PT98379B

PT98379B - Processo para o arrefecimento de gases de processos quentes

Info

Publication number: PT98379B
Application number: PT98379A
Authority: PT
Inventors: Martin Hirsch; Wolfgang Frank; Manfred Heil
Original assignee: Metallgesellschaft Ag
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1991-07-18
Publication date: 1999-01-29
Also published as: FI913416A0; CA2047362C; ZA915692B; FI97081C; JPH06341777A; EP0467441B1; DE59100454D1; PT98379A; ES2046844T3; TR25189A; AU8112891A; FI97081B; US5205350A; ATE95556T1; DE4023060A1; EP0467441A1; NO912596L; FI913416A; CA2047362A1; AU633748B2

Description

PROCESSO PARA O ARREFECIMENTO DE GASES DE PROCESSCBQUENTES

DESCRIÇÃO

A invenção refere-se a um processo para o arrefecimento de gases de processo quentes, em que os gases do processo são alimentados através de um leito fluidizado estacionário que contém elementos de arrefecimento, uma parte dos sólidos suspensos na corrente gasosa é separada no espaço que contém poeira por cima do leito fluidizado e são reciclados para o leito fluidizado e material sólido é separado a partir do gás de descarga num dispositivo de despoeiramento e reciclado para o leito fluidizado.

Em alguns processos, formam-se gases de processo quentes cujo arrefecimento provoca consideráveis dificuldades. Por exemplo, os gases de processo podem conter componentes condensáveis ou gotículas de líquido arrastadas, por exemplo de metal ou de escória, e os referidos componentes condensáveis ou gotículas líquidas arrastadas podem formar incrustações sobre as superfícies de arrefecimento em resposta ao arrefecimento. Os gases de processo podem conter poeiras finas com más propriedades de escorregamento que podem formar incrustações já à temperatura do gás de processo ou quando são arrefecidos. Os gases de processo podem também conter SO^ ou pode formar-se SO^ como resposta ao arrefecimento e pode ocorrer uma sulfatização indesejada.

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A memória descritiva da patente de invenção alemã número 34 39 600 refere um processo para o arrefecimento de gases de processo formados por gasificação de sólidos que contêm carbono, em que o gás de processo quente é alimentado a um leito fluidizado estacionário de sólidos que se ligam a enxofre e é aí arrefecido. No leito fluidizado estão contidos elementos de arrefecimento que são atravessados por um meio de arrefecimento. Como gás de fluidização, recircula-se uma corrente parcial do gás de processo que se obtêm a partir do reactor em leito fluidizado.

O gás de processo é introduzido no leito fluidizado pelo lado ou por cima. 0 gás de processo arrefecido que sai do leito fluidizado é despoeirado num ciclone, mais arrefecido num permutador de calor e alimentado a um purificador de gás. O produto sólido separado no ciclone e no purificador de gás ê reciclado para o purificador de gás. Não se evita o contacto entre o gás de processo e as superfícies de arrefecimento, razão pela qual existe o perigo de formação de incrustações. A mistura entre o gás de processo e o material sólido não é óptima.

A partir da memória descritiva da patente de invenção norte-americana número 3 977 846, sabe-se que é possível arrefecer um gás de processo que contém hidrocarbonetos num leito fluidizado estacionário, em que na parte inferior do leito fluidizado estão colocadas superfícies de arrefecimento que são atravessadas por um meio de arrefecimento. Como gás de fluidização, utiliza-se um gás estranho isento de hidrocarbonetos. O gás de pro-3cesso é introduzido por cima das superfícies de arrefecimento por meio de injectores colocados no leito fluidizado. Os injectores são isolados termicamente para evitar a formação de depósitos 0 gãs de processo arrefecido que sai do reactor ê alimentado a um separador de poeiras. 0 material sólido carregado com hidrocarbonetos condensados é retirado do leito fluidizado e é carregado sólido fresco para o leito fluidizado. Devido aos componentes corrosivos e aos sólidos presentes no gás de processo, deve esperar-se um intenso desgaste dos injectores. Além disso, existe o perigo de entupimento.

A partir da memória descritiva da patente de invenção norte-americana número 4 120 668, sabe-se que se pode arrefecer um gás de processo que contém partículas de sal fundidas e componentes voláteis num leito fluidizado estacionário em que o gás de processo ê alimentado ao leito fluidizado como gás de fluidização. Por cima do local da introdução do gás de processo, estão colocadas superfícies de arrefecimento no leito fluidizado.

