BRPI0920047B1

BRPI0920047B1 - dispositivo para distribuir um fluido de uma maneira controlada, e, processos para distribuir um fluido em um espaço de uma maneira controlada, para fabricar um dispositivo, e de tratamento de gás residual

Info

Publication number: BRPI0920047B1
Application number: BRPI0920047A
Authority: BR
Inventors: Thijssen Marc; Jacques F J G Bodson Olivier; Cartage Thierry
Original assignee: Solvay
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2020-04-07
Also published as: EP2342021A1; ES2684439T3; FR2937888B1; US8770497B2; CA2741484A1; CN102209592B; US20140246522A1; PL2342021T3; US9427750B2; JP2012506770A; EA021400B1; MX2011004540A; EA201170620A1; BRPI0920047A2; CA2741484C; EP2342021B1; US20100107638A1; JP5846557B2; AR074081A1; CN102209592A

Abstract

dispositivo para distribuir um fluido de uma maneira controlada, e, processos para distribuir um fluido em um espaço de uma maneira controlada, para fabricar um dispositivo, e de tratamento de gás residual dispositivo para distribuir um fluido de uma maneira controlada, em particular para distribuir um gás carregado com partículas, o dispositivo compreendendo um tubo (1) provido com pelo menos um orifício de entrada (2) e com uma série de orifícios de saída (3) espalhados ao longo do tubo (1) e cortados na parede lateral deste tubo, caracterizado por pelo menos uma seção (4) da parede, localizada a jusante de pelo menos um orifício de saída e limitada por uma seção (5) da borda deste orifício, ter um formato de modo que esta seção da borda deste orifício seja posicionada dentro do tubo, de modo que, quando o dispositivo está em serviço, a direção do fluxo do fluido, saindo por este orifício e deslocando-se ao longo de dita seção de parede, é controlada pelo formato da última seção.

Description

“DISPOSITIVO PARA DISTRIBUIR UM FLUIDO DE UMA MANEIRA CONTROLADA, E, PROCESSOS PARA DISTRIBUIR UM FLUIDO EM UM ESPAÇO DE UMA MANEIRA CONTROLADA, PARA FABRICAR UM DISPOSITIVO, E DE TRATAMENTO DE GÁS RESIDUAL” [0001] A invenção refere-se à distribuição de fluidos em um espaço por meio de um tubo provido com orifícios. Ela refere-se mais particularmente à distribuição pneumática de pós, tais como carbonato e bicarbonate de sódio, cal, calcário ou trona.

[0002] Há vários contextos em que os pós devem ser distribuídos de uma maneira controlada em um dado espaço. No caso particular de purificação de gás residual, um reagente em forma pulverulenta deve frequência ser introduzido homogeneamente dentro do gás residual a ser purificado. Em geral, o gás residual circula em um duto ou cano de chaminé. A introdução de um pó pode ser realizada, nos casos mais simples, por um injetor localizado na parede do duto. O injetor introduz o pó genericamente perpendicular à direção do fluxo do gás residual, com uma certa velocidade. Se a velocidade do pó for suficientemente elevada em relação à velocidade do gás residual, o pó será capaz de ser distribuído suficientemente de modo homogêneo no gás residual. Quando o duto tiver grandes dimensões, tipicamente tendo um diâmetro de diversos metros, torna-se difícil entretanto obter uma distribuição satisfatória.

[0003] Uma possível solução para este problema é utilizar uma multiplicidade de injetares, penetrando em diferentes profundidades dentro do duto. Isto, entretanto, aumenta os custos do dispositivo.

[0004] Foi então considerado o uso de um tubo cilíndrico provido com orifícios espalhados ao longo do tubo, o tubo sendo colocado no meio do gás residual, com frequência perpendicular à direção de seu fluxo. O pó é introduzido por transporte pneumático em uma extremidade do tubo. Ele é distribuído através de orifícios de saída, o que toma possível distribuí-lo mais homogeneamente dentro do gás residual. Foi observado que é difícil obterem-se taxas de fluxo similares através dos vários orifícios, os orifícios colocados mais próximos da extremidade de alimentação

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2/17 do tubo tendo uma tendência para receber uma mais elevada taxa de fluxo. Este defeito é parcialmente resolvido selando-se a segunda extremidade do tubo, porém então uma obstrução gradual do tubo por pó estagnante é testemunhada. Esta situação desfavorável é particularmente pronunciada quando o pó tem tendência a aglomerar-se, como é o caso na presença de umidade, por exemplo (um pó classificado como um pó classe C pelo teste de Geldart é dito ser aglomerante). As partículas constituindo o pó são então também qualificada como aglomerante. Além disso, o uso de um tubo cilíndrico provido com orifícios convencionais tem a desvantagem de as partículas maiores, em particular aquelas tendo um diâmetro maior do que cerca de dez micros, fazerem seu caminho do lado interno do tubo para os orifícios com mais dificuldade, o que dá origem a uma segregação de tamanho de partícula, as grandes partículas tendo uma tendência de permanecerem dentro do tubo.

