BRPI0801123B1 - dispositivo e método para carregamento de material particulado em tubos verticais - Google Patents
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Abstract
dispositivo e método para carregamento de material particulado em tubos verticais. dispositivo e método para carregamento de material particulado em um tubo vertical, que compreende pelo menos um módulo de amortecimento, um eixo central e um cabo de sustentação para posicionar o dispositivo suspenso no interior do tubo de modo a permitir o carregamento e distribuição uniforme de todo o volume de material carregado no tubo. também é descrito o método de carregamento que utiliza o dispositivo.
Description
A presente invenção tem seu campo de aplicação dentre os dispositivos e métodos para carregamento de materiais particulados em tubos verticais, particularmente para carregamento de catalisadores em colunas de fornos reformadores de unidades de geração de hidrogênio. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
As refinarias de petróleo geralmente utilizam grande volume de hidrogênio em seus processos. Esse hidrogênio normalmente é proveniente de unidades de geração de hidrogênio, onde se utilizam fornos reformadores com dezenas ou, em alguns casos, até centenas de colunas verticais para troca de calor, que são preenchidas com partículas de catalisador. Após determinado tempo de operação, o catalisador gasto no interior de cada coluna vertical deve ser substituído. Para tanto, tornase necessário o uso de métodos e dispositivos para carregar essas partículas de catalisador no interior das colunas verticais.
Nesses casos, o carregamento deve ser executado cuidadosamente para evitar problemas devido à presença de espaços vazios internos e variação na densidade da carga de catalisador. Outro possível problema é a quebra ou o dano às partículas de catalisador durante o carregamento. Por exemplo, quando as partículas são lançadas de uma grande altura, a depender do comprimento da coluna vertical, o impacto com as paredes, ou mesmo com o fundo da coluna, pode ocasionar a quebra ou o dano às partículas de catalisador, o que prejudica a eficiência do catalisador.
Partículas quebradas ou espaços vazios demasiados no interior da coluna carregada por partículas sólidas acarretam variações de densidade de carregamento ao longo da coluna. Como consequência, é variada a pressão de operação nas colunas, o que gera distorções na distribuição do gás no reator dos fornos reformadores e causa distribuições desiguais de
2/9 temperatura ao longo das colunas durante a operação do forno reformador.
Usualmente, para reduzir os espaços vazios ou tornar uniforme a densidade do carregamento, uma coluna vertical pode ser vibrada ao longo do seu comprimento ou receber golpes em sua parte superior durante um carregamento de material particulado. Entretanto, essa
operação normalmente atrasa o carregamento, além de submeter à coluna uma tensão extra, diminuindo sua vida útil ou causando danos irreparáveis. Caso haja dano em uma quantidade excessiva de catalisador durante o carregamento, a única solução usual é remover todo o catalisador do interior da coluna e realizar novo carregamento, isto é, duplicação de trabalho e perda de catalisador.
Em outro método de carregamento de material particulado utilizado para reduzir variação de densidade do material distribuído na coluna vertical dos fornos reformadores aplicam-se meias, confeccionadas em material plástico, preenchidas com o catalisador. Quando do carregamento de todo o volume material na coluna, a meia é presa por uma linha e é descida até o fundo de cada coluna. Com um golpe na linha, a meia se abre e o catalisador é depositado no interior da coluna, percorrendo uma pequena distância em queda livre, o que evita a quebra.
Entretanto, existem algumas desvantagens no uso deste método. Algumas vezes a meia pode abrir prematuramente, permitindo assim que as partículas de catalisador percorram grande distância em queda livre, o que pode ocasionar quebra ou dano às partículas.
Caso existam espaços vazios entre as partículas no interior da meia, certamente ocorrerão os mesmo espaços dentro da coluna vertical ao final do carregamento. Consequentemente, a coluna vertical deverá receber vibração ou golpes adicionais visando homogeneizar a densidade.
