PT2192977E

PT2192977E - Anel de suporte para acomodar um elemento do tipo placa num recipiente

Info

Publication number: PT2192977E
Application number: PT87856480T
Authority: PT
Inventors: Karl-Heinz Daum; David Cachero Ventosa; Wolfram Schalk
Original assignee: Outotec Oyj
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2013-06-27
Also published as: US8603409B2; BRPI0817691B1; CA2696595A1; TN2010000034A1; AU2008302798B2; BRPI0817691A2; ZA201000486B; DE102007045872B4; DE102007045872A1; EG25673A; CN101801523B; PL2192977T3; US20100209320A1; ES2420606T3; DK2192977T3; WO2009039922A8; EA201000541A1; CA2696595C; EP2192977B1; CN101801523A

Description

DESCRIÇÃO

Anel de suporte para acomodar vim elemento do tipo placa num recipiente

Este invento refere-se a um anel de suporte para a acomodar um elemento do tipo placa num recipiente, em particular um tabuleiro ou placa de separação num conversor para a produção de S03 a partir de gás contendo S02, em que o elemento do tipo placa assenta num suporte ligado à parede do recipiente.

No conversor de uma fábrica de ácido sulfúrico, dióxido de enxofre (S02) é convertido em trióxido de enxofre (S03) por meio de um catalisador. 0 gás contendo dióxido de enxofre é introduzido no conversor em conjunto com o oxigénio, guiado através de uma pluralidade de fases de contacto ou tabuleiros do conversor dispostos um após o outro, e pelo menos parcialmente convertido em trióxido de enxofre por oxidação catalítica. A reacção do dióxido de enxofre em trióxido de enxofre é fortemente exotérmica, pelo que permutadores de calor são proporcionados entre as fases de contacto individuais, para dissipar o calor produzido. Para se conseguir uma construção compacta, um ou mais permutadores de calor são muitas vezes formados dentro do conversor, e os tabuleiros de contacto estão dispostos angularmente em torno do tubo central que acomoda os permutadores de calor. A construção e operação de um conversor estão descritas por exemplo, na Encyclopedia of Industrial Chemistry, de Ullmann, 5a edição, volume A25, páginas 649-653.

As fases de contacto individuais do conversor estão separadas uma da outra por placas de separação. Nas fases de contacto, o catalisador, contendo normalmente pentóxido de 1 vanádio como componente activo, é disposta nos chamados tabuleiros. Os conversores para produção de trióxido de enxofre são geralmente muito grandes, por razões económicas. Por exemplo, o recipiente pode ter um diâmetro de 15 m. Com um diâmetro do tubo central de 7 m, uma largura anular de 4 m é assim obtida para os tabuleiros que transportam o catalisador. É bastante óbvio que, devido ao peso do catalisador, à perda de pressão do gás de processo e às altas temperaturas existentes no conversor, é exercida uma elevada carga nos tabuleiros, o que leva a uma deformação plástica. Em geral, considera-se, por exemplo, no caso do aço austenitico, que um alongamento de cerca de 30% conduz a ruptura. Para evitar uma deformação excessiva e ruptura dos tabuleiros, é necessário um endurecimento. Para este efeito, uma estrutura de grelha é geralmente incorporada no conversor, na qual as bandejas configuradas como placas perfuradas são dispostas, que são atravessadas pelo gás de processo. Devido à elevada temperatura provocada pela reacção exotérmica, que por exemplo na primeira fase de contacto é de cerca de 625° C, é necessária a utilização de aços inoxidáveis caros para os tabuleiros que transportam o catalisador e para as placas de separação entre as fases de contacto. Uma vez que a estrutura de grelha também deve ser feita em aço inoxidável devido às elevadas temperaturas, e deve ter uma espessura suficiente para suportar o peso do catalisador, atingem-se pesos elevados e, consequentemente, custos para estas inserções de caldeira. O documento GB 924 157 revela uma grelha para suportar materiais de embalagem em colunas de enchimento, em que a coluna compreende uma constrição. Na constrição, é reforçado um suporte que apoia os elementos da grelha. 2

Um objecto do invento consiste em optimizar o consumo de material para a fabrico de um conversor de ácido sulfúrico.

Este objecto é resolvido substancialmente com as caracteristicas das reivindicações 1 e 2.