[0005] É descrito na US 482088 um sistema para a distribuição pneumática, através da terra, de materiais em forma de pó, usados na agricultura. O sistema compreende tubos cilíndricos, cuja seção transversal é dividida em duas partes por placas soldadas, posicionadas dentro do tubo e estendendo-se para o lado externo deste tubo. Os dois correspondentes fluxos são então direcionados separadamente por defletores. O sistema não possibilita a distribuição em mais do que dois fluxos, partindo de um único tubo, o que explica a necessidade de diversos tubos cilíndricos (3 na variante representada). Este sistema, que é de difícil introdução dentro de um espaço fechado, tal como um duto, não possibilita uma operação estável durante um período prolongado, em particular quando o pó usado tem a tendência de aglomerarse, quando ele gradualmente fica bloqueado. Além disso, é de produção complexa e dispendiosa, em particular quando é necessário distribuir o pó em mais do que dois fluxos. Os últimos não são mais corretamente controlados e equilibrados.

[0006] O objetivo da invenção é prover um dispositivo e processo que toma possível distribuir um fluido e, em particular, um fluido carregado com partículas aglomerantes, isto é, partículas que têm tendência a aglomerar-se, em um dado espaço em uma maneira simples.

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3/17 [0007] Consequentemente, a invenção refere-se a um dispositivo para distribuir um fluido de uma maneira controlada, em particular para distribuir um gás carregado com partículas, o dispositivo compreendendo um tubo provido com pelo menos um orifício de entrada e com uma série de orifícios de saída espalhados ao longo do tubo e cortados na parede lateral deste tubo. O dispositivo é caracterizado pelo fato de pelo menos uma seção da parede, localizada a jusante de pelo menos um orifício de saída e limitada por uma seção da borda deste orifício, ter um formato de modo que esta seção da borda deste orifício seja posicionada dentro do tubo, de modo que, quando o dispositivo está em serviço, a direção do fluxo do fluido deixando este orifício e deslocando-se ao longo de dita seção de parede é controlada pelo formato da última seção.

[0008] Preferivelmente, no dispositivo de acordo com a presente invenção, o tubo tem uma extremidade a jusante aberta, atuando como orifício de saída suplementar, cujo diâmetro é menor do que o diâmetro do tubo.

[0009] No dispositivo acordo com a presente invenção, o termo “tubo” é entendido como significando um corpo oco alongado, limitado por uma parede, cujo comprimento é igual a pelo menos 3 vezes, preferivelmente pelo menos 10 vezes, o menor das outras duas dimensões características. O tubo pode ter qualquer formato adequado para o espaço em que o fluido deve ser distribuído, tal como paralelepípedo, cilindro, cone, toro etc. Em geral, ele tem o formato determinado, tal como cilindro, cone, paralelepípedo. Os formatos cilíndricos são preferidos. A expressão “formato cilíndrico” é entendida como significando um formato gerado pelo deslocamento paralelo de uma linha reta ao longo de uma curva fechada. Os cilindros de revolução, gerados quando a curva é um círculo, são particularmente preferidos.

[0010] De acordo com um aspecto principal da invenção, pelo menos uma seção da borda de pelo menos um orifício de saída é posicionada dentro do tubo. Este posicionamento resulta do formato da seção da parede a jusante do orifício, limitado por esta borda. A jusante é definido em relação ao fluxo do fluido dentro do tubo. O posicionamento da borda de pelo menos um orifício de saída dentro do tubo significa

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4/17 que, quando o fluido circula dentro do tubo, ele encontra esta seção da borda que corta o fluxo total em duas partes. Uma parte continua a fluir ao longo do tubo, enquanto que a segunda parte do fluxo é guiada para o lado externo do tubo pela seção de parede limitada pela borda em questão. No dispositivo acordo com a presente invenção, é essencial que o posicionamento dentro do tubo da borda do orifício seja uma consequência do formato da correspondente seção da parede. Esta seção de parede é feita como uma peça com o resto da parede do tubo. Ela não é portanto composta de uma parte separada. Os formatos correspondendo aos vários orifícios podem ser idênticos. Entretanto, para uma distribuição perfeitamente controlada do fluido ou por outras razões, pode provar-se necessário que os formatos sejam ligeiramente diferentes. Em particular, é possível variar a profundidade em que a borda é posicionada dentro do tubo e, portanto, a espessura máxima da seção de fluxo cortada pela borda e guiada para o lado externo. Esta profundidade, que depende do número de orifícios de saída, é em geral maior do que 1%, preferivelmente 3%, mais preferivelmente 5% do diâmetro do tubo. É recomendado que não exceda 60%, preferivelmente 40%, mais preferivelmente 30% do diâmetro. Quando o tubo não tem uma seção transversal circular, o termo “diâmetro” é entendido significar o diâmetro equivalente de um círculo tendo a mesma área de superfície da seção transversal do tubo.

[0011] Os inventores observaram que o detalhe essencial da invenção, de acordo com o qual o posicionamento da borda do orifício é uma consequência do formato da seção correspondente da parede, permite orientação ótima do fluido, o que toma possível controlar sua distribuição. Este aspecto do dispositivo também permite a manufatura do tubo como uma parte única, sem ter que prender partes adicionais ou acoplamentos nele. Desta maneira, um acabamento de superfície perfeitamente liso e uma curvatura regular do tubo em torno dos orifícios são obtidos. É recomendado que a aspereza Ra (como descrito na norma ISO 4287) da parede seja menor do que 1 pm. Em particular, quando o fluido é um gás, em geral ar, carregado com partículas aglomerantes, este detalhe essencial da invenção torna possível evitar a aglomeração das partículas no dispositivo e, portanto, evitar sua

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5/17 obstrução durante seu uso.

