BRPI0805325A2

BRPI0805325A2 - separador ciclÈnico reverso de suspensão gás-sólido e método de separação

Info

Publication number: BRPI0805325A2
Authority: BR
Inventors: Wilson Kenzo Huziwara; Emanuel Freire Sandes; Rogerio Michelan; Santos Celso Murilo Dos
Original assignee: Petroleo Brasileiro Sa
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2010-09-08

Abstract

SEPARADOR CICLÈNICO REVERSO DE SUSPENSãO GáS-SóLIDO E MéTODO DE SEPARAçãO. é descrito um separador ciclónico de suspensão gás-sólido que compreende uma câmara ciclónica com pelo menos uma entrada em sua parte superior, uma saída de sólidos em sua parte inferior, e dois tubos de saida de frações de gás, sendo um tubo fixado na parte superior e o outro tubo fixado na parte inferior e com diâmetro interno na faixa entre 1 % e 5% do diâmetro do tubo superior. Também é descrito o método de separação utilizando o referido separador ciclónico, que possibilita estabilizar o fluxo vorticial da suspensão.

Description

SEPARADOR CICLÔNICO REVERSO DE SUSPENSÃO GÁS-SÓLIDO EMÉTODO DE SEPARAÇÃO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção encontra seu campo de aplicação dentre osequipamentos e métodos para separar partículas sólidas de suspensõesgás-sólido, mais particularmente dentre os separadores ciclônicos, ondese fornece uma componente de força tangencial à suspensão gás-sólido.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Separadores ciclônicos em diferentes formas construtivas sãoutilizados em inúmeros equipamentos para separar impurezas contidas emfluidos gasosos, tais como partículas sólidas ou poeira, gotículas delíquidos ou material semelhante.

Tais equipamentos são também amplamente usados para separaçãoe remoção de partículas do ar ou de gases de processos. São utilizadostambém como reator químico, trocador de calor, para secagem demateriais granulares e combustão de óleo. Em refinarias de petróleo, sãoutilizados para assegurar a continuidade do processo para obtenção deprodutos, retendo catalisador e impedindo sua emissão para a atmosfera,evitando a perda e o efeito poluente, de maneira a garantir a continuidadedo processo. A grande aplicabilidade dos separadores ciclônicos deve-seao seu baixo custo de operação e fácil manutenção, como também àpossibilidade de suportar severas condições de temperatura e pressão.

Os separadores ciclônicos podem ser empregados em diversosarranjos, em série ou em paralelo. Em alguns processos, a totalidade dofluido gasoso produzido, que a partir daqui será chamado de suspensãogás-sólido, passa pelo separador. Em outros processos, os separadoresciclônicos podem ser utilizados como parte do sistema de limpeza degases de exaustão.

As partículas são separadas por um processo de centrifugação dasuspensão gás-sólido. Este fenômeno ocorre com a indução de um fluxovorticial no interior do separador ciclônico devido à significativacomponente de força tangencial com a qual a suspensão entra na câmaraciclônica, que geralmente é de formato cônico-cilindrico. Sendo de maiordensidade que os gases, as partículas sólidas tem maior tendência empermanecer na tragetória perpendicular ao fluxo vorticial, devido à forçacentrífuga, e assim colidir com as paredes da câmara. Com as colisões, aspartículas perdem velocidade e tendem a se separar do fluxo, caindo emdireção ao fundo da câmara, de onde são retiradas. O gás separado éaspirado pelo tubo de saída do ciclone, após percorrer algumas voltas pelacâmara e uma curva de ângulo acentuado em direção ao tubo de saída naparte superior.

Os separadores ciclônicos de suspensão gás-sólido são geralmentedo tipo fluxo reverso, que são os mais tradicionais para este tipo deseparação. Entretanto, ciclones de fluxo unidirecional são tambémutilizados, principalmente em aplicações onde é baixa a concentração desólidos na suspensão.

Nos ciclones de fluxo reverso, o tubo de saída do gás, usualmentechamado de vórtex ou finder, é fixo e localizado na parte superior dociclone. Durante a operação existe a necessidade da total reversão dofluxo vorticial do gás para que o mesmo seja aspirado pelo tubo de saída.

Nos ciclones de fluxo unidirecional, também conhecido pelo termo eminglês "uniflow", o tubo de saída do gás é localizado na parte inferior doseparador ciclônico, não existindo portanto a necessidade de reversão dofluxo vorticial.

