PT1525155E - Recuperador de calor para uma instalação claus - Google Patents

Description

ΡΕ1525155 1 DESCRIÇÃO "RECUPERADOR DE CALOR PARA UMA INSTALAÇÃO CLAUS" O invento diz respeito a uma caldeira de recuperação de calor para uma instalação Claus.

Numa instalação Claus, ácido sulfidrico é transformado em enxofre elementar que é levado a condensar-se condensa mediante o arrefecimento do fluxo gasoso processual que o contém, sendo evacuado sob a forma liquida. Uma instalação Claus inclui essencialmente os seguintes componentes estruturais, uma câmara de combustão, uma caldeira de recuperação de calor e pelo menos uma etapa de catálise. Um gás ácido contendo H2S é conduzido juntamente com ar e gás de aquecimento para a câmara de combustão, onde cerca de 60 a 70% do ácido sulfidrico é convertido em enxofre, numa reacção exotérmica. O gás de processamento abandona a câmara de combustão com uma temperatura de cerca de 1200°C, sendo arrefecido na caldeira de recuperação até atingir uma temperatura inferior a 170°C. Após evacuação do enxofre condensado, o gás de processamento é novamente aquecido e conduzido para uma etapa de catálise, na qual, a uma temperatura de operação inferior a 300°C, o ácido sulfidrico que o gás de processamento ainda contém é convertido em enxofre elementar. O gás de processamento emergente da etapa de 2 ΡΕ1525155 catálise é arrefecido até atingir a temperatura requerida para a condensação do enxofre. Após a evacuação do enxofre, o gás de processamento é usualmente conduzido para uma etapa de catálise adicional, na qual o teor de ácido sulfidrico remanescente é convertido em enxofre que, após novo arrefecimento do gás de processamento, é evacuado. Para proceder aos arrefecimentos do gás de processamento quente extraído da câmara de combustão, por um lado, e dos gases processuais efluentes das etapas de catálise, por outro, são geralmente utilizadas caldeiras de recuperação de calor separadas. Na Ullmanns Encyklopãdie der technischen Chemie [Enciclopédia da Química Industrial], vol. 21, p. 11, Fig. 7, encontra-se descrita uma instalação Claus que exibe uma caldeira de recuperação de calor com duas etapas, na qual são arrefecidos os gás processuais efluentes quer da câmara de combustão, quer de uma etapa de catálise. A construção da caldeira de recuperação de calor não se encontra descrita. Em virtude das grandes diferenças de temperatura entre os gases processuais afluentes deve temer-se a ocorrência de tensões térmicas consideráveis, a custo dominadas num aparelho único.

Ao invento subjazia a tarefa de disponibilizar uma caldeira de recuperação de calor integrante de uma instalação Claus para a produção de vapor com tensões térmicas reduzidas, caldeira essa que seria de fácil construção e possibilitasse a realização, num único aparelho, não só do arrefecimento dos gases processuais quentes efluentes da câmara de combustão, como também do 3 PE1525155 arrefecimento dos gases processuais mais frios efluentes das etapas de catálise.

Objecto do invento e solução para o problema colocado pela referida tarefa é uma caldeira de recuperação de calor para uma instalação Claus composta por: uma câmara de produção de vapor envolvida por uma invólucro incompressível, um feixe de tubos compridos de permuta de calor que atravessam a câmara de produção de vapor e cujas extremidades quer de entrada, quer de saida, se encontram inseridas em bases para tubos, pelo menos um feixe adicional de tubos de permuta de calor menos compridos cujas extremidades de saida se encontram igualmente inseridas na base para tubos em que se encontram inseridas as extremidades de saida dos tubos compridos e cujas extremidades de entrada se abrem para uma câmara de influxo, e uma cabeça ligada à base para tubos associada às extremidades de saída dos mesmos e subdividida em secções, em que o feixe de tubos compridos é percorrido por um gás de processamento quente efluente de uma câmara de combustão, em que a câmara de influxo se encontra montada 4 PE1525155 no interior da câmara de produção de vapor e dá admissão a um fluxo de gás de processamento mais frio proveniente de uma etapa de catálise da instalação Claus, em que a cada secção da cabeça se encontra atribuído um feixe de tubos e em que a estas secções se encontram acoplados dispositivos para a evacuação do enxofre condensado. A caldeira de recuperação de calor encontra-se montada na horizontal. À câmara de produção de vapor encontram-se acoplados os dispositivos usuais destinados a ao controlo do fluxo de água de alimentação da caldeira e à extracção de vapor. A câmara de influxo integrada na câmara de produção de vapor permite que sejam dominadas as diferentes temperaturas de entrada do gás sem que seja preciso recorrer a medidas dispendiosas de compensação das dilatações térmicas.

