL = 0, 050; • hG, hL = 67; • Kw/TON/h = 3,922;

• Temperatura = -20°C

Deverá apreciar-se que existe um factor de 6, que explica que ainda não foi possível transpor as soluções existentes para produtos armazenados a temperaturas muito baixas. Isto porque, para obter uma compensação adequada, envolveriam o uso de meios de energia cujos custos de instalação e de funcionamento seriam proibitivos. O objecto do presente invento é resolver esse problema para evitar o risco de contaminação cruzada no campo do uso de gases liquefeitos armazenados a temperaturas relativamente baixas comparadas com a temperatura ambiente ou a zero graus na escala de Celsius, para os quais o rácio densidade de fase gasosa para densidade de fase líquida é, além disso, elevado. 7 0 objecto do invento é resolver o presente problema usando meios técnicos relativamente baratos de instalar e manter e que, além disso, para evitar contaminação cruzada, oferecem, não apenas ao utilizador do contentor, mas também ao fornecedor de gás liquefeito, um total controlo da operação.

Outro objecto do invento é proporcionar meios técnicos que também resolvem um problema geralmente visto como inerente às operações de descarga de gases liquefeitos, designadamente a determinação da quantidade exacta de produtos liquefeitos transferidos do reservatório para o contentor, na base de cuja determinação tem de basear-se a factura de entrega.

Para alcançar os objectivos acima mencionados, o processo de descarga é caracterizado por consistir em: - extrair a fase liquida do referido gás do reservatório a fim de o introduzir no fundo do contentor via um ejector; - remover ao mesmo tempo do espaço vazio do contentor uma parte da fase gasosa para condensá-la, pelo menos parcialmente, num permutador de calor antes de ser reintroduzida no fundo do referido contentor por meio de um ejector onde é completada a condensação; - utilizar o calor proporcionado pela referida fase gasosa no permutador de calor para vaporizar uma parte da fase líquida no reservatório de modo a manter no mesmo um equilíbrio favorável entre pressão-temperatura da fase gasosa no reservatório apesar da descarga. 0 objecto do invento é também uma instalação para implementar o processo acima mencionado, sendo a referida instalação caracterizada por: - a linha de extracção ser proporcionada com uma bomba de transferência e um ejector que estão localizados a montante da junção; - o espaço vazio do contentor é dotado de uma linha de reciclagem de fase gasosa equipada com uma junção; e - serem interpostos meios de permutação de calor para: - condensar toda ou parte da fase gasosa reciclada do contentor e reinjectá-la na forma liquida no ejector, onde é completada qualquer condensação adicional. - vaporizar uma parte da fase liquida do reservatório para manter a fase gasosa a ocupar o espaço vazio do reservatório. Vários outros aspectos caracteristicos tornar-se-ão evidentes através da descrição que se segue com referência aos desenhos anexos, por meio de exemplos não limitativos, de formas de realização do objecto do invento. A figura 1 é um diagrama que ilustra a instalação de acordo com o invento.

De acordo com a figura 1, a forma de realização ilustrada envolve um contentor 1 destinado a conter uma fase líquida 2 de um gás liquefeito apropriado, sobreposto por uma fase gasosa 3, sendo a combinação armazenada sob condições de equilíbrio entre 9 pressão e temperatura, a uma temperatura relativamente baixa, comparada com zero na escala de Celsius, e por exemplo a -20°C. O contentor 1 é ligado a uma ou mais linhas para extracção da fase gasosa ou da fase liquida, para uma dada aplicação, não sendo estas linhas mostradas na figura 1. Por outro lado, o contentor 1 tem uma linha de fundo 4 para enchimento com uma fase líquida e uma linha de topo 5 para reciclar a fase gasosa de acordo com o processo descrito a seguir. O abastecimento periódico do contentor 1 para compensar as perdas devido ao uso de gás liquefeito armazenado, é proporcionado por meio de um reservatório 6 que pode ser referido como um reservatório móvel, isto é, um reservatório tornado móvel sendo transportado, por exemplo, por um camião cisterna para ser usado para encher sucessivamente vários contentores 1 com o produto de um único local de produção de gás liquefeito. O reservatório 6 inclui uma linha de transferência 7 ligada no fundo do reservatório destinado a conter a fase líquida 8 do gás liquefeito, sendo essa fase sobreposta por uma fase gasosa 9, cujo equilíbrio entre pressão e temperatura preenche os mesmos requisitos, como sucintamente mencionado acima no caso do contentor 1. Deverá entender-se dentro do âmbito do invento que o gás liquefeito proporcionado pelo reservatório 6 é idêntico ao armazenado no contentor 1. O reservatório 6 faz parte da instalação 10, limitada pela estrutura a tracejado, indicando que a linha de transferência 10 7 é dotada de uma junção 11 complementar a uma junção apropriada 12 na linha de admissão 4. Do mesmo modo, o reservatório 6 inclui uma linha de influxo 13 que é dotada de uma junção 14 que pode ser ligada a uma junção complementar 15, com a qual é equipada a linha de reciclagem 5. A instalação 10 também usa uma bomba de extracção 16 que é montada na linha de transferência 7, localizada a montante de um e jector 17 que é ele próprio colocado a montante da junção 11. O reservatório 6 é ainda equipado com um linha de escoamento 18 que é ligada ao ejector 17.