[0012] O dispositivo acordo com a presente invenção torna possível utilizar tubos tendo uma extremidade a jusante aberta, atuando como um orifício de saída suplementar. Quando o tubo é, por exemplo, de formato cilíndrico, a extremidade a jusante do tubo pode permanecer aberta. O diâmetro deste orifício de saída suplementar corresponderá então ao diâmetro do tubo. É entretanto recomendado que o diâmetro deste orifício de saída seja controlado e não corresponda identicamente ao diâmetro do tubo. Isto torna possível controlar a pressão dentro do tubo e, consequentemente, melhorar a homogeneidade da distribuição obtida através dos orifícios de saída. É especialmente possível prover esta extremidade a jusante com um bocal, por exemplo, um bocal frostocônico, destinado a obter o correto diâmetro do orifício de saída suplementar. Deve portanto ser observado que a construção recomendada do tubo como uma única parte não exclui o dispositivo de compreender bocais de entrada e/ou saída presos às extremidades do tubo. Como uma variante, é portanto preferível reduzir, via deformação, o diâmetro da extremidade do tubo, uma vez que isto torna possível evitar os defeitos de superfície causados pela fixação do bocal ao tubo. A redução do diâmetro é vantajosamente de modo que o orifício de saída suplementar tem um diâmetro menor do que 0,9, preferivelmente menor do que 0,75, mais preferivelmente menor do que 0,6 vezes o diâmetro dotubo. Se a seção transversal do tubo não for circular, os diâmetros são diâmetros equivalentes.

[0013] A borda dos orifícios que é posicionada no tubo naturalmente tem a mesma espessura que o tubo. Em geral, prefere-se refiná-lo, por exemplo, por esmerilamento. Uma espessura menor do que 1 mm é recomendada.

[0014] O material de que o dispositivo é produzido não é crítico.

[0015] Entretanto, é recomendado que o tubo seja produzido de um material facilmente deformável, tal como metais e plásticos, a fim de obter-se ótimo controle do posicionamento das bordas dos orifícios. Materiais deformáveis frios são preferidos. Vários aços e, em particular, aço inoxidável, funcionam perfeitamente.

[0016] Recomenda-se que o inteiro tubo seja composto de uma peça, isto é, de

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6/17 uma única parte. Isto é entendido significar que não seja produzido por montagem, por exemplo, soldagem ou ligação, de várias partes. O material de que o tubo é composto é uma única parte. No nível microscópico, é possível mover-se sobre o inteiro tubo sem encontrar uma descontinuidade na composição do material. Nesta forma de realização, os riscos de fixação do fluido são particularmente minimizados, o que é especialmente vantajoso quando ele é carregado com partículas aglomerantes.

[0017] O fluido pode circular no dispositivo de várias maneiras, dependendo da posição do orifício(s) de entrada do tubo. O tubo pode, por exemplo, compreender um orifício de entrada localizado em sua curvatura, o que terá o efeito de o fluido circular em direções opostas em para suas duas extremidades.

[0018] Em uma variante recomendada do dispositivo acordo com a presente invenção, o tubo é de formato cilíndrico, uma extremidade do tubo compreendendo um orifício de entrada e a outra extremidade do tubo compreendendo um orifício de saída. Nesta variante, os dois orifícios em questão terão o formato da seção transversal do cilindro. As extremidades do cilindro, entretanto, serão capazes, onde necessário, de ter bocais, por exemplo, bocais cônicos, a fim de modificar o formato ou a seção transversal dos orifícios. Uma vez que a extremidade a jusante do tubo está aberta, não ocorrerá aglomeração quando o fluido for carregado com partículas aglomerantes.

[0019] O dispositivo acordo com a presente invenção toma possível distribuir muitos tipos de fluidos de uma maneira controlada, por exemplo, homogeneamente, em um espaço. Esta distribuição é realizada com uma queda de pressão particularmente baixa no dispositivo. As quedas de pressão menores doque 50 mbar, preferivelmente menores do que 10 mbar, são recomendadas no caso do transporte pneumático de pós, em particular quando as velocidades do ar (medidas no dispositivo) são maiores do que 10 m/s, preferivelmente entre 20 e 40 m/s. Esta queda de baixa pressão possibilita que o dispositivo opere facilmente no modo de sucção, tal como pode ser o caso quando a pressão no espaço, em que o fluido é distribuído, é abaixo da pressão atmosférica.