O gás arrefecido é despoeirado num ciclone e o material sólido separado é reciclado para o leito fluidizado. Uma parte dos sólidos ê retirada do leito fluidizado pelo lado inferior e é carregado com sólido fresco no leito fluidizado. Também neste caso se encontram os inconvenientes referidos antes.

A partir da patente de invenção internacional WO 88/08741 sabe-se que se podem arrefecer gases de processo num leito flui-

dizado em circulação, de acordo com o qual o gás de processo é arrefecido numa câmara de mistura com gás de processo arrefecido recirculado e com solido arrefecido recirculado, em que o fundo da câmara de mistura tem a forma cónica e tem uma abertura para a introdução do gás de processo e do gás recirculado. A suspensão que sai da câmara de mistura pode ser mais arrefecida na parte superior do reactor em superfícies de arrefecimento e, em seguida, o sólido é separado em ciclones e é reciclado para o reactor e uma corrente parcial do gás é recirculada para o reactor. A suspensão pode também ser descarregada sem arrefecimento ulterior, o sólido é separado em ciclones e é novamente reciclado para o reactor; o gás é arrefecido e uma parte é recirculada para o reactor. A densidade da suspensão do leito fluidizado que cir3 cuia é mantida igual a um valor compreendido entre 1 e 5 kg/m e valores inferiores por reciclagem de 75 a 100% da quantidade de gás de processo e por reciclagem de sólido numa quantidade compreendida entre 0,92 e 11,5 kg/Nm . O grande volume dos gases de saída requerido pela grande recirculação de gases origina uma purificação dos gases dispendiosa. Por causa da pequena densidade da suspensão, ê necessária uma superfície relativamente grande de permuta de calor.

A invenção tem como objectivo arrefecer gases de processo quentes da maneira mais económica possível evitando a formação de incrustações e a formação de sulfatos.

referido objectivo ê atingido de acordo com a presente invenção por meio de um processo de acordo com o qual se constrói o leito fluidizado estacionário, dotado de elementos de arrefecimento com a forma de anel e com a forma de calha, o gás de fluidização ê introduzido no leito fluidizado por meio do fundo permeável a gases da calha, o gás de processo ê introduzido por meio da abertura central do leito fluidizado, sólido arrefecido proveniente do leito fluidizado é descarregado na corrente do gás de processo por cima do rebordo interno da calha e ê arrastado para o espaço de poeira por cima da superfície do leito fluidizado, o sólido separado na câmara de poeira é feito cair no leito fluidizado com a forma de anel, o gás arrefecido que contêm o sólido restante ê alimentado a um arrefecedor de gás dotado de superfícies de arrefecimento, o gás que sai a partir da parte superior do arrefecedor de gás é introduzido num separador de poeiras e o sólido separado ê reciclado para o leito fluidizado estacionário. 0 leito fluidizado estacionário caracteriza-se por um nítido salto da densidade entre a fase densa e o espaço de poeira que se encontra por cima. 0 aperfeiçoamento com a forma anelar da camada fluidizada estacionária pode não só ser redondo mas também ser rectangular ou poligonal. As superfícies de arrefecimento instaladas no leito fluidizado são convenientemente montadas de maneira substituível. As superfícies de arrefecimento podem ser ligadas de maneira a constituírem um vaporizador e/ou um sobreaquecedor. As superfícies de arrefecimento consistem, em geral, em feixes de tubos. As paredes da calha são dota-

das de tubos de arrefecimento. A parede interna da calha forma a abertura central do leito fluidizado através do qual é introduzido o gás de processo. 0 solido arrefecido proveniente do leito fluidizado estacionário passa através do rebordo da parede inter na da calha para a abertura central, é misturado com a corrente do gás de processo e é arrastado sob a forma de suspensão densa para um jacto central para o espaço de poeira por cima do leito fluidizado. Desta forma, realiza-se um arrefecimento rápido e in tenso do gás de processo. Devido ao aumento de volume na câmara de poeiras, o sólido é separado na sua maior parte da corrente central no espaço de poeira, cai para trás para o leito fluidizado estacionário e é aí de novo arrefecido. O arrefecimento do gás de processo até à temperatura pretendida no espaço de poeiras realiza-se por arrefecimento correspondente do sólido no lei to fluidizado estacionário e por introdução de uma quantidade correspondente de solido na abertura central. A parede do espaço das poeiras é arrefecida por meio de tubos de arrefecimento.