De acordo com uma disposição de construção especifica da forma de realização de acordo com a Figura 1, a instalação 10 inclui também meios permutadores de calor que, neste exemplo envolvem um permutador de calor 19 do tipo de uma via, que é incorporado no reservatório 6 para ser imerso na fase líquida 8 . O permutador 19 é ligado, respectivamente, à linha de admissão 13 e à linha de escoamento 18. A instalação acima descrita permite que o processo seguinte seja implementado quando é necessário abastecer o contentor 1.

As junções complementares 11-12 e 14-15 são acopladas para ligar a instalação 10 à linha 4 e à linha 5 de modo a estabelecer um circuito fechado com as linhas 13 e 18, via o permutador de calor 19. 11

Neste estado, a bomba 16 é ligada para extrair a fase liquida 8 do reservatório 6 e enviá-la via ejector 17 para a linha 4, para encher o contentor 1.

Como consequência desta operação de enchimento, a pressão da fase gasosa 3 no espaço vazio do contentor 1 tende a aumentar e, consequentemente, fluir para a linha de reciclagem 5, para ser enviada pela linha de admissão 13 para o permutador de calor 19.

Dado que o permutador é posicionado no interior da fase líquida 8, a fase gasosa proveniente do espaço vazio do contentor 1 é condensada e pode depois, é claro, escoar-se através da linha de escoamento 18 para ser reinjectada, geralmente numa forma parcialmente líquida, no ejector 17, onde é completada qualquer condensação adicional.

Desta forma o contentor 1 é alimentado via linha de transferência 7 com um gás liquefeito, sem que daí resulte qualquer modificação de relevo no equilíbrio da fase líquida/fase gasosa no contentor 1. Simultaneamente, o calor transferido para a fase líquida 8 a partir da fase gasosa reciclada, para condensar esta última, provoca uma vaporização parcial desta fase líquida, vaporização essa que contribui para manter o equilíbrio da fase gasosa 9 no reservatório 6, apesar da extracção da fase líquida por meio de uma bomba 16. 12 0 contentor 1 pode ser cheio pelos meios acima mencionados sem qualquer risco de contaminação cruzada do gás com a fase liquida ou com a fase gasosa armazenada no reservatório 6, dado que a fase gasosa proveniente do espaço vazio do contentor 1 é forçada a fluir num circuito fechado eliminando qualquer risco de contaminação e permitindo manter condições de transferência ideais porque a fase gasosa reciclada se condensa no interior do reservatório 6.

Essas condições tornam possivel ainda saber com maior certeza a quantidade de produto na fase líquida levada do reservatório 6, de modo que tudo o que é necessário, para determinar a quantidade exacta de produto na fase líquida transferida para o contentor 1, é instalar meios de medição de fluxo, tais como 20, interpostos entre a bomba 16 e o ejector 17.