Outro exemplo é revelado na patente EP 1.594.605 B1 para um método de carregamento de material particulado em tubos verticais onde o
3/9 material particulado é transportado até o fundo do tubo por meio de um amortecedor formado por uma haste em espiral. A haste do referido documento é contínua e se estende por todo o comprimento do tubo a ser preenchido. À medida que o material particulado é carregado, a haste é suspensa gradativamente sendo girada ou vibrada, durante o carregamento, a partir de sua extremidade superior. Neste caso, observam-se desvantagens como: a possibilidade de causar danos ao tubo, devido a possíveis choques da haste com o tubo; a complexidade da operação, uma vez que a haste deve ser gradualmente suspensa; a necessidade de um equipamento para fazer girar ou vibrar a haste, o que gera custo adicional à operação; a dificuldade de manuseio da haste, que tem comprimento próximo ao do tubo.
Portanto, o dispositivo e o método descritos a seguir é uma alternativa vantajosa para o carregamento de material particulado em um tubo vertical em relação aos métodos conhecidos na técnica.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Trata a presente invenção, de um dispositivo e o método que utiliza dito dispositivo para carregamento de material particulado em tubos verticais, em especial para carregamento de catalisadores em uma coluna de forno reformador em unidades de geração de hidrogênio.
O dispositivo possui vantagens significativas em relação àqueles conhecidos da técnica por apresentar: dimensões reduzidas; baixo peso; facilidade e rapidez de manuseio; alta resistência a ataques químicos; alta resistência a variações de temperatura; baixo coeficiente de atrito; baixa probabilidade de retenção do material carregado.
O dispositivo compreende pelo menos um módulo de amortecimento, que é constituído por um amortecedor helicoidal de dupla hélice, com um núcleo cilíndrico, vazado em seu eixo longitudinal, e pelo menos duas hélices, opostas entre si e ortogonais em relação ao núcleo cilíndrico, que se estendem ao longo corpo do núcleo completando meio
4/9 passo de cada hélice. No eixo longitudinal do núcleo cilíndrico, é inserido um eixo central, metálico, constituído por uma haste, um primeiro engate e um segundo engate que se fixam a cada extremidade da haste; um cabo de sustentação é ligado ao primeiro engate do eixo central para posicionar 5 o módulo de amortecimento suspenso no interior do tubo vertical, podendo o cabo de sustentação interligar uma quantidade de módulos de amortecimento, seqüenciais, de modo a ocupar o interior do tubo vertical.
O método que utiliza o dispositivo para o carregamento de material particulado em tubos verticais compreende: posicionar o dispositivo no 10 interior do tubo vertical; carregar um volume de material particulado no interior do tubo vertical; suspender cada módulo de amortecimento a uma altura equivalente ao comprimento de um módulo; remover cada módulo de amortecimento do dispositivo, seqüencialmente, a cada carregamento de um volume de material particulado correspondente: e remover todo o 15 dispositivo quando todo o volume de material particulado for
completamente carregado.
O método que utiliza o dispositivo da presente invenção possui vantagens em relação à técnica por apresentar: reduzido tempo de carregamento; densidade do carregamento uniforme; e baixo custo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
As características do dispositivo e método de carregamento de material particulado no interior de tubos verticais, objeto da presente invenção serão melhor percebidas a partir da descrição detalhada, associada aos desenhos abaixo referenciados, os quais são parte 25 integrante do presente relatório.
A FIGURA 1 apresenta uma representação em vista lateral do módulo de amortecimento (1).
A FIGURA 2 apresenta uma concretização para o dispositivo da presente invenção, que compreende três módulos de amortecimento (1) 30 interligados e suspensos no interior de um tubo (o tubo é parte não inte5/9 grante da invenção).
A FIGURA 3A apresenta uma representação em vista lateral com corte parcial do amortecedor helicoidal de dupla hélice (2).
A FIGURA 3B apresenta separadamente a haste (33) e os engates (31) e (32), que compõem o eixo central (3).
A FIGURA 4 apresenta uma concretização com apenas um módulo de amortecimento (1), suspenso no interior do tubo (o tubo é parte não integrante da invenção).
A FIGURA 5 apresenta uma representação em vista lateral do amortecedor helicoidal de dupla hélice (2) com o eixo central (3) inserido em seu núcleo cilíndrico (21).
A FIGURA 6A apresenta uma representação em perspectiva de um dos engates do eixo central (3).
