BRPI0916616B1

BRPI0916616B1 - Processo de descarga por comporta de escória de um banho de água de um reator para produção de gás de síntese e dispositivo para execução do processo

Info

Publication number: BRPI0916616B1
Application number: BRPI0916616-5A
Authority: BR
Inventors: Hanrott Christoph
Original assignee: Uhde Gmbh
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2018-02-06
Also published as: CU24005B1; DE102008035386A1; TW201012917A; RU2011107134A; US20110154736A1; CA2732194A1; RU2508392C2; WO2010012404A3; AP2011005561A0; CA2732194C; CN102089407A; KR20110046442A; AP3484A; BRPI0916616A2; EP2303994A2; WO2010012404A2; WO2010012404A8; ZA201101429B; UA103902C2; AU2009275518A1

Description

(54) Título: PROCESSO DE DESCARGA POR COMPORTA DE ESCÓRIA DE UM BANHO DE ÁGUA DE UM REATOR PARA PRODUÇÃO DE GÁS DE SÍNTESE E DISPOSITIVO PARA EXECUÇÃO DO PROCESSO (51) Int.CI.: C10J 3/52 (30) Prioridade Unionista: 29/07/2008 DE 10 2008 035 386.8 (73) Titular(es): UHDE GMBH (72) Inventor(es): CHRISTOPH HANROTT

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PROCESSO DE DESCARGA POR COMPORTA DE ESCÓRIA DE UM

BANHO DE ÁGUA DE UM REATOR PARA PRODUÇÃO DE GÁS DE

SÍNTESE E DISPOSITIVO PARA EXECUÇÃO DO PROCESSO.

[001] A presente invenção refere-se a um processo para descarga por comporta de escória de um banho de água de um reator para produção de gás de síntese, sendo que a escória é levada a um nível de pressão mais baixo por meio de um recipiente de comporta.

[002] As escórias incidentes quando da produção de gás de síntese de combustíveis contendo carbono devem ser descarregadas por comporta como sólidos de um banho de água previsto nesses casos. Para tanto, cabe mencionar como exemplo a DE 600 31 875 T2 ou a DE 37 14 915 A1, sendo que esta última corresponde essencialmente à EP 0 290 087 A2.

[003] Para a correspondente separação, especialmente para a separação térmica, estão previstos correspondente órgãos de bloqueio na direção da força da gravidade abaixo do reator antes do recipiente de comporta assim como na direção da força de gravidade abaixo do recipiente de comporta, para se poder aí abrir e fechar por ciclos, para que a escória incidente seja transferida por cargas do banho de água do reator para o recipiente de comporta e depois, posteriormente, descarregada do mesmo.

[004] A US 4 487 611 ou a DE 40 12 085 A1, que corresponde essencialmente à EP 0 452 653, descrevem que a temperatura no banho de água deve ser tão alta quanto possível para poder aproveitar calor ali latente ou sensível e evitar demanda de água de resfriamento demasiado alta, devendo a temperatura do banho de água não se situar acima da temperatura de vaporização da água às correspondentes pressões.

[005] A modalidade de processo conhecida apresenta uma série

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2/9 de desvantagens, pois o resfriamento só ocorre no recipiente de comporta ou só antes da operação de comporta, de modo que todos os componentes do sistema de escória/comporta inclusive fragmentadores de escória, válvulas, condutos tubulares e semelhantes eventualmente presentes estão sujeitos a cargas maiores pelas temperaturas correspondentemente mais altas. Isso significa altas exigências aos materiais empregados, sendo que também as dilatações na região do recipiente de comporta devido à alteração da temperatura a cada operação de comporta são especialmente fortes. Além disso, o resfriamento no recipiente de comporta ou troca de água logo antes da descarga por comporta requer uma demanda de tempo maior, o que acarreta maiores tempos de ciclos.

[006] Da US 4 465 496 e da EP 0 101 005 A2 é conhecido introduzir no recipiente de comporta antes da descarga por comporta da escória uma corrente de água, para resfriar a escória e resfriar ou trocar igualmente a quantidade de água que se encontra no recipiente de comporta. Assim é evitado ou bastante reduzido o vapor resultante quando da distensão do recipiente de comporta.

