BRPI0707236A2 - dispositivo para a absorção de pelo menos um componente selecionado dentre gás e vapor, e, método para reintroduzir vapor proveniente de pelo menos um tanque - Google Patents

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Abstract

DISPOSITIVO PARA A ABSORçãO DE PELO MENOS UM COMPONENTE SELECIONADO DENTRE GáS E VAPOR, E, METODO PARA REINTRODUZIR VAPOR PROVENIENTE DE PELO MENOS UM TANQUE Dispositivo para a absorção de pelo menos um componente selecionado dentre gás e vapor em um líquido baseado sobre um princípio de ejetor, compreendendo uma zona misturadora na forma de um tubo substancialmente reto (5) imediatamente a jusante do ejetor (1). O dispositivo compreende um ejetor (1) com uma passagem de liquido central (2) e uma abertura seccionada substancialmente anular (4) para gás/vapor. A abertura de gás (4) circunda genericamente a passagem de liquido central (2) e a abertura seccionada anular (4) para gás/vapor é configurada de uma maneira para causar o gás/vapor a ingressar na zona misturadora com um componente de velocidade que é inclinado em relação à superficie de periferia do tubo para desse modo proporcionar um fluxo helicoidal (6) a jusante do ejetor (1).

Description

"DISPOSITIVO PARA A ABSORÇÃO DE PELO MENOS UMCOMPONENTE SELECIONADO DENTRE GÁS E VAPOR, E, MÉTODOPARA REINTRODUZIR VAPOR PROVENIENTE DE PELO MENOS UMTANQUE"
A presente invenção trata de um dispositivo para a absorção depelo menos um componente selecionado entre gás e vapor em um líquido. Odispositivo é baseado sobre um princípio ejetor com uma zona misturadora naforma de um substancialmente reto imediatamente a jusante do ejetor. Deacordo com outro aspecto a invenção trata de um processo para reintroduzirgás ou vapor em um liquido.
Fundamentos
A presente invenção tem um número de áreas de aplicação.Uma aplicação importante é para o transporte ou armazenamento de fluidosvoláteis em grandes tanques tais como navio-tanques em relação com otransporte de líquidos contendo hidrocarbonetos.
Nos tanques do tipo mencionado vapor e gás dos componentesmais voláteis do líquido que também são os componentes mais inflamáveis ealém disso tóxicos, rapidamente se formam. Estes gases e vaporesestabelecerão equilíbrio com os correspondentes componentes na fase líquidasob a formação de uma determinada sobrepressão no tanque. Genericamenteestes tipos de componentes são designados de "componentes orgânicosvoláteis", VOC. Condições de movimento e de temperatura variável podemincluir sobre este processo no sentido de uma pressão mais elevada. Além daperda econômica o gás formado representa um risco de segurança.
O problema de segurança está principalmente relacionado como transporte de petróleo em navios-tanque. A evaporação de gás do líquidoconduz a uma pressão aumentada nos tanques e assim em uma necessidadepor redução de pressão para assegurar que os tanques não sejam danificados.Isto tem sido comumente realizado abrindo manualmente uma válvula queestá tipicamente localizada a meia nau. Sob condições de mal tempo, isto emsi próprio é um risco de segurança. Existe também um risco de segurançarelacionado com a possibilidade de pressão demasiadamente baixa que podeconduzir à introdução indesejada de ar no interior dos tanques e na resultanteformação de gases explosivos no seu interior.
A perda econômica está relacionada com a evaporação decomponentes do líquido, p.ex. do petróleo, de modo que o navio chega ao seudestino com menos líquido do que foi carregado.
Muitas tentativas foram feitas para superar estes problemasque podem, genericamente, ser divididas em duas categorias. As duascategorias ou sistemas ambos envolvem absorção de gás no líquido do qual seevaporou. A primeira categoria compreende sistemas que são previstos sobrea coberta do tanque e é exemplificada pela patente norueguesa n- 316 045,patente US nfi 6 786 063 e patente US n~ 3 003 325. A segunda categoriacompreende sistemas que são embutidos no interior dos tanques e sãoexemplificados pela patente norueguesa n° 315 293 e patente norueguesa n°315 417.