A mistura gasosa que ocntém a restante substância sólida do gás de processo e do gãs de fluidização é introduzida num arrefecedor de gás e aí mais arrefecida. 0 arrefecedor de gás ê colocado de preferência, por cima do espaço de poeiras. 0 arrefecedor de gás é dotado com arrefecimento da parede e pode ter adicionalmen te superfícies de arrefecimento suspensas. Uma parte do sólido ainda suspenso no gás separa-se num arrefecedor do gás e cai no espaço de poeiras e daí no leito fluidizado estacionário. Como meio de arrefecimento, utiliza-se, em geral, água e liga-se o

-Ίarrefecedor de gás como vaporizador. O gás arrefecido contém ainda quantidades relativamente pequenas de sólido. É alimentado a um separador de poeiras, como, por exemplo, um ciclone, filtro ou EGR, aí preponderantemente despoeirado e descarregado como gás de saída para a atmosfera ou alimentado a uma posterior instalaçao de purificação do gás. 0 sólido separado no separador de poei ras é completa ou parcialmente reciclado para o leito fluidizado estacionário. De acordo com cada composição do gás de processo, retira-se uma parte do sólido e é substituído por sólido fres co. Procedendo desta forma, evita-se que o sólido se enriqueça de maneira demasiadamente intensa com substâncias separadas. Como gás de fluidização, pode utilizar-se qualquer gás que não pertube o arrefecimento ou os processos subsequentemente ligados. Nos casos em que é necessário ar para o tratamento posterior do gás de saída, como, por exemplo, no caso de gases com elevados teores de SC>2 ou se o ar não perturbar tais tratamentos posteriores, pode utilizar-se ar como gás de fluidização. Caso contrário, pode também recircular-se uma parte do gás de saída. Este deve ser anteriormente purificado separando substâncias que prejudicam o fundo permeável. Para manter o mais pequena possível a quantidade de gás de fluidização, é conveniente manter a granulometria do sólido no leito fluidizado menor do que 1 milímetro com inferior a 0,5 mm.

De acordo com uma forma de realização preferida, procede-se de maneira tal que a densidade da suspensão no leito fluidi-8> >3 zado estacionário corresponda a 300 até 1 500 kg/m de espaço do reactor, de preferência 500 a 1 000 kg/m . Obtêm-se condiçoes de funcionamento espeeialmente bóas dentro destes intervalos porque se obtêm elevados índices de transmissão de calor.

Uma forma de realizaçao caracteriza-se, de preferência, pelo facto de que, à corrente do gás de processo, se adicionam 1 a 10 kg/Nm de sólidos, de preferência 2,5 a 6 kg/Nm , proveniente do leito fluidizado estacionário. Estes intervalos originam o arrefecimento rápido pretendido do gás de processo sem haver necessidade de superfícies de arrefecimento muito grandes.

De acordo com uma forma de realização preferida, o gás que sai pela parte superior do arrefecedor de gás é carregado com 0,1 e 1 quilograma de sólido, de preferência com 0,2 a 0,6 kg de sólido/Nm . Neste caso, consegue-se uma perda de pressão relativamente pequena no arrefecedor de gás e um bom arrefecimento do gás.

De acordo com uma forma de realização preferida, procede-se de tal maneira que o volume do gás de fluidização alimentado ao leito fluidizado estacionário através do fundo permeável consiste em 10 a 30%, de preferência 15a 20% do volume do gás de processo. Procedendo desta maneira, o consumo de energia para o gás de fluidização ê relativamente pequeno e, se o gás de descarga for recirculado, diminuem-se além disso os custos para a

-9Ζ7 necessária purificação do gás.

De acordo com uma forma de realização preferida, o sólido separado no separador de poeiras é reciclado para o leito fluidizado estacionário numa proporção controlada. A quantidade de sólido separado no separador de pó por unidade de tempo nao é constante. No caso de reciclagem directa não controlada, a quantidade variável pode originar resultados piores. Este facto pode ser evitado por reciclagem controlada de maneira uniforme. Entre o separador de poeiras e a tubagem de reciclagem para o leito fluidizado, coloca-se um vaso intermédio que serve como volante e do qual o sólido é retirado de maneira controlada. 0 sólido no vaso intermédio é convenientemente ligeiramente fluidizado.