[007] Uma desvantagem desses processos conhecidos reside em que deve ser aplicada uma maior potência de resfriamento de pico para resfriamento do recipiente de escória e de comporta, pois no recipiente de comporta, como indicado acima, deve ser garantido que a temperatura seja < 100°C, que seja impedida uma formação de vapor, o que conduz a correspondentes impactos da potência de resfriamento por motivos de segurança, sendo que, como já mencionado, o resfriamento não ocorre continuamente e a água de resfriamento aquecida, que sempre tem ainda uma temperatura nitidamente abaixo da temperatura do banho de água, não pode ser utilizada para o resfriamento da escória. Portanto, tampouco é necessária uma quantidade considerável de água adicional, pois a potência de resfriamento apenas por

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3/9 essa água adicional pode ser introduzida no recipiente de comporta. [008] O objetivo da presente invenção reside em que os componentes unidos com a descarga por comporta da escória estão sob uma temperatura baixa, devendo ser possibilitada com mínima potência de resfriamento requerida uma imediata descarga por comporta da escória sem troca de água.

[009] Com um processo do tipo designado no início, esse objetivo é alcançado, segundo a invenção, pelo fato de que na região de saída da escória do banho de água do gerador de gás ou do recipiente de pressão que o envolve à corrente de escória pode ser de tal maneira aduzida uma corrente de água de resfriamento em uma região de seção transversal maior do que a seção transversal da tubuladura de entrada de uma outra parte de equipamento, como por exemplo do recipiente de comporta, que é possibilitada uma estratificação de temperatura na região de saída.

[0010] Com a invenção é obtida uma série de vantagens, pois pela corrente de água de resfriamento aduzida muito cedo à corrente de escória ocorre um imediato resfriamento dessa corrente, de modo que os componentes que então se seguem, como condutos tubulares, órgãos de bloqueio, recipiente de comporta no total e similares, são ativados com temperaturas nitidamente mais baixas, podendo ser previsto que a corrente de água de resfriamento seja aduzida à corrente de escória logo antes ou na região de um fragmentador de escória.

[0011] Assim é possível aduzir a corrente de água de resfriamento em uma região de seção transversal comparativamente grande, para se evitar formação de quebras da escória e possibilitar uma estratificação de temperatura com uma separação entre o banho de água quente e o recipiente de comporta frio e evitar um indesejado resfriamento da água quente. Na invenção, a alimentação da água fria ocorre em outro local, em que não mais uma estratificação é influenciada por turPetição 870170066111, de 06/09/2017, pág. 9/21

4/9 bulências do banho de água.

[0012] Em uma configuração da invenção é previsto que a corrente de água de resfriamento seja realizada por meio de uma fenda anular ou semelhante entre a saída de recipiente de pressão e um afilamento de seção transversal na entrada de recipiente de comporta. [0013] Com essa modalidade de processo, é obtida uma ótima estratificação de temperatura, pois a água fria pode ser introduzida uniformemente e a aspiração só ocorre em um local suficientemente distante. Pela aspiração da água se forma um fluxo forçado, direito para baixo, sendo possibilitada para o suficiente resfriamento da escória uma velocidade de fluxo tão pequena quanto possível, mas simultaneamente garantido um fluxo descendente forçado. Exemplos de eventuais seções transversais do afilamento de seção transversal se situam na prática em torno de 0,5 a 2 m, de preferência em torno de 1 m, como medida de diâmetro.

[0014] Para tanto, prevê a invenção também que a adução da corrente de água de resfriamento ao tubo de transporte da corrente de escória ocorra à pequena velocidade de fluxo.

[0015] Em uma configuração especial, a invenção prevê que a corrente de água de resfriamento seja empregada como meio de transporte hidráulico para a corrente de escória para o transporte da escória também com a direção da força de gravidade para ao menos um recipiente de comporta.

[0016] A essa medida está associada novamente uma série de vantagens consideráveis, pois, por exemplo, o recipiente de comporta pode ser assentado ao lado do reator. Isso leva a menores alturas de construção, isto é, não há restrições no que concerne às dimensões do recipiente quando da projeção do dispositivo para a descarga da escória, podendo também ser empregados sem problema vários recipientes de comporta, que operam ou por ciclos ou com divisões da

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5/9 correspondente corrente de escória. Uma vantagem especial reside em que a dilatação proveniente do gaseificador pode ser absorvida pelo conduto de transporte, por exemplo, horizontal.

[0017] Nesse ponto cabe assinalar que naturalmente, visto por si só, o transporte de sólidos por via hidráulica é conhecido, por exemplo, da

DE 10 30 624, para se mencionar apenas um exemplo.