Quando o tabuleiro está agora carregado e deflectido pelo catalisador aplicado e pela perda de pressão do gás de processo, isto leva a uma deformação plástica do tabuleiro. Mas antes de o tabuleiro deformado atingir o limite de alongamento permitido de cerca de 15 vezes o alongamento elástico, a deformação plástica do tabuleiro é limitada por encosto ao suporte. No final deste intervalo de suporte, uma deformação da chapa começando no zero pode eventualmente começar de novo. Através de uma inclinação correspondente do suporte, pode conseguir-se, além disso, uma transição definida a partir da tensão de flexão para uma mera tensão de tracção, para cuja tensão de tracção existem valores limite de carga claramente maiores. 0 invento permite, assim, uma plasticidade restrita do tabuleiro suportado (dobradiça plástica), para converter selectivamente a tensão de flexão para uma tensão de tracção da membrana.

Se, como é prática comum em conversores convencionais, o elemento do tipo placa constituir um anel circular que, no seu interior, assenta num segundo suporte, a superfície de suporte superior do segundo suporte também está inclinada para baixo em relação à horizontal, de acordo com um aspecto do invento. 0 tabuleiro pode, assim, ser suportado em ambos os lados.

De acordo com um aspecto preferido do invento, a superfície de suporte superior é curvada para baixo. Seleccionando de forma correspondente a curvatura, é possível, por assim dizer, "seguir" a linha física da deformação plástica da chapa, para se conseguir um alongamento máximo admissível. 3

De acordo com um aspecto particularmente preferido do invento, a superfície de suporte superior tem pelo menos dois raios sucessivos de diferentes grandezas. Como resultado, pode conseguir-se uma transição suave entre as zonas individuais de curvatura, em que uma aresta que pode causar potencialmente uma ruptura do elemento do tipo placa é evitada na zona de transição entre os raios.

De acordo com o invento, a grandeza dos raios diminui prosseguindo do raio mais próximo da parede do recipiente para os raios localizados mais afastados (RI > R2> ...> Ri > ... Rn) . Quando se utilizam dois raios, o primeiro raio situado próximo da parede do recipiente pode definir a curvatura do elemento do tipo placa, enquanto que o segundo raio, que está mais afastado da parede e menor, serve a separação da placa do suporte.

Num conversor do tamanho habitual, o raio mais próximo da parede do recipiente está compreendido num intervalo de 500 a 900 mm, de preferência de 600 a 800 mm e é, em particular, de cerca de 700 mm de acordo com o invento . Os raios que se sucedem aos raios mais próximos da parede do recipiente estão compreendido num intervalo entre 300 e 700 milímetros, de preferência 400 e 600 mm e é, em particular, de cerca de 500 mm, de acordo com o invento. Estes valores devem ser adaptados, naturalmente, ao tamanho do recipiente que acomoda o elemento do tipo placa. É claro que é também possível adaptar a flexão da deformação elástica à curvatura física/mecânica do elemento do tipo placa. Em vez de se adaptar os raios, esta também pode, por exemplo, ser efectuada utilizando uma geometria curva, tal como um ciclóide. 4

Noutra forma de realização do presente invento, a superfície de suporte superior do suporte está inclinado para baixo. Em particular, quando não há cargas muito elevadas a actuar sobre o elemento do tipo placa, por exemplo, no caso das placas de separação no conversor, o suporte gradual da placa de deflexão por meio de uma pluralidade de zonas adjacentes de diferente curvatura pode ser omitido, e ser apenas proporcionada uma superfície de suporte direita. Desta forma, os custos de fabrico do suporte podem ser ainda reduzidos. Neste caso, o ângulo de inclinação da superfície de suporte superior é, de preferência, de cerca de 4 a 9o, em particular de cerca de 6 a 7o, para se conseguir uma transição definida a partir da tensão de flexão da placa de deflexão para uma mera tensão de tracção.

Se, por exemplo, no caso de placas de separação de um conversor uma carga actuar na chapa a partir de baixo devido à pressão do gás, a chapa pode assentar contra o suporte a partir de baixo num aspecto alternativo do invento, e o dito suporte pode ter uma superfície de contacto inferior que está inclinada para cima em relação à horizontal. A configuração desta superfície de contacto é efectuada de forma semelhante à configuração da superfície de contacto descrita acima. Como resultado, a superfície de suporte/contacto recua na direcção da força exercida sobre a chapa em ambas as formas de realização, de modo a permitir uma deformação plástica da chapa.