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7/17 [0020] O dispositivo acordo com a presente invenção pode compreender um grande número de orifícios de saída. Especificamente, os inventores observaram que o posicionamento, dentro do tubo, de uma seção da borda dos orifícios de saída criaram, via um efeito de dinâmica de fluido, uma mistura no tubo das correntes a jusante destes orifícios. O dispositivo vantajosamente compreende pelo menos três orifícios de saída, preferivelmente pelo menos 5, mais preferivelmente pelo menos

10. Entretanto, prefere-se que este número não exceda 100, preferivelmente 50. Os diferentes orifícios de saída são preferivelmente separados por uma distância de pelo menos um (equivalente) diâmetro do tubo. Quando o dispositivo compreende um tubo cilíndrico, os orifícios de saída podem ser espalhados lateralmente, em relação a uma geratriz do cilindro. Geralmente, eles são preferivelmente alinhados em relação a uma tal geratriz.

[0021] No dispositivo acordo com a presente invenção, o fluido deixando os orifícios de saída deslocam-se ao longo da seção correspondente da parede. Quando o fluido é carregado com partículas, esta situação torna possível evitar incrustações das partículas na parede do tubo contíguo ao orifício de saída. Este efeito de auto-limpeza possibilita que o dispositivo opere por um longo tempo, sem requerer uma paralisação para sua limpeza.

[0022] Os inventores também observaram que é importante que os orifícios de saída tenham uma relação de alongamento compreendida dentro dos valores bem definidos. A expressão “relação de alongamento” é entendida como significando a relação entre a largura e a altura do orifício. Uma baixa relação de alongamento torna possível, para uma dada área de superfície de um orifício, penetrar mais profundamente dentro do fluxo do tubo, onde o fluxo do fluido a ser distribuído é o mais constante e mais elevado. Isto torna possível melhorar a homogeneidade da distribuição. As relações de alongamento menores do que 5, vantajosamente menores do que 4, preferivelmente menores do que 3, são recomendadas. As relações de alongamento maiores do que 1, vantajosamente entre 1,4 e 8, preferivelmente entre 1,5 e 3 são particularmente recomendadas.

[0023] O espaço em que o fluido é distribuído é em geral enchido com gás, com

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8/17 frequência ar, embora pudesse ser enchido com um líquido. Os fluidos distribuídos podem ser gases ou líquidos. Eles podem, além disso, ser carregados com partículas sólidas ou líquidas. A invenção é especialmente adequada para gases carregados com partículas sólidas ou líquidas, em particular a gases carregados com partículas sólidas. O gás é preferivelmente ar.

[0024] Consequentemente, a invenção também refere-se a um processo para distribuir um fluido em um espaço de uma maneira controlada, de acordo com o que um dispositivo acordo com a presente invenção é colocado em dito espaço e um fluido, preferivelmente um gás carregado com partículas, é introduzido dentro de pelo menos um orifício de entrada do dispositivo, o formato da seção de parede limitada por pelo menos um orifício de saída do dispositivo sendo adaptado ao posicionamento do dispositivo no espaço, de modo que a direção do deslocamento ao longo das seções de parede torna possível obter a desejada distribuição.

[0025] Neste processo, a direção do fluido deixando o dispositivo é controlada pelo formato das seções de parede deslocadas ao longo pelo fluido. Os formatos que são altamente curvados em uma maneira côncava (quando eles são observados pelo lado de fora do tubo) promovem fluxos em uma direção que forma um grande ângulo relativo à direção do fluxo do fluido dentro do tubo, isto é, grandes desvios do fluxo. Além disso, o formato das seções de parede a jusante dos vários orifícios de saída também torna possível obter-se, em uma maneira simples, a distribuição da taxa de fluxo de saída do fluido através destes mesmos orifícios. Por exemplo, um formato mais curvado posicionando a borda do orifício mais profundamente dentro do tubo aumentará a taxa de fluxo através deste orifício. Esta distribuição de taxa de fluxo pode ser, quando necessário, tão homogênea quanto possível ou, ao contrário, favorecer a taxa de fluxo através de certos orifícios de saída.

[0026] Em uma primeira forma de realização vantajosa do processo de distribuição acordo com a presente invenção, o fluido é um gás que é desejado para distribuir no espaço. Este gás é vantajosamente NH3. Esta forma de realização é vantajosa pra purificar os gases de combustão que contêm óxidos de nitrogênio.

[0027] Em uma segunda forma de realização vantajosa do processo de

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9/17 distribuição acordo com a presente invenção, o fluido é um gás, preferivelmente ar, carregado com partículas sólidas.

[0028] Em uma primeira variante desta segunda forma de realização, as partículas sólidas têm um diâmetro médio Dso maior do que 100 qm, preferivelmente maior do que 250 qm, particularmente preferivelmente maior do que 500 qm. Os diâmetros são preferivelmente medidos pela difração leiser, por exemplo, com um dispositivo SYMPATEC®. A expressão “diâmetro médio” das partículas tendo qualquer formato é entendida como significando o diâmetro médio das esferas tendo a mesma área de superfície externa das partículas. O diâmetro Dso é o diâmetro de modo que 50% das partículas têm um tamanho menor do que dito diâmetro. Nesta variante, as partículas de grande diâmetro são bem distribuídas, enquanto nos dispositivos conhecidos estas partículas têm uma tendência a não serem desviadas para os orifícios de saída e para permanecerem no dispositivo.