[0018] Como já brevemente mencionado acima, a invenção prevê também que a corrente de água de resfriamento seja aduzida à corrente de escória em uma região de seção transversal maior do que a seção transversal da tubuladura de entrada do recipiente de comporta. [0019] Havendo aí um retorno da corrente de água de resfriamento em direção da força de gravidade antes do recipiente de comporta, então a invenção prevê também que uma parte da corrente de água de resfriamento reconduzida seja introduzida em uma região inferior do recipiente de comporta, de preferência na tubuladura inferior do recipiente de comporta, para, por exemplo, turbilhonar partículas de escória mais finas e assim impedir possíveis bloqueios, formações de fragmentos ou semelhantes quando da descarga da escória, eventualmente também para produzir um ulterior resfriamento da escória. [0020] Em outra configuração da invenção está também previsto que uma parte da corrente de água de resfriamento na região de saída do reator ou do recipiente de pressão envolvendo o mesmo seja conduzida contra o fluxo de sólidos em direção do banho de água, de tal maneira que é impedida uma corrente de água para fora do banho de água. É assim garantido que do banho de água não seja extraído adicionalmente calor, sendo que a regulagem é de tal maneira realizada que é totalmente evitada uma troca de água.

[0021] Estando previsto mais de um recipiente de comporta, então outra configuração da invenção reside em que a corrente de água de

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6/9 resfriamento/escória é dividida em ao menos dois recipientes de comporta e/ou aduzida alternadamente aos mesmos. Pela adução alternada a distintos recipientes de comporta é possível uma retirada de escória relativamente contínua, isto é, durante a qual um recipiente de comporta é esvaziado, enquanto que o outro recipiente de comporta é novamente cheio com escória, etc..

[0022] A invenção prevê também um correspondente dispositivo para execução do processo, que se caracteriza pelo fato de que na saída do reator alinhado em direção da força de gravidade está previsto o tubo de resfriamento de escória, que é provido de um compartimento anular para suave adução anular de uma corrente de água de resfriamento. Essa medida possibilita a manutenção de uma estratificação de temperatura pela suave adução da corrente de água de resfriamento.

[0023] O correspondente dispositivo pode, segundo a invenção, se caracterizar também pelo fato de que o tubo de condução de escória e resfriamento apresenta uma seção transversal de 0,5 a 2 m, de preferência 1 m, para uniformização das velocidades de transporte e fluxo dentro do trecho de resfriamento e de uma formação de estratificação de temperatura a isso associada.

[0024] Como já indicado mais acima, essas medidas representam uma configuração particularmente conveniente da invenção, sem que a invenção seja a isso limitada. Evidentemente com a invenção podem ser utilizados vantajosamente componentes de instalação já existentes, pois usualmente já estão previstas instalações que descarregam água do recipiente de comporta e, com isso, produzem o fluxo de escória na direção do recipiente de comporta. Portanto, aí é necessário apenas um trocador de calor, um segmento tubular com maior seção transversal e um correspondente bocal de entrada de água, para se obter os objetivos desejados. Como a água fria segundo a invenção é

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7/9 introduzida abaixo da camada de separação, ocorre assim apenas uma troca de calor muito pequena. A água fria é, portanto, aquecida apenas pela escória quente. Esse procedimento possibilita, assim, uma melhoria do grau de eficácia e simultaneamente menos carga térmica das partes de instalação.

[0025] Outras características, detalhes e vantagens da invenção se depreendem da descrição a seguir bem como do desenho. Neles mostram:

[0026] figura 1 - um esquema de ligação de princípio simplificado de uma região de descarga por comporta com recipientes de comporta posicionados em direção da força de gravidade abaixo do reator, [0027] figura 2 - em representação semelhante à figura 1, a configuração com recipientes de comporta posicionados ao lado do reator, bem como na [0028] figura 3 - uma representação parcial esquemática, ampliada, da saída do recipiente de pressão.

[0029] No circuito caracterizado em geral com 1 na figura 1, está representado simplificado um recipiente de pressão 2 com um banho de água 3, sendo que a escória extraída do banho de água 3 é fragmentada em um fragmentador de escória 4 e aduzida a um distribuidor 5, que aduz a escória, por exemplo, alternadamente a um recipiente de comporta A e a um recipiente de comporta B, sendo que os dois recipientes de comporta são designados com 6a e 6b. Para a retirada cíclica da escória do respectivo recipiente de comporta, antes dos recipientes de comporta estão previstas válvulas 7a e 7b e depois dos recipientes de comporta válvulas 8a e 8b.

[0030] Essencial para a invenção é um conduto de recondução de água de resfriamento, em geral designado com 9, que retira água de resfriamento dos recipientes de comporta 6a e 6b através de válvulas 10a e 10b, sendo que a corrente de água de resfriamento é guiada por

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8/9 uma bomba 11 um trocador de calor 12 e reconduzida pelo segmento de conduto 9c, por exemplo,. para a região do fragmentador de escória 4 e/ou pelo segmento de conduto 9c antes do fragmentador de escória 4 para uma região de conduto 13a com grande seção transversal. O conduto 13, servindo eventualmente também ao transporte hidráulico adicional, entre fragmentador de escória 4 e distribuidor 5, é então de tal maneira dimensionado que a corrente de escória é correspondentemente resfriada pela água de resfriamento aduzida.