A FIGURA 6B apresenta uma representação em perspectiva com corte de um dos engates do eixo central (3).
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO.
Trata a presente invenção, de um dispositivo e um método para carregamento de material particulado em tubos verticais, especialmente carregamento de catalisadores em colunas de fornos reformadores de unidades de geração de hidrogênio.
O referido dispositivo, que será descrito a seguir de acordo com a identificação dos componentes que os formam, possui vantagens significativas em relação àqueles conhecidos da técnica por apresentar:
- dimensões reduzidas;
- baixo peso;
- facilidade e rapidez de manuseio;
- imunidade a ataques químicos;
- resistência a variações de temperatura;
- baixo coeficiente de atrito;
- baixa probabilidade de retenção do material carregado.
6/9
Outras vantagens podem ser atribuídas ao método de carregamento utilizando o dispositivo, como por exemplo:
- reduzido tempo de carregamento;
- densidade do carregamento uniforme ao longo do tubo;
- baixo custo.
A figura 1 apresenta uma representação em vista lateral do módulo de amortecimento (1).
A figura 2 apresenta uma concretização preferida para o dispositivo da presente invenção, que compreende pelo menos um módulo de 10 amortecimento (1) suspenso no interior do tubo, onde cada módulo de amortecimento (1) é constituído pelos seguintes elementos:
- um amortecedor helicoidal de dupla hélice (2), com um núcleo
cilíndrico (21), vazado em seu eixo longitudinal, e pelo menos duas hélices (22) opostas entre si e ortogonais em relação ao núcleo cilíndrico (21) e se 15 estendendo ao longo corpo do núcleo (21) completando meio passo de cada hélice, dimensionada radialmente de modo a ocupar todo o diâmetro interno do tubo vertical.
- um eixo central (3), constituído por uma haste (33), um primeiro engate (31) e um segundo engate (32) que se fixam a cada extremidade φ 20 da haste (33), de modo a manter o posicionamento da haste (33) e interligar a outros elementos, sendo a haste (33) posicionada com folga no eixo longitudinal do núcleo cilíndrico (21).
- um cabo de sustentação (4), com uma extremidade ligada ao primeiro engate (31) do eixo central (3) para posicionar o módulo de amortecimento (1) suspenso no interior do tubo vertical, podendo o cabo de sustentação (4) interligar uma quantidade de módulos de amortecimento (1) seqüenciais de modo a ocupar uma altura definida do tubo vertical.
A quantidade de módulos de amortecimento (1) varia de acordo com o volume de material particulado a ser carregado e com a altura do tubo
7/9 vertical. Quanto maior for a altura do tubo e o volume de material particulado a ser carregado, proporcionalmente maior será a quantidade de módulos de amortecimento (1)
A figura 3A apresenta uma representação em vista lateral com corte parcial do amortecedor helicoidal de dupla hélice (2), que deve ser confeccionado preferencialmente em material com baixo coeficiente de atrito, que pode ser preferencialmente o Teflon. Este material evita que ocorra a retenção do material particulado, que entra em contato com o amortecedor helicoidal (2) durante o carregamento.
A figura 3B apresenta separadamente os elementos que compõem o eixo central (3), que deve ser confeccionado preferencialmente em material metálico, que pode ser, por exemplo, o aço inoxidável.
A folga entre a haste (33) do eixo central (3) e o amortecedor helicoidal de dupla hélice (2) permite o livre giro do amortecedor helicoidal (2) em torno de seu eixo longitudinal. Tal propriedade garante que o material particulado seja distribuído uniformemente no interior do tubo
vertical.
O primeiro engate (31), e o segundo engate (32) atuam como limitadores do deslocamento longitudinal do amortecedor helicoidal (2), o que permite que o mesmo permaneça unido com folga ao eixo central (3), mantendo assim a integridade do dispositivo durante o carregamento.
O cabo de sustentação (4) deve ser dimensionado de forma a se manter uma distância entre um amortecedor helicoidal (2) e outro elemento a ele interligado, no interior do tubo. Este dimensionamento deve garantir que não haja quebra do material particulado quando do impacto com o elemento imediatamente abaixo.