[0029] Em uma segunda variante da segunda forma de realização, as partículas sólidas têm um diâmetro médio Dso menor do que 100 qm, vantajosamente menor do que 50 qm, preferivelmente menor do que 10 qm, mais particularmente menor do que 1 qm. Na realidade, as partículas finas têm uma maior tendência a formarem aglomerados. Tais pós são, portanto, de difícil distribuição de uma maneira controlada pelos processos conhecidos antes da invenção, enquanto evitando o aparecimento gradual de aglomerados no dispositivo. O processo acordo com a presente invenção é particularmente adequado para eles. Nesta variante, é preferível moer o pó durante o menor tempo possível antes de sua distribuição. Para esta finalidade, é feito uso de moinhos in situ, diretamente conectados ao dispositivo de distribuição. A corrente de gás, neste caso ar, é gerada diretamente na saída do moinho. Estas partículas sólidas compreendem, em uma maneira especialmente vantajosa, bicarbonate de sódio, carbonato de sódio, cal, calcário ou trona. O termo “trona” é entendido significar o minério natural de sesquicarbonato de sódio como minerado nos depósitos de Wyoming, USA., compreendendo impurezas ou o próprio sesquicarbonato de sódio.

[0030] Em uma terceira variante, que pode ser combinada com as outras duas,

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10/17 as partículas sólidas têm uma distribuição de diâmetros tendo uma grande amplitude (também às vezes chamada vão). A amplitude é definida como sendo: (D90 Dio)/D₅o. Amplitudes maiores do que 2, vantajosamente maiores do que 5, mais particularmente maiores do que 10, são recomendadas. Nesta variante, o fluido compreende partículas tanto muito finas como muito grosseiras, dois domínios em que o dispositivo é particularmente vantajoso.

[0031] Em uma terceira forma de realização recomendada do processo de distribuição acordo com a presente invenção, o fluido é um líquido ou um gás carregado com partículas líquidas. O líquido é vantajosamente amônia. Neste caso, esta forma de realização é também adequada para o tratamento dos gases de combustão que contêm óxidos de nitrogênio.

[0032] Nestas três formas de realização e em suas variantes, é vantajoso que as partículas compreendam uma composição destinada para o tratamento de gases de combustão. As composições podem ser reativas ou simplesmente absorver certos componentes nocivos do gás residual.

[0033] A invenção também se refere à manufatura do dispositivo de distribuição. O tubo do dispositivo pode, por exemplo, ser produzido de muitas maneiras, por exemplo, montando-se (unindo-se, soldando-se) partes que compõem o formato desejado da parede do tubo, contígua à borda posicionada dentro de dito tubo.

[0034] Entretanto, de acordo com um processo de manufatura muito vantajoso, pelo menos uma fenda é perfurada em um tubo provido com pelo menos um orifício de entrada e uma pressão é exercida sobre a seção da parede do tubo adjacente à borda a jusante da fenda, a fim de deformar a seção da parede a fim de colocar a borda a jusante dentro do tubo. Em uma variante deste processo, a fenda é perfurada substancialmente perpendicular ao comprimento do tubo. A expressão “substancialmente perpendicularmente” é entendida significar que a perpendicular ao plano seccional da fenda tem um ângulo máximo de 15° relativo à direção do vetor de velocidade do fluido no centro do tubo e no plano seccional. A borda a jusante da fenda é definida em relação à direção do fluxo do fluido quando o dispositivo está em serviço. Em outra variante deste processo, a perpendicular ao plano seccional da

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11/17 fenda tem um ângulo relativo à direção oposta do vetor de velocidade dofluido no centro do tubo e no plano seccional compreendido entre 15 e 60°, preferivelmente entre 30 e 50°. Nesta segunda variante, é possível ter-se uma seção da borda do orifício relacionado localizado mais a montante, o que em certas circunstâncias permite um melhor controle do formato da seção correspondente da parede. Em ainda outra variante, o ângulo compreende entre 15 e 60°, preferivelmente entre 30 e 50°, porém relativo à direção do vetor de velocidade (não oposto). A adição dos comprimentos das duas bordas da fenda deve ser vantajosamente aproximadamente igual ao perímetro do orifício que é desejado fazer, dessa maneira, no tubo. Isto é particularmente recomendado quando o tubo é feito de um material metálico e quando o processo de manufatura é realizado sem aquecimento. Em uma forma de realização preferida do processo de manufatura, é feito uso de um tubo produzido de um material metálico e tendo um cilindro de formato de revolução. Quando uma pressão suficiente é exercida sobre a seção de parede a ser deformada, esta seção então sofre um empenamento e é posicionada em uma etapa, a fim de colocar a borda do orifício a jusante dentro do tubo.

[0035] No processo de manufatura acordo com a presente invenção, é recomendado que a pressão seja exercida por meio de um artigo de formato convexo, de modo que a deformação da parede pelo menos parcialmente adote o formato externo do artigo. O formato do artigo, mas acima de tudo sua dimensão, deve ser determinado em função da deformação desejada. Recomenda-se utilizar formatos cônicos ou esféricos. Os formatos esféricos têm preferivelmente diâmetros compreendidos entre o (equivalente) diâmetro do tubo e um décimo deste diâmetro. É vantajoso colocar dentro do tubo uma matriz côncava, tendo um formato concovamente correspondendo ao formato do artigo convexo, capaz de suportar a deformação da parede do tubo durante o processo.