Deverá notar-se que um dos aspectos importantes do processo consiste em controlar, durante a operação de enchimento, a reciclagem da fase gasosa 3 do contentor 1 e confinar esta fase gasosa reciclada ao interior de um circuito fechado que é utilizado para que o calor libertado por esta fase gasosa no agente refrigerante que constitui a fase líquida no reservatório 6, vaporize parcialmente esta fase líquida para manter a fase gasosa sob pressão adequada no reservatório 6, permitindo uma descarga ideal de massa do gás liquefeito contido no reservatório 6. 13 Não se mostra uma forma de realização alternativa em que a instalação 10 usa um meio de permuta de calor diferente do utilizado na forma de realização da Figura 1. Isto é assim porque, de acordo com esta forma de realização alternativa, os meios permutadores de calor consistem num permutador de calor do tipo de duas vias, que são colocados fora do reservatório 6. Uma das vias do permutador é ligada à linha de reciclagem 5 e à linha de recirculação 4, respectivamente, via um ramal de admissão e via um ramal de escoamento. Os ramais de admissão e de escoamento pertencem à instalação 10 e têm a caracteristica particular de uma delas, poder ser ligada via junções 14 e 15 à linha de reciclagem 5 e, no caso da outra, de ser ligada permanentemente ao ejector 17. Nesta forma de realização alternativa as junções 11 e 12 são proporcionadas entre a linha de recirculação 4 e a linha de transferência 7, no que respeita à sua parte que assenta para além do ejector 17.

Nesta forma de realização alternativa, a segunda via do permutador é ligada à linha de admissão 13 e ao ramal deriva, quer directamente da linha de transferência 7 a montante da bomba 16 ou, pelo contrário, desta linha mas na parte que assenta entre a bomba 16 e o ejector 17.

Nesse caso o permutador é do tipo de placa ou de alhetas, como é conhecido dos peritos do ramo.

De acordo com esta forma de realização alternativa, o processo 14 de descarga envolve a extracção através da bomba 16 do reservatório 6 e enchimento do contentor 1 assim que as junções 14, 15 e 11 e 12 tenham sido niveladas para ligar a instalação 10 ao referido contentor. A fase gasosa 3 reciclada pela linha 5 do contentor 1 flui através do ramal de admissão para passar através do permutador, no interior do qual condensa de acordo com as condições acima indicadas. A fase, pelo menos parcialmente condensada da fase gasosa reciclada é reintroduzida via ramal de escoamento para o e jector 17, de modo a reintroduzi-la no contentor 1.

Considerando o ramal derivado directamente da linha 7, entender-se-á que a circulação natural é ajustada pela extracção pela bomba 16 de tal forma que uma parte da fase liquida 8 extraida flui ao longo deste ramal antes de passar através do permutador, no interior do qual refrigera a fase gasosa reciclada do contentor 1 para condensá-la. Inversamente, o calor retirado da fase de gás condensado provoca a vaporização da parte da fase liquida 8 que flui na linha 13 em estado gasoso, para manter, no espaço vazio do reservatório 6, condições de pressão e temperatura favoráveis ao equilíbrio natural do produto armazenado e, especialmente, para manter uma pressão adequada para uma execução apropriada da extracção. 15

Considerando a o ramal de linha bifurcada entre a bomba e o ejector, pode ver-se que a fase de vaporização da fase liquida proveniente do reservatório 6 tem lugar devido à circulação forçada de uma parte da fase liquida 8 extraída pela bomba 16.

Tal como no exemplo anterior, os meios de medição de fluxo 20 são colocados na linha de transferência 7, mas desta vez sendo interpostos entre o ejector 17 e a junção para a linha de derivação.

Deverá notar-se que em ambas as formas de realização usadas para implementar o processo descrito, os meios necessários para efectuar o processo pertencem todos à instalação 10 que faz parte do reservatório 6. Consequentemente, o fornecedor tem real controlo dos meios empregues para evitar qualquer contaminação cruzada.

Estes meios técnicos tornam possível reciclar, sem qualquer interferência ou contacto, a fase gasosa do contentor 1 durante o enchimento para manter as condições de equilíbrio pressão-temperatura no reservatório 6 e proporcionar controlo completo dos meios capazes de evitar qualquer risco de contaminação cruzada directamente ao fornecedor, pedindo que, antes das operações de descarga, apenas tornar inerte essa parte da instalação, em cujo circuito a fase gasosa 3 proveniente do contentor 1 deverá fluir. A "parte referente à instalação" deverá, por isso, incluir, no contexto da Figura 1, a linha de 16 admissão 13, o permutador 19, a linha de escoamento 18 e o ejector 17 e o ramal de admissão, o circuito correspondente ao permutador 21, o ramal de escoamento e o ejector 17. 0 invento não está limitado aos exemplos descritos e ilustrados, dado que se podem efectuar várias modificações sem se sair do seu âmbito.