O cabo de sustentação (4) é confeccionado preferencialmente em material metálico, que pode ser, por exemplo, o aço inoxidável.
A configuração em dupla hélice do amortecedor helicoidal (2) é responsável por suas dimensões reduzidas, o que facilita o manuseio e a
8/9 operação do dispositivo, além de tornar bastante improvável a retenção de material particulado ao passar pelo amortecedor helicoidal (2).
Caso ocorra a retenção de material particulado no amortecedor helicoidal (2), um movimento manual no cabo de sustentação (3) seria suficiente para eliminar a retenção.
O Método de carregamento e distribuição de material particulado no interior de um tubo vertical por meio do dispositivo acima descrito compreende as seguintes etapas:
- posiciona-se o dispositivo no interior do tubo vertical a ser preenchido com material particulado;
- carrega-se um volume de material particulado no interior do tubo vertical de forma que o material particulado contate pelo menos um amortecedor helicoidal (2) e se deposite distribuído no interior do tubo;
- suspende-se cada módulo de amortecimento (1) a uma altura equivalente ao comprimento do módulo (1), à medida que seja carregado e distribuído no tubo o volume correspondente de material particulado;
- remove-se cada módulo de amortecimento (1) do dispositivo, sucessivamente, a cada carregamento de um volume de material particulado correspondente;
- remove-se todo o dispositivo quando todo o volume de material particulado for completamente carregado.
Ao contatar os amortecedores helicoidais (2), o material particulado recebe uma componente de velocidade horizontal, o que reduz sua componente de velocidade vertical antes de passar para o próximo módulo de amortecimento (1) ou repousar no interior da coluna. Esta redução na velocidade vertical caracteriza o amortecimento gerado pelo dispositivo, o que impede a quebra do material particulado devido à força gravitacional.
A trajetória helicoidal percorrida pelo material particulado favorece a
9/9 distribuição do mesmo no interior da coluna, o que permite obter um carregamento com densidade uniforme e sem necessidade de golpes de marreta ou outro método que possa danificar a estrutura do tubo.
O volume de material particulado em cada carregamento corresponde à altura que um módulo de amortecimento (1) ocupa dentro do tubo. Assim sendo, quando o último módulo de amortecimento (1) que constitui o dispositivo, for removido, o tubo vertical vai ter sido completamente preenchido com o material particulado.
Para o caso específico desta invenção, o material particulado 10 carregado é Catalisador de Fornos Reformadores de Unidades de Geração de Hidrogênio.
A descrição que se fez até aqui do dispositivo e método para carregamento de material particulado em colunas verticais, objeto da presente invenção, deve ser considerada apenas como uma possível 15 concretização, e quaisquer características particulares devem ser entendidas como algo que foi descrito para facilitar a compreensão. Desta forma, não podem ser consideradas limitantes da invenção, a qual está limitada apenas ao escopo das reivindicações que seguem.