[0036] Os dispositivos e processos acordo com a presente invenção são particularmente adequados para distribuir pós de reagentes em gases de combustão a serem tratados.

[0037] A invenção, portanto, também refere-se a um processo de tratamento de

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12/17 gás residual, de acordo com o qual um dispositivo de acordo com a presente invenção é colocado dentro de um duto, através do qual o gás residual a ser tratado viaja, uma corrente de gás carregada com partículas compreendendo uma composição destinada para o tratamento dos gases de combustão é introduzida no orifício de entrada do tubo, a fim de distribuir a corrente homogeneamente dentro do duto, as partículas reagem com o gás residual a fim de tratá-lo e o gás residual purificado é então submetido a uma filtragem, a fim de separá-lo das partículas. Reação das partículas é aqui entendida no sentido químico ou físico (absorção). Neste processo de tratamento de gás residual, é preferivelmente feito uso de uma composição compreendendo carbonato de sódio, bicarbonate de sódio, cal, calcário ou trona. Trona ou bicarbonate de sódio é preferido. É também vantajoso que o gás residual contenha compostos ácidos a serem removidos, tais como ácido clorídrico ou fluorídrico ou óxidos de enxofre.

[0038] No caso de dutos tendo grandes dimensões e quando comparada com as técnicas da arte anterior empregando múltiplos injetores, a invenção permite simplificar o dispositivo e reduzir seu custo. Por exemplo, no caso de uma matriz de injeção 6 x 5 (6 posições de injeção ao longo do duto em profundidades de 5 injeções), 30 tubos de injeção foram anteriormente necessários. Este esquema de injeção pode agora ser realizado, por exemplo, com 6 dispositivos, cada um tendo 5 orifícios. Se, no dispositivo e nos processos acordo com a presente invenção, múltiplos orifícios (digamos 3) forem feitos em diferentes direções em torno da seção do tubo, o número de dispositivos pode mesmo ser ainda diminuído, por exemplo, a 2. Além da redução nos custos de construção, a redução no número de dispositivos permite simplificar o controle das taxas de fluxo nos diferentes tubos, mas também simplificar as manutenção e detecção da incrustração.

[0039] Particularidades e detalhes da invenção emergirão da seguinte descrição das figuras anexas. Os componentes contendo as mesmas referências numeradas são análogos.

[0040] A Fig. 1 ilustra uma forma de realização particular de um dispositivo acordo com a presente invenção. Ela compreende um tubo cilíndrico 1, provido com

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13/17 um orifício de entrada 2 e três orifícios de saída indicados por 3, 3’, 3”. Estes orifícios de saída são delimitados por uma seção 5 de sua borda, colocada dentro do tubo seguindo o formato das correspondentes seções 4, 4’ e 4” da parede. O dispositivo compreende um bocal 6, provido com um orifício de saída 7.

[0041] A Figura 2 ilustra uma seção transversal do dispositivo da Figura 1. São representadas ali a seção deformada 4 da parede e a seção 5 da borda do orifício. A Fig. 2 ilustra a largura L1 e a altura L2 do orifício de saída. A relação de alongamento é L1/L2.

[0042] A Figura 3 e 4 ilustram dois tipos de orifícios de saída na extremidade a jusante do tubo. Estes orifícios são produzidos como uma peça com o tubo, sem requerer um bocal separado.

[0043] A Figura 5 ilustra um dispositivo que foi produzido por um processo acordo com a presente invenção, empregando um artigo convexo com um formato esférico e em que as seções (4) têm consequentemente um correspondente formato esférico.

[0044] A Figura 6 ilustra um dispositivo tendo dois diferentes conjuntos de 3 orifícios.

[0045] Os seguintes exemplos servem para ilustrar a invenção.

[0046] Exemplo 1 [0047] O dispositivo representado na Figura 1 foi produzido da seguinte maneira. Um cilindro de aço 1 foi pego tendo um comprimento de 2600 mm, um diâmetro externo de 80 mm e uma espessura de 2 mm. Três fendas tendo uma profundidade de 12 mm foram cortadas em um plano perpendicular ao eixo geométrico do cilindro, respectivamente 450, 1300 e 2200 mm de uma de suas extremidades, compreendendo o orifício de entrada. A outra extremidade do cilindro foi provida com um bocal frustocônico tendo um orifício de saída 7 com um diâmetro de 40 mm. As seções de parede adjacentes às fendas e a jusante delas (no lado do orifício de saída 7) foram então deformadas exercendo-se uma pressão sobre ditas seções por meio de um cone de aço tendo um diâmetro de 70 mm e uma altura de 80 mm. Isto resultou nas seções de parede deformadas 4, 4’ e 4”. As dimensões de Li e l_2 foram

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14/17 e 30 mm respectivamente, resultando em um fator de forma de 2.

[0048] Este dispositivo foi então testado da seguinte maneira. Ar comprimido foi introduzido dentro do orifício de entrada 2 sob condições de modo que a velocidade do ar, medida por anemômetro de pá rotativa compacta, na entrada do tubo 1, seja sucessivamente igual a 20 e 30 m/s. As velocidades do ar deixando os orifícios de saída 4, 4’, 4” e 7 foram então medidas. Os resultados estão na Tabela 1. Eles ilustram a homogeneidade da distribuição de taxa de fluxo de ar obtida.