As desvantagens com os sistemas conhecidos são parcialmenteo fato de serem menos eficazes que o desejável e também não evitarem todosos riscos de segurança ou outras desvantagens.
Objetivos
Por conseguinte, um dos objetivos da presente invenção éapresentar um dispositivo para a absorção de gases e vapores que é eficiente,econômico, e elimina os elementos de risco conhecidos e outras desvantagenscomo acima mencionadas.
O dispositivo deve ser fácil de construir, simples de manter efácil e econômico de operar.
Adicionalmente, constitui um objetivo específico proporcionarum processo para reintroduzir em um liquido o vapor que se evaporou dolíquido, particularmente de líquidos contendo hidrocarboneto. Eespecialmente importante que o processo e o dispositivo sejam próprios parauso a bordo de navios.A Invenção
Os ditos objetivos são satisfeitos na forma do dispositivo deacordo com a invenção conforme definido na reivindicação 1. De acordo comoutro aspecto a presente invenção trata de um processo para reintroduzir emum líquido, o vapor que se evaporou do liquido conforme definido pelareivindicação 9.
Modalidades preferenciais da invenção são expostas pelasreivindicações subordinadas.
Pelo termo "inclinado em relação à superfície periférica"conforme usado aqui se entende uma direção que não é paralela ao eixogeométrico longitudinal do tubo a jusante do ejetor para os componentes dofluxo que a qualquer tempo está próximo da superfície interna do tubo. Ao secontemplar a direção do fluxo radialmente para dentro a partir da superfíciedo tubo para o eixo geométrico do tubo, os graus de inclinação docomponente de velocidade são reduzidos e no centro do tubo a direção defluxo, embora algo turbulenta, será principalmente paralela ao eixogeométrico do tubo.
O dispositivo de acordo com a presente invenção é baseadosobre o princípio de ejetor e um aspecto vital da invenção é a maneira pelaqual o gás é aspirado para o interior e misturado com o líquido no ejetor deacordo com a invenção, os bicos ou aberturas para o gás sendo distribuídasem uma abertura anular que circunda uma passagem de líquido central, depreferência circular, as aberturas para o gás sendo dirigidas inclinadas com oeixo geométrico do tubo ou "câmara de mistura" a jusante do ejetor. Istocausa o gás a ser reintroduzido no líquido em uma direção que proporcionaum fluxo helicoidal de gás e líquido pelo menos na área contígua à parede dotubo. Este fluxo contribui para uma força centrífuga - ou uma aceleraçãocentrípeta - que afeta os componentes mais pesados (o liquido) mais que oscomponentes mais leves (gás e vapor) na zona de misturamento, com oresultado de que o gás se desloca no sentido do centro do tubo enquanto olíquido se desloca no sentido da superfície de parede do tubo.
Uma vez que o gás é fornecido a partir radialmente do exteriordo líquido esta construção assegura uma distribuição uniforme de gás elíquido no tubo a jusante do ejetor, que constitui o parâmetro maissignificativo em relação à obtenção de absorção de gás no líquido. Umadistribuição uniforme do gás reduz a possibilidade de bolhas de gás colidiremcom outras bolhas de gás para formar bolhas maiores que afetariamnegativamente a absorção.
O processo da invenção é explanado abaixo em maior detalheem relação ao transporte de óleo e de outros líquidos contendohidrocarbonetos a bordo de um navio.
Há conveniência em dispor o dispositivo de acordo com ainvenção no exterior do tanque de líquido em questão para permitir amanutenção e substituição de partes gastas sem ter de esvaziar o tanque.