Claims (15)
1. - DISPOSITIVO PARA CARREGAMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE MATERIAL PARTICULADO NO INTERIOR DE UM TUBO VERTICAL por meio de amortecedores, caracterizado por compreender pelo menos um módulo de amortecimento (1), constituído pelos seguintes elementos:
- um amortecedor helicoidal de dupla hélice (2), com um núcleo cilíndrico (21), vazado em seu eixo longitudinal, e pelo menos duas hélices (22) opostas entre si e ortogonais em relação ao núcleo cilíndrico (21) e se estendendo ao longo corpo do núcleo (21) completando meio passo de cada hélice, dimensionada radialmente de modo a ocupar todo o diâmetro interno do tubo vertical,
- um eixo central (3), constituído por uma haste (33), um primeiro engate (31) e um segundo engate (32) que se fixam a cada extremidade da haste (33) de modo a manter o posicionamento da haste (33) e interligar a outros elementos, sendo a haste (33) posicionada com folga no eixo longitudinal do núcleo cilíndrico (21),
- um cabo de sustentação (4), com uma extremidade ligada ao primeiro engate (31) do eixo central (3) para posicionar o módulo de amortecimento (1) suspenso no interior do tubo vertical, podendo o cabo de sustentação (4) interligar uma quantidade de módulos de amortecimento (1) seqüenciais de modo a ocupar uma altura definida do tubo vertical,
2. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a quantidade de módulos de amortecimento (1) variar de acordo com o volume de material particulado a ser carregado e com a altura do tubo vertical,
3. - Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o amortecedor helicoidal de dupla hélice (2) ser confeccionado em material
Petição 870180147369, de 01/11/2018, pág. 8/14
2/3 com baixo coeficiente de atrito,
4. - Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o material com baixo coeficiente de atrito ser o teflon,
5. - Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o eixo 5 central (3) ser confeccionado preferencialmente em material metálico,
6. - Dispositivo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o material metálico ser aço inoxidável,
7. - Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a folga entre a haste (33) do eixo central (3) e o amortecedor helicoidal de
10 dupla hélice (2) permitir o livre giro do amortecedor (2) em torno de seu eixo longitudinal,
8. - Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o primeiro engate (31), e o segundo engate (32), atuarem como limitadores do deslocamento longitudinal do amortecedor (2),
15
9.- Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o cabo de sustentação (4) ser dimensionado de forma a manter distância entre um amortecedor helicoidal (2) e um outro elemento a ele interligado no interior do tubo,
10. - Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o 20 cabo de sustentação (4) ser confeccionado em material metálico,
11. - Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o material metálico ser aço inoxidável,
12. - MÉTODO DE CARREGAMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE MATERIAL PARTICULADO NO INTERIOR DE UM TUBO VERTICAL por meio do
25 dispositivo definido na reivindicação 1, caracterizado por compreender as seguintes etapas:
- posicionar o dispositivo no interior do tubo vertical a ser carregado com material particulado,
- carregar um volume de material particulado no interior do tubo
30 vertical de forma que o material particulado contate pelo menos
Petição 870180147369, de 01/11/2018, pág. 9/14
3/3 um amortecedor (2) e se deposite distribuído no interior do tubo,
- suspender cada módulo de amortecimento (1) a uma altura equivalente ao comprimento do módulo (1), à medida que seja carregado e distribuído no tubo o volume correspondente de
5 material particulado,
- remover cada módulo de amortecimento (1) do dispositivo, sucessivamente, a cada carregamento de um volume de material particulado correspondente,
- remover todo o dispositivo quando todo o volume de material
10 particulado for completamente carregado,
13. - Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o volume de material particulado em cada carregamento ser correspondente à altura que um módulo de amortecimento (1) ocupa dentro do tubo,
14. - Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o 15 material particulado ser catalisador,
15. - Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o catalisador ser para Fornos Reformadores de Unidades de Geração de Hidrogênio.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
| B06A | Patent application procedure suspended [chapter 6.1 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 13/08/2019, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. (CO) 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 13/08/2019, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS |
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| B22L | Other matters related to patents and certificates of addition of invention: notification of licence offer (art 64 par 1 of lpi) |
Free format text: CONDICOES CONTRATUAIS: 1) ROYALTIES: 15% SOBRE O PRECO DE VENDA, EXCLUINDO OS IMPOSTOS INCIDENTES NA EMISSAO DA NOTA FISCAL (IPI, ISS E ICMS), TAXA DE ACESSO E TAXA MINIMA ANUAL; 2) PRAZO: 5 ANOS, PODENDO SER PRORROGAVEL POR IGUAL PERIODO, ATE O FIM DA VIGENCIA DO ATIVO INTELECTUAL; 3) CONDICOES DE PAGAMENTO: TRIMESTRAL, A PARTIR DOS DADOS OBTIDOS NAS NOTAS FISCAIS SOLICITADAS; 4) DISPONIBILIDADE DE KNOW-HOW: NAO; 5) ASSISTENCIA TECNICA: NAO. - OBS: CONSULTA A CARTA PATENTE PODERA SER FEITA ATRAVES DO ENDERECO ELETRONICO WWW.INPI.GOV.BR = NO ACESSO RAPIDO = BUSCA WEB = PATENTE. PARA ACESSAR, CADASTRE-SE NO PORTAL DO INPI E USE LOGIN E SENHA. |
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