[0049] Tabela 1

Velocidade entrada	Velocidade saída 3 (m/s)	Velocidade saída 3’ (m/s)	Velocidade saída 3” (m/s)	Velocidade saída 7 (m/s)
20,0 m/s	24,3	23,3	22,8	22,1
30,0 m/s	33,2	31,5	28,2	30,1

[0050] Exemplo 2 [0051] O dispositivo representado na Figura 5 foi produzido de uma maneira similar. Um cilindro de aço foi pego tendo um comprimento de 2500 mm, um diâmetro externo de 168 mm e uma espessura de 2,8 mm. Três fendas tendo uma profundidade de 24 mm foram cortadas em um plano perpendicular ao eixo geométrico do cilindro, respectivamente a 450, 1200 e 1950 mm a partir de uma de suas extremidades, compreendendo o orifício de entrada. A outra extremidade do cilindro foi provida com um bocal frustocônico tendo um comprimento de 200 mm e um orifício de saída tendo um diâmetro de 75 mm. As seções de parede adjacentes às fendas e a jusante delas (no lado do orifício de saída 7) foram então deformadas exercendo-se uma pressão sobre ditas seções por meio de um quarto de uma esfera de aço, tendo um diâmetro de 130 mm. Isto resultou nas seções de parede deformadas 4, 4’ e 4”. As dimensões de Li e l_2 foram 115 e 59 mm, respectivamente, resultando em um fator de forma de 1,9.

[0052] Exemplo 3 [0053] No exemplo 3, o dispositivo representado na Figura 6 foi ainda produzido da seguinte maneira. Um cilindro de aço foi pego tendo um comprimento de 2695

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15/17 mm, um diâmetro externo de 88,9 mm e uma espessura de 2,1 mm. Uma primeira série de três fendas tendo uma profundidade de 12 mm foi cortada em um plano perpendicular ao eixo geométrico do cilindro, respectivamente a 774, 1622 e 2470 mm de uma de suas extremidades, compreendendo o orifício de entrada. Uma segunda série de três fendas tendo uma profundidade ligeiramente menor foi similarmente cortada, respectivamente a 350, 1198 e 2046 mm. A outra extremidade do cilindro foi provida com um bocal frustocônico 6, tendo um comprimento de 200 mm e um orifício de saída com um diâmetro de 40 mm. As seções de parede adjacentes às fendas e a jusante delas (no lado do orifício de saída) foram então deformadas exercendo-se uma pressão sobre ditas seções por meio de um quarto de uma esfera de aço tendo um diâmetro de 70 mm. Isto resultou nas seções de parede deformadas 4, 4’, 4” etc... Os valores de Li e l_2 foram 61 e 30 mm, respectivamente, para a primeira série de fendas, resultando em um fator de forma de aproximadamente 2. Para a segunda série de fendas, os valores de Li e l_2 foram 53 e 21, resultando em um fator de forma de 2,5.

[0054] Este dispositivo foi então testado da mesma maneira que o do exemplo 1, exceto que as velocidades na entrada do tubo foram sucessivamente iguais a 20, 30 e 40 m/s. As velocidades do ar deixando os orifícios de saída foram então medidos. Os resultados estão na Tabela 2.

[0055] Tabela 2

Velocidad	Velocidad	Velocidad	Velocidade	Velocidad	Velocidad	Velocidad
e entrada	e	e	saída 3”	e	e entrada	e entrada
(m/s)	saída 3	saída 3’	(m/s)	saída 3”’	3^iv	3^V
	(m/s)	(m/s)		(m/s)	(m/s)	(m/s)
20	17,8	16,8	16,0	16,1	14,9	14,7
30	27,9	26,0	24,2	23,9	23,4	23,1
40	37,8	34,7	32,4	32,1	31,2	31,2

[0056] A percentagem do fluxo total saindo de cada orifício é representada na

Figura 7.

[0057] Os exemplos 1 a 3 mostram o controle preciso da taxa de fluxo fora dos

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16/17 diferentes orifícios que é possível conseguir com o dispositivo acordo com a presente invenção.

[0058] Exemplo 4 [0059] O dispositivo do exemplo 1 foi testado quanto à injeção de bicarbonate de sódio no duto de gás residual de um forno de estação de força de carvão, a fim de mitigar seu teor de SO2. Após a reação do bicarbonate de sódio com o contaminante SO2, a sepaação da partícula foi realizada por um eletro-filtro. Os gases de combustão tinham as seguintes propriedades:

[0060] Taxa de fluxo média 250000 Nm³/h seco (normalizado m³ : 0 °C, 1 atmosfera), com a umidade de 5% vol. e um teor de oxigênio de 6%;

[0061] Temperatura de gás residual média 180 °C;

[0062] Teor SO2 : 800 mg/Nm³;

[0063] Teor de pó: 16 g/Nm³ [0064] Uma remoção de 68% do SO2 foi observada. Como comparação, quando o bicarbonate de sódio foi injetado, na mesma quantidade, nos mesmos gás residual e condições, porém com um tubo convencional do mesmo comprimento e diâmetro, tendo somente um orifício em sua extremidade, a percentagem de SO2 removido foi somente de 63%.