E além disso conveniente que o sistema seja dispostolateralmente no exterior de um tanque deste tipo de preferência em um nívelmais baixo que aquele do nível de líquido no tanque, do que sobre o convésdo tanque. Desse modo uma longa disposição de tubos com óleo e gáscirculando em um ambiente externo sobre o convés é evitada com os riscos desegurança desse modo envolvidos. Mais tipicamente o dispositivo de acordocom a presente invenção pode ser localizado em uma sala de bombas ousemelhante que está bem protegido e convenientemente ventilado.
A presente invenção pode ser combinada com outrastecnologias tal como uma válvula de contrapressão no conduto de descargaprincipal. Uma vantagem específica com este combinação reside no fato deque a eficiência do sistema é aumentada quando o líquido écarregado/enchido nos tanques.Descrição da Figura
A figura 1 é uma vista seccional lateral simples de um ejetorde acordo com a presente invenção;
A figura 2 é um desenho em perspectiva mostrando umdispositivo de acordo com a presente invenção no lado de um tanque delíquido;
A figura 3 é um desenho em perspectiva mostrando a posiçãode um dispositivo de acordo com a invenção utilizado em conexão com umasérie de tanques dispostos em uma fileira;
A figura 4 é uma vista seccional lateral parcial de uma variantedo ejetor ilustrado na figura 1.
A figura 1 mostra um ejetor rotacional 1 de acordo com apresente invenção com uma passagem líquida central 2 circundada por umcolar substancialmente anular 3 que constitui a abertura de admissão de gásdo ejetor e compreender uma abertura substancialmente anular 4 para o gás, adita abertura 4 sendo de preferência seccionada de forma que pode serdesignada de aberturas (forma plural). A abertura ou aberturas 4 tipicamenteconstituem mais da metade da periferia delimitadora da passagem líquida 2 ede preferência circunda a inteira periferia da passagem de líquido 2 com aexceção de paredes ou placas (não mostradas) que dividem a abertura 4 emseções. As seções da abertura 4 são mutuamente isoladas por paredes ouplacas que são inclinadas em relação ao eixo geométrico do tubo 5 a jusantedo ejetor 1 com uma inclinação que é comum a todas as seções quandovisualizadas ao longo da periferia da passagem 2, de forma que o gáspassando através das várias seções da abertura dessa maneira induz um trajetode fluxo helicoidal no líquido conforme indicado pelas setas 6. A área ajusante do ejetor, isto é, no interior do tubo 5, é designada de zonamisturadora do ejetor.
Conforme também mostrado pela figura 1, o líquido éalimentado ao ejetor através de um conduto 7 ao passo que o gás é alimentadoao ejetor através de um conduto 8 que termina no colar anular 3.
A figura 2 mostra o ejetor 1 de acordo com a invenção emrelação comum tanque 9 para um líquido 10 como o petróleo. Sobre o líquido10 no tanque 9 componentes voláteis do líquido 10 formam um gás 11.Próximo ao fundo do tanque 9 é disposto um circuito de líquidocompreendendo um conduto 12, uma bomba de líquido 13, um conduto 7, oejetor 1 e um conduto 5 que também penetra no tanque 9. Adicionalmente,um conduto 14 é conectado próximo ao topo do tanque 9 para onde o gásdeve ser conduzido através de uma bomba 15 e um conduto 8 para a entradade gás do ejetor l.Por intermédio do ejetor 1, o gás proveniente do espaçoacima do nível de líquido no tanque 9 é mais uma vez misturado com eabsorvido no líquido 10 de forma que o desenvolvimento de pressão notanque 9 é mantido sob controle e de modo que a perda de líquido é reduzida.
A figura 3 mostra de modo geral o mesmo que a figura 2porém em uma constelação de vários tanques 9 em sucessão em uma carreira.Um tubo de gás principal 16 ou uma rede de tubos de gás ligados com cadaum dos tanques é conectada com o ejetor 1 através da bomba 15 na presentemodalidade. Embora não mostrado na figura, pode haver comunicação líquidaentre os tanques para distribuir o gás absorvido para mais de um tanque.