Lisboa, 5 de Julho de 2007

Claims (14)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Processo para descarregar um gás liquefeito armazenado num reservatório móvel de alimentação, a uma temperatura relativamente baixa, abaixo de zero graus na escala de Celsius, entre o referido reservatório e um contentor de serviço, caracterizado por consistir em: - extrair a fase liquida do referido gás do reservatório para introduzi-lo no fundo do contentor via um ejector; - ao mesmo tempo remover do espaço vazio do contentor uma parte da fase gasosa para condensá-la, pelo menos em parte, num permutador de calor antes de ser reintroduzida no fundo do referido contentor por meio do ejector onde é completada a condensação; - utilizar o calor proporcionado pela referida fase gasosa no permutador de calor para vaporizar a parte da fase liquida no reservatório de modo a manter, neste último, uma fase gasosa favorável a equilíbrio pressão-temperatura no reservatório, apesar da descarga.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a fase gasosa proveniente do espaço vazio do contentor ser feita passar através de um permutador de calor que está imerso na fase líquida contida no reservatório.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a fase gasosa proveniente do espaço vazio do contentor ser 2 feita fluir através de um dos circuitos do permutador de calor externo de duas vias, em que uma parte da fase liquida extraída do reservatório fluí através do outro circuito do permutador de calor de duas vias, e por a fase gasosa assim produzida ser reciclada para o interior do espaço vazio do reservatório.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por existir circulação natural entre o reservatório e o permutador externo.

5. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por existir uma circulação forçada entre o reservatório e o permutador externo.

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por existir circulação forçada por meio da bomba para extrair o produto do reservatório.

7. Processo de acordo com a qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a quantidade de fase líquida transferida do reservatório para o contentor ser medida por um fluxómetro entre a bomba de transferência e o ejector.

8. Instalação de descarga para implementar o processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 7, do tipo que compreende um reservatório (6 ), dotado de uma saída de extracção equipada com uma junção (11) e um contentor (1) dotado no fundo 3 de uma linha de admissão (4) equipada com uma junção (12) complementar à da saída de extracção, caracterizado por: - a linha de extracção ser dotada de uma bomba de transferência (16) eumejector (17) que estão localizados a montante da junção (11); - o espaço vazio do contentor ser dotado de uma linha de reciclaqem (5) para a fase qasosa, equipada com uma junção (15); e - serem interpostos meios de permuta de calor (19) para: - condensar toda ou uma parte da fase gasosa reciclada no contentor e reinjectá-la na forma liquida no ejector onde é completada qualquer condensação adicional, - vaporizar uma parte da fase liquida do reservatório para manter a fase gasosa a ocupar o espaço vazio do reservatório.

9. Instalação de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o meio de permuta de calor compreender um permutador de calor de uma via (19) no interior de reservatório (6), cujo circuito de fluxo, no qual fluí a fase gasosa proveniente do espaço vazio do contentor, compreender por um lado, a linha de reciclagem (5) dotada da junção (15) complementar à junção (14) com a qual uma linha de admissão (13) levada pelo reservatório, é equipada e, por outro lado, a linha de recirculação (4) dotada de uma junção (12) complementar à da junção (11) efectuada pela linha de transferência (7), uma linha de escoamento (18) que passa através do reservatório e prolonga o permutador (19), terminando no ejector (17) da referida linha de saída (7). 4

10. Instalação de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por os meios de permuta de calor compreenderem, externamente ao reservatório (6), um permutador de calor de duas vias, uma das quais é ligada à linha de reciclagem (5) e ao ejector (17), e a outra via é ligada à linha de admissão (13) do reservatório (6) e a uma linha de escoamento que transporta o produto em fase liquida proveniente do reservatório.

11. Instalação de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por as linhas de reciclagem e de recirculação serem dotadas de junções complementares e por o permutador de calor fazer parte do equipamento do reservatório.

12. Instalação de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por a linha de escoamento ser derivada da linha de transferência (7) a montante da bomba (16).

13. Instalação de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por a linha de escoamento ser derivada da linha de transferência (7) a jusante da bomba (16).

14. Instalação de acordo com qualquer das reivindicações 8 a 13, caracterizada por a linha de transferência incluir meios de medida de escoamento (20) colocados a jusante da bomba. Lisboa, 5 Julho de 2007