De acordo com uma forma preferida de execução do invento, à base para as extremidades de entrada dos tubos encontra-se acoplada uma cabeça fornecida com uma flange de conexão que permite a sua ligação directa à câmara de combustão ou a um reactor de cracking (fraccionamento molecular) da instalação Claus no qual se encontra integrada a câmara de combustão. A parede da câmara de influxo adjacente ao invólucro da câmara de produção de vapor é fornecida com uma entrada de gás destinada ao gás de processamento. Caso a instalação Claus exiba duas ou mais etapas de catálise, cuja operação se processa a temperaturas compreendidas entre 200 e 300°C, é vantajoso 5 ΡΕ1525155 que a câmara de influxo esteja subdividida em secções, cada uma das quais exibe na respectiva parede adjacente à invólucro da câmara de produção de vapor uma entrada de gás destinada ao gás de processamento efluente de uma etapa de catálise da instalação Claus.

De acordo com uma forma preferida de execução do invento, a localização da câmara de influxo foi adaptada ao perfil de temperaturas que se instala no interior dos tubos de permuta de calor componentes do feixe de tubos compridos por forma a que as diferenças entre a temperatura da câmara de influxo e a temperatura local do gás de processamento conduzido através do feixe de tubos compridos seja inferior a 150°C. Quando existe uma adaptação óptima, as diferenças de temperatura nos tubos deverão ser as menores possíveis, qualquer que seja a secção transversal do aparelho considerada.

Após a evacuação do enxofre condensado, o gás de processamento tem de ser aquecido até atingir uma temperatura superior ao ponto de condensação do enxofre antes da sua entrada na etapa de catálise. 0 aquecimento processa-se vantajosamente mediante a misturação de gás de processamento quente. Numa outra forma de execução do invento é sugerida a condução, através da câmara de produção de vapor, de um tubo suplementar destinado ao gás de processamento, o qual volta a emergir do tubo suplementar com uma temperatura elevada, podendo ser utilizado para o aquecimento do fluxo de gás de 6 ΡΕ1525155 processamento que foi arrefecido até atingir uma temperatura inferior ao ponto de condensação do enxofre. Na extremidade de saida do tubo suplementar foi prevista a presença de um dispositivo para o controlo quantitativo do fluxo de gás de processamento que o atravessa. A caldeira de recuperação de calor de acordo com o invento permite uma considerável simplificação da instalação Claus no que respeita à aparelhagem técnica. A tubulação simplifica-se. São omitidos aquecedores intercalares e condensadores. O controlo do fluxo de água de alimentação da caldeira, sempre dispendioso, apenas tem de ser disponibilizado para um único aparelho.

Em seguida, o invento é elucidado com recurso aos desenhos anexos em que se encontra representado apenas um exemplo de execução. São mostrados esquematicamente:

Figura 1 uma instalação Claus com uma caldeira de recuperação de calor configurada de acordo com o invento,

Figura 2 uma outra forma de execução da caldeira de recuperação de calor,

Figure 3 um corte transversal segundo a linha A-A assinalada na Fig. 2.