A figura 3 adicionalmente mostra um conduto de saída de gásprincipal 371 munido de válvula de pressão controlada 18. Esta é uma válvulaque ajusta a pressão durante o carregar e mantém a pressão comparativamentealta para que o gás seja absorvido sem o uso do sistema. Quando ocarregamento de gás é completado o presente sistema deve ser usado para queo gás absorvido durante o carregar possa ser reabsorvido subseqüente aevaporação durante o transporte. A válvula também desempenha uma funçãocom respeito à segurança com relação à pressão excessiva nos tanques.
Embora os tanques mostrados na figura 3 sejam dispostos emuma fileira atrás da outra, deve ser compreendido que os tanques tambémpodem ser arranjados em duas ou mais fileiras ou em outras configurações enão necessitem nem mesmo ser dispostos em um nível vertical comum.
A figura 4 mostra uma variante do ejetor mostrado na figura 1.A abertura ou aberturas 4 para a admissão do gás nesta modalidade sãolimitadas para dentro pela superfície externa de uma roda aberta 14 ou ummembro em forma de anel correspondente tendo aletas ou chicanas curvas 15sobre sua superfície externa. A roda 14 tem um diâmetro algo inferior aodiâmetro do tubo 5 no qual a roda é disposta enquanto a extensão radial dasaletas substancialmente ocupa a parte restante do diâmetro do tubo 5. Deveser entendido que a roda 14 não necessita girar uma vez que configuraçãocurvada das aletas confere rotação ao gás de passagem. A roda 14 ou omembro em forma de anel tem uma abertura central e circunda a passagem deliquido 2.
As aletas mostradas na figura 4 são nas suas respectivas bordasdianteiras essencialmente paralelas com o eixo geométrico de tubo 5 e (e oeixo geométrico do tubo 7). Isto tem preferência, porém, não é indispensável.
Próximo às bordas traseiras as aletas 15 se apresentam a um ângulo emrelação ao dito eixo geométrico que de preferência está na faixa de 3 a 60graus e preferencialmente de 10 a 30 graus.
Aletas ou chicanas que não são curvadas também podem serusadas, isto é, chicanas ou aletas planas com uma inclinação fixa em relaçãoao eixo geométrico do tubo 5 a partir de suas bordas dianteiras para as bordastraseiras. Quer sejam usadas aletas ou chicanas planas quer curvadas, depreferência são substancialmente paralelas quando consideradas ao longo daperiferia em uma seção transversal arbitrária perpendicular ao eixogeométrico da roda 14 (como se a periferia da roda fosse dobrada em umasuperfície plana).
As figuras 1 e 4 mostram um ejetor onde se evidencia queexiste uma redução em seção transversal do tubo 7 para o interior do ejetor etambém um determinado aumento em seção transversal do ejetor para ointerior do tubo 5. A geometria exata do ejetor de acordo com a presenteinvenção não é, todavia, crítica.
De preferência com o dispositivo da presente invenção existeum compressor previsto para a linha de alimentação de vapor ou gás paramais eficientemente e de forma controlável alimentar o ejetor com vapor ougás.
Além de uma eficiente absorção a instalação de um sistema deacordo com as figuras 2 e 3 proporciona uma significativa vantagemcomparado com os sistemas atualmente em uso. A instalação do sistema nasala de bombas significa que o líquido não necessita ser bombeado para oconvés do tanque que representa uma significativa redução no risco deutilização do sistema e também que qualquer vazamento correrá somente nasala de bombas que tem uma construção de segurança e "folga" para otratamento de vazamentos.
O sistema em princípio é isento da manutenção porém podeser equipado com um sistema de limpeza automático para o manejo delíquidos que contem grandes quantidades de sedimentos. Uma vez que osistema é isento de manutenção pode se optar por instalar o sistema nointerior do tanque ou tanques caso a configuração geométrica dos tanquesfavoreça uma instalação deste tipo. Para grandes volumes de gás, os ejetorespodem ser montados em paralelo, e.g. no interior de um recipiente emseparado alojando por exemplo de 5 a 10 ejetores. Com um conjunto destetipo o sistema pode ser escalonado para manejar praticamente quaisquervolumes de gás.