O separador de fluxo unidirecional possui um comprimento da zonade separação inferior ao de um separador com fluxo reverso, sendo esta arazão pela qual o separador de fluxo unidirecional ser eficiente apenas emsuspensões gás-sólido com baixas concentrações de sólido.

Embora a zona de separação do separador de fluxo reverso sejamaior, é conhecido que a zona de reversão de fluxo é a região na qualocorre maior perda de eficiência de coleta do separador ciclônico devido àinstabilidade existente no ápice de reversão de fluxo, que é o momentoonde o fluxo vorticial é revertido de descendente para ascendente,resultando em deslocamentos laterais do fluxo vorticial, o que causaarraste de sólidos previamente separados e erosão nas paredes doseparador ciclônico.

A patente US 4,238,210 revela um separador ciclônico unidirecionalque compreende um duto interno, que forma um caminho de fluxo, comum corpo central provido de hélices geradoras de fluxo vorticialexternamente estendidas. O duto é envolvido por uma câmara coletora eas hélices possuem extremidades coletoras e canais que se abrematravés da parede do duto para o interior da câmara coletora. A jusantedas hélices geradoras de fluxo vorticial encontram-se fendas de saídatransversais em relação ao fluxo de gás.

Assim como nos demais separadores ciclônicos unidirecionais, esteequipamento é eficiente apenas para suspensões com baixa concentraçãode sólidos.

O pedido de patente PI0803051-0, de propriedade da requerente,revela um separador ciclônico e um método de separação gás-sólido comduas zonas de separação em seqüencia uma com fluxo reverso, na qualparte do gás da suspensão gás-sólido com alta concentração de sólido éseparado, e uma zona de separação de fluxo unidirecional, subseqüente,na qual a outra parte do gás da suspensão, com baixa concentração desólido, é separada.

O separador ciclônico é provido de dois tubos de saída, sendo umfixado axialmente na parte superior e outro fixado axialmente na parteinferior, gerando respectivamente as zonas de separação com fluxoreverso e unidirecional.

O equipamento e o método descrito a seguir são uma alternativa queapresenta vantagens para a separação de suspensões gás-sólido,utilizando ciclones de fluxo reverso, em relação aos dispositivos e métodosconhecidos na técnica, pois evita os problemas de perda de eficiência decoleta e erosão na região de reversão do fluxo vorticial de descendentepara ascendente.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Trata a presente invenção de um separador ciclônico de suspensãogás-sólido e um método de separação onde o referido separadorcompreende uma câmara ciclônica (1), com pelo menos uma entrada(11a), um espaço anular (13) para a coleta de partículas separadas e doistubos de saída, sendo um tubo (2) fixado axialmente na parte superior dacâmara ciclônica (1) e outro tubo (3) fixado axialmente na parte inferior dacâmara (1) e com diâmetro interno na faixa entre 1% e 5% do diâmetrointerno do tubo (2) superior, sendo ambos os tubos com prolongamentoaxial para o interior da câmara (1).

O método de separação gás-sólido utilizando o separador acimadescrito compreende as etapas de admitir a suspensão gás-sólido nointerior da câmara (1), por meio da entrada (11a), fornecendo à suspensãogás-sólido uma componente de força tangencial de modo a separar asuspensão; aspirar o gás separado por meio do tubo (2) e do tubo (3)simultaneamente; retirar pelo espaço anular (13) as partículas sólidasseparadas.

No presente método aspira-se uma fração de gás em proporçõessuperiores a 95% pelo tubo (2) superior, sendo a fração complementaraspirada pelo tubo (3) inferior, de modo a manter o ápice de reversão nointerior do tubo (3) e estabilizar o fluxo vorticial ascendente, pois o fluxodescendente é estabilizado pela parede da câmara ciclônica (1).

BREVE DESCRIÇÃO DA FIGURA

As características do separador ciclônico de suspensão gás-sólido emétodo de separação, objeto da presente invenção serão mais bempercebidas a partir da descrição detalhada, associada à figura abaixo refe-rendada, a qual é parte integrante do presente relatório.

A FIGURA 1 apresenta uma representação em perspectiva com cortedo separador ciclônico de suspensão gás-sólido em uma configuraçãocom duas entradas, bem como uma representação esquemática dométodo de separação utilizando o separador ciclônico.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A presente invenção revela um separador ciclônico de suspensãogás-sólido e um método de separação em uma configuração onde oseparador é capaz de manter a estabilidade do fluxo vorticial ascendentedurante o processo de separação.