[0031] Tracejado está indicado um outro conduto na figura 1 para a recondução de água de resfriamento à região inferior do recipiente de pressão 2. Esse segmento de conduto é designado com 9b, sendo que também um outro conduto de retorno, designado com 9c, pode ser previsto, para conduzir água para uma região inferior do ou dos recipientes de comporta, p.ex. para a tubuladura inferior do respectivo recipiente de comporta, para aumentar eventualmente um contrafluxo, que pode servir para o turbilhonamento de partículas de lodo e semelhantes.

[0032] No exemplo de execução da figura 2 todas as partes funcionalmente iguais estão providas de referências iguais às da descrição da figura 1, sendo que a distinção essencial reside em que aí os dois recipientes de comporta 6a e 6b não ficam dispostos em direção da força de gravidade sob o recipiente de comporta 2, mas sim ao lado do mesmo. Aí, o conduto 13 é utilizado como conduto de transporte hidráulico. O posicionamento de ambos os recipientes de comporta 6a e 6b em uma região ao lado do recipiente de pressão 2 possibilita que mal ou nem mesmo precise se levam em consideração medidas construtivas especiais ou dilatações térmicas. A altura de construção de toda a instalação pode ser consideravelmente reduzida.

[0033] Na figura 3 está reproduzida esquematicamente a saída do recipiente de pressão 2, sendo que o banho de água no funil 3 na saíPetição 870170066111, de 06/09/2017, pág. 14/21

9/9 da do recipiente de pressão 2 é prolongado e está envolto por um canal anular 14, no qual água de resfriamento pode ser suavemente introduzida através de tubuladura 15. A camada de separação térmica é indicada pontilhada e designada com 15. As temperaturas eventualmente predominantes são indicadas como exemplo na figura 3 em que a invenção a elas se restrinja.

[0034] Naturalmente, os exemplos de execução descritos da invenção podem ser ainda modificados sob múltiplos aspectos, sem que se abandone a ideia inventiva, de modo que especialmente também na execução da figura 1 pode ser previsto apenas um recipiente de comporta em direção da força de gravidade abaixo do recipiente de pressão; no exemplo de execução da figura 1, assim como na figura 2, podem ser previstos mais de dois recipientes de comporta, caso isso seja necessário por motivos técnicos de processo ou semelhante.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo de descarga por comporta de escória de um banho de água de um reator para produção de gás de síntese, sendo que a escória é levada a um nível de pressão mais baixo por meio de um recipiente de comporta, caracterizado pelo fato de que, na região de saída da escória do banho de água do gerador de gás ou do recipiente de pressão que o envolve, pode ser de tal maneira aduzida à corrente de escória uma corrente de água de resfriamento em uma região de seção transversal maior do que a seção transversal da tubuladura de entrada de uma outra parte de equipamento, como, por exemplo, do recipiente de comporta, que é possibilitada uma estratificação de temperatura na região de saída, e a corrente de água de resfriamento seja realizada por meio de uma fenda anular ou semelhante entre a saída de recipiente de pressão e um afilamento de seção transversal na entrada de recipiente de comporta.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a adução da corrente de água de resfriamento ao tubo de transporte da corrente de escória ocorra a pequena velocidade de fluxo.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a corrente de água de resfriamento seja empregada como meio de transporte hidráulico para a corrente de escória para o transporte da escória também com a direção da força de gravidade para ao menos um recipiente de comporta.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a corrente de água de resfriamento é disponibilizada por recondução ao menos parcial da corrente aduzida ao recipiente de comporta, sendo que a corrente reconduzida é conduzida por um trocador de calor.

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5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que uma parte da corrente de água de resfriamento reconduzida é introduzida na região inferior do recipiente de comporta, de preferência na tubuladura inferior do recipiente de comporta.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que uma parte da corrente de água de resfriamento na região de saída do reator ou do recipiente de pressão envolvendo o mesmo é conduzida contra o fluxo de sólidos em direção do banho de água, de tal maneira que é impedida uma corrente de água para fora do banho de água.
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a corrente de água de resfriamento/escória é dividida em ao menos dois recipientes de comporta e/ou aduzida alternadamente aos mesmos.
8. Dispositivo para execução do processo como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na saída do reator alinhado em direção da força de gravidade está previsto o tubo de resfriamento de escória, que é provido de um compartimento anular para suave adução anular de uma corrente de água de resfriamento.
9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o tubo de condução de escória e resfriamento apresenta uma seção transversal de 0,5 a 2 m, de preferência 1 m, para uniformização das velocidades de transporte e fluxo dentro do trecho de resfriamento e de uma formação de estratificação de temperatura a isso associada.

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