As figuras ilustram tanques de formato retangular. Isto não éindispensável com o dispositivo da presente invenção e o tanques podemreceber qualquer forma dada. Por exemplo, o ejetor pode ser conectadodiretamente com o conduto de admissão de torres de absorção convencionaise assim contribuir para um em eficiência do equipamento em causa.

Claims (13)

1. Dispositivo para a absorção de pelo menos um componenteselecionado dentre gás e vapor em um líquido baseado em um princípio ejetore que compreende uma zona misturadora na forma de um tubosubstancialmente reto imediatamente a jusante do ejetor, caracterizado pelofato do dispositivo compreender um ejetor (1) com uma passagem de líquidocentral (2) e uma abertura seccionada, substancialmente anular (4) paragás/vapor, a dita abertura (4) genericamente circundando a passagem delíquido central (2), no qual a abertura seccionada anular (4) para gás/vapor éconfigurada de maneira a causar o gás/vapor a ingressar na zona misturadoracom um componente de velocidade que está inclinado em relação à superfícieperiférica do tubo para dessa forma conferir um fluxo helicoidal (6) a jusantedo ejetor (1).
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de abertura seccionada para gás compreender chicanas (15) quequando visualizadas ao longo da periferia do tubo ejetor (5) sãosubstancialmente paralelas entre si de forma que todas as partes do gásaspirado para o interior do ejetor terão uma velocidade genericamente a umângulo inclinado comum em relação ao eixo geométrico do tubo (5).
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato das chicanas (15) serem distribuídas sobre a superfície externa deum membro substancialmente em forma de anel (14) que circunda a passagemlíquida (2).
4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato do ângulo entre uma chicana e o eixo geométrico do tubo estar nafaixa de 3 a 60 graus.
5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopelo fato do dito ângulo estar na faixa de 10 a 30 graus.
6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de um compressor ser disposto na linha de alimentação de fluxo paravapor para o ejetor.
7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato do dispositivo ser parte de um sistema para reintroduzir vaporlíquido proveniente do volume sobre um líquido em um tanque sobre umnavio de transporte, o ejetor sendo conectado com e constituir uma parte deum circuito fechado de líquido circulante do tanque enquanto vaporproveniente do volume sobre o líquido no interior do tanque é alimentado àentrada de gás/vapor do ejetor.
8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato de uma válvula de contrapressão ser disposta em um conduto desaída principal de gás.
9. Método para reintroduzir vapor proveniente de pelo menosum tanque principalmente fechado para líquidos voláteis no interior doliquido em questão, no qual o vapor proveniente do volume sobre o líquido notanque fechado é reintroduzido no interior do líquido por intermédio de umejetor disposto em um circuito continuamente circulante de líquido,caracterizado pelo fato do ejetor ter uma passagem central para líquido e umaabertura seccionada, substancialmente anular para o gás, a dita aberturasubstancialmente circundada pela passagem de liquido central, no qual aabertura seccionada, anular, para o gás é configurada de uma maneira a causaro gás/vapor a ingressar na zona de mistura com um componente de velocidadeque é inclinado em relação à superfície de periferia do tubo para desse modoproporcionar um fluxo helicoidal à jusante do ejetor.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato do circuito de líquido ser disposto pelo menos parcialmente noexterior do pelo menos um tanque substancialmente fechado.
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato do circuito de líquido ser disposto em um nível inferior ao nível delíquido no interior do pelo menos um tanque substancialmente fechado.
12. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de pelo menos um tanque em um navio-tanque e de o circuito delíquido ser disposto em uma sala de bomba do navio.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizadopelo fato do tanque ser um tanque para transporte de fluidos contendohidrocarboneto.
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