O separador ciclônico, objeto desta invenção compreende umacâmara ciclônica (1), com pelo menos uma entrada (11a), um espaçoanular (13) para a coleta de partículas separadas e dois tubos de saída,sendo um tubo (2) fixado axialmente na parte superior da câmara ciclônica(1) e outro tubo (3) fixado axialmente na parte inferior da câmara (1),ambos os tubos com prolongamento axial para o interior da câmara (1).

Nesta configuração, diferentemente do estado da técnica, o tubo (3)inferior possui diâmetro interno na faixa entre 1 % e 5% do diâmetro internodo tubo (2) superior.

No presente método, aspira-se uma fração de gás em proporçõessuperiores a 95% pelo tubo (2) superior, sendo a fração complementaraspirada pelo tubo (3) inferior, de modo a manter o ápice de reversão nointerior do tubo (3) e estabilizar o fluxo vorticial.O ápice da reversão do fluxo vorticial de descendente paraascendente ocorre no interior do tubo (3), que se encontra distante dasparedes, o que proporciona a redução do arraste pelo gás de partículassólidas já separadas e evita a erosão nas paredes do separador ciclônico.

O presente método de separação gás-sólido é eficiente para separarsuspensões com concentrações de sólido superiores a 1g/m3preferencialmente, podendo ser utilizado individualmente ou aplicado noprimeiro ou segundo estágio de separação de equipamentos que utilizammúltiplos separadores ciclônicos ligados em série.

O referido método de separação pode, opcionalmente, admitirsimultaneamente a suspensão gás-sólido no interior da câmara ciclônicapor meio da entrada (11a) e de pelo menos uma entrada adicional (11b)simetricamente posicionada à entrada (11a).

Este método apresenta as seguintes vantagens em relação ao estadoda técnica:

i. Redução substancial da erosão na região inferior do separador,causada pela instabilidade do fluxo vorticial na região do ápicedurante a reversão do fluxo de descendente para ascendente;

ii. Manutenção da eficiência de separação ao longo de todo o caminhopercorrido pela suspensão gás-sólido; e

iii. Redução do arraste, pelo gás, de material sólido já separado.

A descrição que se fez até aqui do presente método de separação,deve ser considerada apenas como uma possível concretização, equaisquer características particulares devem ser entendidas como algoque foi descrito para facilitar a compreensão. Desta forma, não podem serconsideradas Iimitantes da invenção, a qual está limitada apenas aoescopo das reivindicações que seguem.

Claims

1.- SEPARADOR CICLÔNICO REVERSO DE SUSPENSÃO GÁS-SÓLIDO, que compreende uma câmara ciclônica (1), com pelo menosuma entrada (11a), um espaço anular (13), para a coleta de partículasseparadas, e dois tubos de saída, sendo um tubo (2) fixado axialmentena parte superior da câmara ciclônica (1) e outro tubo (3) fixadoaxialmente na parte inferior da câmara (1), ambos os tubos com umprolongamento axial para o interior da câmara (1), caracterizado por otubo (3) inferior possuir diâmetro interno na faixa entre 1% e 5% dodiâmetro interno do tubo (2).

2.- MÉTODO DE SEPARAÇÃO GÁS-SÓLIDO, utilizando o separadordescrito na reivindicação 1, e que compreende as etapas de admitir asuspensão gás-sólido no interior da câmara (1) por meio da entrada(11a), aspirar o gás separado por meio do tubo (2) e do tubo (3)simultaneamente e retirar pelo espaço anular (13) as partículas sólidasseparadas, caracterizado por aspirar uma fração de gás em proporçõessuperiores a 95% pelo tubo (2) superior e a fração complementar degás pelo tubo (3) inferior, de modo a manter o ápice de reversão nointerior do tubo (3) e estabilizar o fluxo vorticial.

3.- MÉTODO DE SEPARAÇÃO GÁS-SÓLIDO, de acordo com areivindicação 2, caracterizado por separar suspensões gás-solido comconcentrações de sólido superiores a 1 g/m3 preferencialmente.

4.- MÉTODO DE SEPARAÇÃO GÁS-SÓLIDO, de acordo com areivindicação 2, caracterizado por admitir simultaneamente asuspensão gás-sólido no interior da câmara ciclônica por meio daentrada (11a) e de pelo menos uma entrada adicional (11b)simetricamente posicionada à entrada (11a).