De acordo com uma forma de realização preferida da presente invenção, a abertura central do leito fluidizado estacionário é isolada por meio de revestimento refractário. A abertura central consiste num invólucro de chapa que está dotada no lado exterior de superfícies de arrefecimento. No lado interior do invólucro de chapa, coloca-se um revestimento de refractário. Procedendo desta forma, evita-se a formação de incrustações provenientes dos componentes do gás de processo solidificados. Componentes fundidos líquidos contidos no gás de processo que se separam sobre o revestimento refractário escorrem de novo para dentro do reactor.

De acordo com uma forma de realização especialmente preferida, os sólidos empregados como material do leito fluidizado são apropriados para possibilitar o processamento posterior conjuntamente com os materiais separados.

A invenção é mais completamente esclarecida por meio de uma Figura e de um Exemplo.

A Figura representa esquematicamente um sistema de arrefecimento em corte longitudinal para a realização do processo.

Através da calha com forma de anel (1), insufla-se ar de fluidização por meio de um ventilador (2) através do fundo permeável. Na calha (1), estão colocados elementos de arrefecimento (3). A parede interna da calha (1) forma uma conduta central (4) para o gás do processo. A partir do leito fluidizado (5) estacio nário que se encontra na calha (1), escorre material sólido que passa por cima do rebordo interno da calha (1 ) para a alimentação (4) da corrente do gás de processo (6) e mistura-se com este de maneira a obter-se uma suspensão densa, em que simultaneamente se realiza o rápido e intenso arrefecimento do gás de processo. Esta suspensão é soprada sob a forma de jacto central para o espaço das poeiras (21), em que, em consequência do aumento de volume, a maior parte do sólido separa-se e cai de novo no leito fluidizado (5). 0 gás que contém o sólido restante passa para o arrefecedor de gás (7), que está dotado de meios de arrefeci-11 » .* mento da parede (8) contínuos, representados esquematicamente, e superfícies de arrefecimento suspensas (9). 0 gás mais arrefecido passa através da saída (10) para o ciclone (11). O sólido separado cai no reservatório intermédio (12) que serve como volante. O solido é reciclado para o leito fluidizado (5) em quantidades reguladas passando através do órgão de descarga (13) e da tubagem (14). O gás isento de poeira é descarregado através da tubagem (15). Através da tubagem (16), retira-se uma parte do sólido do leito fluidizado. A partir da tremonha (17), pode alimentar-se sólido fresco para iniciar o processo e equilibrar a altura do leito no leito fluidizado (5). O gás pode ainda ser mais arrefecido no arrefecedor (18), em que, por exemplo, se aque ce a água de alimentação. Os elementos de arrefecimento para arrefecimento da parede exterior da calha (1) e da parede do espaço das poeiras (21) estão apenas representados esquematicamente por meio dos tubos superiores (19) e dos tubos inferiores (20).

EXEMPLO

Arrefece-se o gás de saída proveniente do tratamento metalúrgico de minério de chumbo num reactor QSL. O gás de descarga tem uma temperatura compreendida entre 1010 e 1050°C numa quan tidade igual a 21 800 Nm /hora. A quantidade de poeira é igual a 215 g/Nm . A composição do gás é a seguinte :

10,80%	de	so₂,
15,67%	de	co₂,
22,90%	de	^H2°,
7,83%	de	°2'
39,80%	de	^N2·

gás de descarga ê feito passar através da tubagem (4) que tem 100 centímetros de diâmetro. Através do fundo poroso da calha (1), insuflam-se 5000 Nm^/hora, à temperatura de 60°C e à pressão de 250 milibar, no leito fluidizado estacionário. No lei to fluidizado, estão colocados feixes de tubos de arrefecimento (3) com uma superfície igual a 42 metros quadrados. A partir da calha (1), escorre substância sólida arrefecida com uma temperatura igual a cerca de 480°C para a alimentação (4), de tal manei ra que o carregamento de sólidos do gás de descarga seja igual a cerca de 5 kg/Nm . Da quantidade de calor de 5,27 MW transportada pelo gás de saída, retiram-se cerca de 3,78 MW no feixe de tubos de arrefecimento do leito fluidizado. 0 gás de saída arrefecido, com uma temperatura de 600° C e à velocidade de 5,5 metros por segundo, entra no arrefecedor de gás (7) que está dotado de 250 m de superfície de arrefecimento. 0 gás de descarga ainda mais arrefecido sai do arrefecedor de gás (7) através da saída (10) à temperatura de 350° C, com uma carga de poeira igual a 0,5 kg/Nm e com uma velocidade igual a 4 m/s. O gás retirado do ciclone (11) através da tubagem (15) tem uma concen3 traçao de poeiras compreendida entre 5 e 10 g/Nm . A partir do