[0065] Exemplo 5 [0066] O dispositivo do exemplo 2 foi testado quanto a injeção de bicarbonate de sódio no duto de gás residual de outro forno de estação de força de carvão. As propriedades do gás residual e os resultados da mitigação SO2 são dados na tabela 4.

	Teste com tubo cortado	Teste com novo dispositivo	Unidades
Taxa fluxo gás de combustão	88513	89965	Nm3 úmido/h
O₂	7,77	10,39	% seco

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SO2	1090	1075	mg/Nm3 seco 6% 02
Remoção SO2	65%	75%
Taxa injeção bicarbonate	3	1,3	RSR
[0067] Tabela

[0068] A RSR (Relação Estequiométrica Real) é definida pela fórmula:

[0069] RSR = (Massa DSI total / massa SO2 total removida) / ISR [0070] em que:

[0071] A massa total DSI é a massa total do sorvente seco injetado;

[0072] A massa total SO2 removida é a massa total de SO2 removido pela

Injeção de Sorvente Seco (DSI) [0073] ISR é a Relação Estequiométrica Ideal (Se SO2 for removido com bicarbonate de sódio, ISR = 2,625 tons/ton SO2).

[0074] Este exemplo mostra que, utilizando-se o dispositivo acordo com a presente invenção, é possível melhorar a remoção SO2 e ao mesmo tempo reduzir por um fator de 3 a quantidade de bicarbonate de sódio que é injetado, graças à melhor homogeneidade de sua distribuição no gás residual.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo para distribuir um fluido de uma maneira controlada, em particular para distribuir um gás carregado com partículas, o dispositivo caracterizado pelo fato de compreender um tubo (1) que é composto de uma peça e provido com pelo menos um orifício de entrada (2) e com uma série de orifícios de saída (3) espalhados ao longo do tubo (1) e colocados na parede lateral deste tubo, em que o tubo tem uma extremidade a jusante aberta, atuando como orifício de saída suplementar (7), cujo diâmetro é menor do que o diâmetro do tubo e em que pelo menos uma seção deformada (4) da parede do tubo, localizada a jusante de pelo menos um orifício de saída (3) e limitada por uma seção (5) da borda deste orifício (3), tem um formato côncavo de modo que esta seção (5) da borda deste orifício (3) é posicionada dentro do tubo (1), de modo que, quando o dispositivo estiver em serviço, a direção do fluxo do fluido saindo por este orifício (3) e deslocando-se ao longo de dita seção de parede (4) é controlada pelo formato da última seção.
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o tubo (1) ser de formato cilíndrico, uma extremidade do tubo compreendendo um orifício de entrada (2) e a extremidade a jusante do tubo sendo provida com um bocal (6) compreendendo o orifício de saída (7).
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o tubo tem uma forma cilíndrica.
4. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de todas as seções deformadas (4) da parede do tubo são localizadas a jusante de todos os orifícios de saída (3) dispostos na parede lateral do tubo (1).
5. Processo para distribuir um fluido em um espaço de uma maneira controlada, caracterizado pelo fato de que o dispositivo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, é colocado em dito espaço e um fluido, preferivelmente um gás carregado com partículas, é introduzido dentro de pelo menos um orifício de entrada (2) do dispositivo, o formato côncavo de pelo menos uma das seções de parede deformadas (4), limitada por pelo menos um orifício de saída do dispositivo sendo adaptada ao posicionamento do dispositivo no espaço, de modo que a direção do fluido deslocando-se ao longo das seções de parede torna possível obter-se a desejada distribuição.

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6. Processo de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de o fluido ser um gás carregado com partículas sólidas tendo um diâmetro médio Dso maior do que 100 pm.
7. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o fluido ser um gás carregado com partículas sólidas tendo um diâmetro médio Dso menor do que 50 pm.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de as partículas sólidas compreenderem uma composição destinada para tratamento de gás residual.
9. Processo para fabricar um dispositivo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que de acordo com o qual pelo menos uma fenda é perfurada substancialmente perpendicular ao comprimento de um tubo provido com pelo menos um orifício de entrada e uma pressão é exercida sobre a seção da parede de tubo adjacente à borda a jusante da fenda, a fim de deformar a seção da parede a fim de colocar a borda a jusante dentro do tubo.
10. Processo de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de a pressão ser exercida por meio de um artigo de formato convexo, de modo que a deformação da parede pelo menos parcialmente adota o formato externo do artigo.
11. Processo de acordo com a reivindicação 5, em que o processo é um processo de tratamento de gás combustível, caracterizado pelo fato de um dispositivo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4 ser colocado dentro de uma combustão, através da qual o gás de combustível a ser tratado desloca-se, uma corrente de gás carregada com partículas reagentes ser introduzida dentro do orifício de entrada do tubo, a fim de distribuí-lo homogeneamente na combustão, as partículas reagirem com o gás residual a fim de tratá-lo e o gás residual tratado ser então submetido a uma filtragem, a fim de separá-lo das partículas.
12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o reagente compreender bicarbonate de sódio ou trona.