Na instalação Claus representada na Fig. 1 7 ΡΕ1525155 processa-se a conversão de ácido sulfídrico em enxofre elementar. Da estrutura essencial da instalação fazem parte um reactor de cracking (fraccionamento molecular) 1 com uma câmara de combustão 2, uma caldeira de recuperação de calor 3 acoplada à saída de gás do reactor de fraccionamento 1 e uma etapa de catálise 4. Um gás ácido 5 contendo ácido sulfídrico é introduzido juntamente com ar 6 e gás de aquecimento 7 na câmara de combustão 2 do reactor de fraccionamento 1, o qual, neste exemplo de execução, integra um leito catalisador 8, além da câmara de combustão 2. 0 gás de processamento emerge do reactor de fraccionamento 1 com uma temperatura de cerca de 1200°C, sendo arrefecido na caldeira de recuperação de calor 3 até atingir a temperatura inferior a 170°C necessária para a condensação do enxofre. 0 enxofre é evacuado à medida que se condensa. Após a evacuação do enxofre, o gás de processamento 9 é aquecido e conduzido para a etapa de catálise 4, na qual os compostos de enxofre são convertidos em enxofre elementar com o auxílio de um catalisador. A etapa de catálise 4 é operada a uma temperatura inferior a 300°C. 0 gás de processamento efluente da etapa de catálise 4 é igualmente arrefecido na caldeira de recuperação de calor até atingir a temperatura inferior a 170°C necessária para a condensação do enxofre. 0 enxofre condensado é evacuado. 0 reactor de fraccionamento 1 consiste numa caldeira cilíndrica posicionada na horizontal e fornecida com um revestimento incombustível, no interior da qual se ΡΕ1525155 encontram montadas, de modo a serem adjacentes a câmara de combustão 2, a câmara de catálise com o respectivo leito catalisador 8 e, a jusante desta, uma outra câmara. A entrada do reactor e a saída de gás situam-se em paredes frontais opostas da caldeira. A câmara de catálise é bilateralmente delimitada por placas de betão reticuladas permeáveis a gases 11, exibindo a sua parede lateral adjacente ao revestimento um orifício de enchimento destinado à introdução do leito catalisador 8. As placas de betão perfuradas 11 exibem vantajosamente furos longitudinais. À periferia da câmara montada a jusante do leito catalisador foi ligada uma conduta de derivação 12 fornecida com um revestimento incombustível que desemboca numa conduta de gás de processamento. Na zona da desembocadura da conduta de derivação 12 foi montada uma válvula 13 por meio da qual é quantitativamente regulado o fluxo de gás quente efluente da conduta de derivação 12. Neste processo, o corpo da válvula 13 é arrefecido pelo gás de processamento 9 frio, pelo que podem ser utilizados no fabrico do corpo da válvula os materiais metálicos usuais. A caldeira de recuperação de calor 3 exibe uma câmara de produção de vapor envolvida por uma invólucro resistente à pressão 14, câmara essa à qual se ligam quer um dispositivo de alimentação 16 destinado a alimentar com água a caldeira, quer um dispositivo de extracção 17 destinado a extrair o vapor de baixa pressão. A caldeira de recuperação de calor 3 contém um feixe de tubos compridos 18 constituído por tubos de permuta de calor que se 9 ΡΕ1525155 estendem a todo o comprimento da câmara de produção de vapor e cujas extremidades, tanto de entrada como de saída, se encontram inseridas em bases para tubos 19 que delimitam bilateralmente a câmara de produção de vapor. Foi prevista a existência de pelo menos mais um feixe adicional de tubos 20 composto por tubos de permuta de calor menos compridos, igualmente inseridos, no que toca às suas extremidades de saída, na base para tubos 19 e cujas extremidades de entrada se abrem para uma câmara de influxo 21. O feixe de tubos compridos 18 é percorrido pelo fluxo de gás de processamento quente efluente da câmara de combustão 2 ou do reactor de fraccionamento 1. A câmara de influxo 21 encontra-se montada no interior da câmara de produção de vapor 15 e dá admissão ao fluxo de gás de processamento mais frio proveniente da etapa de catálise 4. A caldeira de recuperação de calor 3 exibe ainda, anexa à base para tubos na qual se inserem as extremidades de saída destes, uma cabeça 22 subdividida em secções. A cada secção da cabeça foi atribuído um dos feixes 18 ou 20. A estas secções encontram-se acoplados dispositivos para a evacuação do enxofre condensado. A entrada da caldeira de recuperação de calor 3 encontra-se acoplada directamente ao reactor de fraccionamento 1. Exibe uma cabeça fornecida com uma flange de conexão. Por intermédio de uma entrada de gás de que é fornecida com sua parede adjacente ao invólucro da câmara de produção de vapor, a câmara de influxo 21 pode ser alimentada com o gás de processamento mais frio extraído da 10 PE1525155 etapa de catálise 4. O local ao longo da parede da caldeira de recuperação de calor onde se processa a introdução do gás de processamento mais frio é escolhido de modo a que não se verifiquem diferenças de temperatura demasiado elevadas e a que, portanto, as tensões térmicas possam ser dominadas. No exemplo de execução, a posição da câmara de influxo 21 foi adaptada ao perfil de temperaturas que se instala no interior dos tubos de permuta de calor componentes do feixe de tubos compridos 18 por forma a que as diferenças entre a temperatura da câmara de influxo 21 e a temperatura local do gás de processamento que atravessa o feixe de tubos compridos 18 fosse inferior a 150°C. A forma de execução representada nas Figs. 2 e 3 destina-se a uma instalação Claus que exiba uma câmara de combustão ou um reactor de fraccionamento e duas etapas de catálise que operam a temperaturas inferiores a 300°C. A câmara de influxo 21 encontra-se subdividida em secções 21a e 21b, as quais exibem ambas, nas respectivas paredes adjacentes ao invólucro da câmara de produção de vapor, entradas destinadas ao gás de processamento proveniente de uma das etapas de catálise. Subentende-se que também a cabeça 22 situada a jusante das saidas de gás se encontra subdividida num número de secções correspondente. Na Fig. 2 é assinalada por meio de uma linha tracejada a presença, enquanto componente adicional da caldeira de recuperação de calor, de um tubo suplementar 24 destinado a gás de processamento quente, tubo esse que atravessa a câmara de produção de vapor e cuja extremidade de saida é fornecida 11 ΡΕ1525155 com um dispositivo 25 que controla quantitativamente o fluxo de gás de processamento. 0 tubo suplementar 24 encontra-se montado por forma a que o gás de processamento que emerge da sua saída com uma temperatura elevada possa ser utilizado para o aquecimento do fluxo de gás de processamento arrefecido até ter atingido uma temperatura inferior ao ponto de condensação do enxofre. Neste aspecto, o tubo suplementar 24 substitui uma conduta de derivação.