-13ζ *

recipiente intermédio (12), reciclam-se 13,4 t/hora com uma temperatura de 350° C para o leito fluidizado (5). A partir do leito fluidizado (5), retiram-se 4,5 t/h de sólidos através da tubagem (16). A quantidade de vapor de água produzida é igual a 12,1 t/hora a 40 bar e a 250° C. Como sólido, emprega-se, para o início do funcionamento, areia com uma granulometria inferior a 1 milímetro, que se alimenta por intermédio da calha (1).

As vantagens proporcionadas pela invenção residem no facto de o arrefecimento dos gases de processo se realizar com superfícies de permuta de calor relativamente pequenas e com uma pequena quantidade de gás adicional para se evitar a formação de incrustações e a sulfatização. No caso de a instalação previamen te ligada ter de parar e se interromper a alimentaçao do gás de processo, pode evitar-se uma diminuição da quantidade de sólidos provenientes do leito fluidizado para a instalação previamente ligada por redução ou anulação do caudal do gás de fluidização.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1.- Processo para o arrefecimento de gases de processo quentes, em que os gases de processo não alimentados a uma camada turbilionar estacionária que possui elementos de arrefecimento, uma parte dos sólidos suspensos na corrente gasosa são separados no espaço que contém poeiras colocado por cima da camada turbilionar e são reciclados para a camada turbilionar e os sólidos são separados dos gases de saída num dispositivo cfe cfespoeiramento _e são reciclados para o leito turbilionar, caracterizado pelo facto de se formar uma camada turbilionar estacionária que possui elementos de arrefecimento e que tem a forma anelar de tina, se alimentar gãs de fluidização â camada turbilionar através do fundo permeável aos gases da tina, se introduzir o gãs de processo através da abertura central da camada turbilionar, o material sólido arrefecido proveniente da camada turbilionar escorrer para a corrente do gás de processo por cima do bordo interno da tina e ser arrastado por esta para o espa-2ço que contém poeiras por cima da superfície da camada turbilionar o material sólido que se separa no espaço que contém poeiras cair para trás para a camada turbilionar com a forma anelar, o gás arre fecido e que contém o material sólido restante ser alimentado a um arrefecedor de gás que compreende superfícies de arrefecimento, o gás que sai pela parte superior do arrefecedor de gás ser alimenta do a um suparador de poeiras e o material separado ser reciclado para a camada turbilionar.
2. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a massa volúmica da suspensão na camada turbilionar estacionária estar compreendida entre 300 a 1500 Kg/m³ de espaço do reactor, preferivelmente 500 a 1000 Kg/m .
3. - Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de ã corrente de gás de processo se alimentar

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1 a 10 Kg/m a ptn, preferivelmente 2,5 a 6 Kg/m a ptn, de material sólido proveniente da camada turbilionar estacionária.
4. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo facto de a carga de material sólido do gás que sai pela parte superior do arrefecedor de gãs estar compreendida entre 0,1 e 1 Kg de sólidos, preferivelmente 0,2 a 0,6 Kg de sólidos/m³ a ptn.
5.- Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações

-3-1 a 4, caracterizado pelo facto de o gás de fluidização introduzido' na camada turbilionar estacionária através do fundo permeável estar compreendida entre 10 a 30%, preferivelmente entre 15 e 20% em volume em relação ao volume do gás de processo.
6. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo facto de o material sólido separado no separador de poeiras ser reciclado controladamente para a camada turbilionar estacionária.
7. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo facto de a abertura central da camada turbilionar estacionária ser isolada por meio de um revestimento refractãrio,
8. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo facto de, como material do leito turbilionar, se empregarem materiais sólidos que possibilitam um processamento posterior em conjunto com os materiais sólidos separados.