Lisboa, 23 de Novembo de 2007

Claims (6)

1. ΡΕ1525155 1 REIVINDICAÇÕES 1. Caldeira de recuperação de calor para uma instalação Claus, composta por uma câmara de produção de vapor envolvida por uma invólucro (14) resistente à pressão, um feixe de tubos compridos (18) de permuta de calor, que atravessam a câmara de produção de vapor e cujas extremidades, quer de entrada quer de saída, se encontram inseridas em bases para tubos (19), que delimitam bilateralmente a câmara de produção de vapor, pelo menos um feixe adicional de tubos (20) de permuta de calor de menor comprimento, cujas extremidades de saida também se encontram inseridas na base para tubos (19) em que se encontram inseridas as extremidades de saida dos tubos e cujas extremidades de entrada se abrem para uma câmara de influxo (21), uma cabeça (22) ligada à base para tubos (19) em que se encontram inseridas as extremidades de saida dos mesmos e subdividida em secções, em que o feixe de tubos compridos (18) é atravessado por um gás de processamento quente efluente da câmara de combustão (2), em que a câmara de influxo (21) se situa no interior da câmara de produção de vapor e dá admissão a um fluxo de gás de processamento mais frio (10) 2 ΡΕ1525155 proveniente de uma etapa de catálise (4) da instalação Claus, em que a cada secção da cabeça (22) é atribuído um dos feixes de tubos (18, 20), e em que a estas secções foram acoplados dispositivos para a evacuação de enxofre condensado.
2. 2. Caldeira de recuperação de calor de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ao lado da entrada da secção da cabeça para tubos se achar ligada uma tampa com uma flange de ligação para fixação directa à câmara de combustão ou a um reactor de fraccionamento que integra a mesma câmara de combustão.
3. 3. Caldeira de recuperação de calor de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada por a câmara de influxo (21) ter uma entrada para o gás de processamento na parede do invólucro.
4. 4. Caldeira de recuperação de calor de acordo com uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada por a câmara de influxo (21) estar subdividida em secções (21a, 21b), cada uma as secções (21a, 21b) da câmara de influxo ter uma entrada gás destinada à introdução de gás de processamento proveniente de uma das etapas de catálise da instalação Claus.
5. 5. Caldeira de recuperação de calor de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada por a posição da câmara de influxo (21) ter sido adaptada ao 3 ΡΕ1525155 perfil de temperaturas que se instala no interior dos tubos de permuta de calor componentes do feixe de tubos compridos (18) por forma a que a diferença entre a temperatura da câmara de influxo (21) e a temperatura local do gás de processamento que atravessa o feixe de tubos compridos (18), seja inferior a 150°C.
6. 6. Caldeira de recuperação de calor de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada por exibir um tubo suplementar (24), destinado a gás de processamento quente, tubo esse que atravessa a câmara de produção de vapor e cuja extremidade de saida é fornecida com um dispositivo (25), que controla quantitativamente o fluxo de gás de processamento através do tubo suplementar (24), podendo o gás de processamento que emerge da saída do tubo suplementar (24) com uma temperatura elevada ser utilizado para o aquecimento do fluxo de gás de processamento que foi arrefecido até ter atingido uma temperatura inferior ao ponto de condensação do enxofre. Lisboa, 23 de Novembro de 2007