De acordo com o invento, um suporte uniforme do elemento do tipo placa na parede do recipiente é alcançado por o suporte ser um anel que se estende em torno da parede interna do recipiente. No lado oposto da placa, um suporte correspondente 5 da placa é, naturalmente, proporcionado, por exemplo, um anel exterior que se estende em torno do tubo central do conversor.

De acordo com o invento, a ligação entre o suporte e o elemento do tipo placa pode ser melhorada através da formação no mesmo de furos para os parafusos de fixação. Através destes parafusos de fixação, o suporte e o elemento do tipo placa podem ser soldados, rebitados ou aparafusados entre si. A ligação também pode naturalmente ser melhorada através de outras possibilidades de fixação, por exemplo, ranhuras, costuras ou chanfros.

Além disso, pode ser proporcionado, de acordo com o invento, que o suporte seja suportada a partir de baixo por meio de um cone de suporte ou de uma barra de suporte.

De acordo com outra forma de realização, um cone de suporte ou barra de suporte ligado à parede do recipiente apoia-se no elemento do tipo placa a partir de cima, para a manter no suporte. A ligação entre a parede do recipiente, cone de suporte ou barra de suporte, suporte e placa é feita, de preferência, por soldadura.

Os desenvolvimento, vantagens e aplicações possíveis do invento também podem ser tirados a partir da descrição seguinte de formas de realização e do desenho. Todas as características descritas e/ou ilustradas, per se ou em qualquer combinação, formam o objecto do invento, independente da sua inclusão nas reivindicações ou da sua referência.

No desenho: a figura 1 ilustra esquematicamente um conversor para a conversão de SO2 em SO3, 6 a figura 2 ilustra esquematicamente o suporte de uma placa numa parede de recipiente de acordo com o invento, as figuras 3 a 7 ilustram variantes do anel de suporte de acordo com o invento, e a figura 8 ilustra o anel de suporte do invento de acordo com outra forma de realização. A caldeira de contacto (conversor, por exemplo) para a conversão de S02 em SO3, tal como está ilustrado na figura 1, inclui um total de quatro fases de contacto (tabuleiros) Kl a K4, em que um catalisador contendo em particular pentóxido de vanádio é proporcionado, para converter o dióxido de enxofre em trióxido de enxofre. 0 gás de processo contendo S02 é fornecido ao conversor 1 através de uma conduta 2, gás de processo esse que atravessa as fases de contacto Kl e K2 ao ser aquecido em permutadores de calor interno WT. AS fases de contacto Kl a K4 estão dispostas de forma anular em torno de um tubo central 3 que serve o fornecimento de gás e a acomodação dos permutadores de calor WT.

Através de uma conduta 4, o gás contendo S03 obtido é fornecido a um sistema de recuperação de calor, não ilustrado, e à absorção intermédia, para remover a maior parte de trióxido de enxofre do gás de processo. Através de uma conduta 6, o gás de processo contendo S02 é fornecido à parte superior do conversor 1 e atravessa as fases de contacto K3 e K4, antes de ser fornecido a um sistema de recuperação de calor, não ilustrado, e à absorção final, através de uma conduta 7. De certa forma, este é o design convencional do conversor de uma fábrica de ácido sulfúrico. 0 catalisador das fases de contacto Kl a K4 é suportado em tabuleiros 8 feitos em aço inoxidável. Cada um dos tabuleiros 8 7 constitui um anel circular em torno do tubo central 3. As fases de contacto Kl a K4 estão separadas uma da outra por meio de placas de separação 9 feitas em aço inoxidável.

Tal como está ilustrado mais claramente na figura 2, um suporte 11 é proporcionada na parede interior 10 do conversor 1, na qual um tabuleiro 9 é suportado. O suporte 11 consiste num anel de suporte, que se estende em torno de toda a circunferência interior do conversor 1. No lado de fora do tubo central 3, um suporte circunferencial é proporcionado de uma forma correspondente, não ilustrada aqui, sobre a qual assenta o tabuleiro em forma de anel 9. Por conseguinte, o tabuleiro 9 é suportado de forma anular no interior e no exterior. A superfície de suporte 12 do suporte 11, sobre a qual assenta a bandeja 8, está inclinado para baixo em relação à horizontal, prosseguindo da parede interior 10 do conversor 1. Aqui, a superfície de suporte 12 tem dois raios sucessivos RI e R2, de grandeza diferente. O raio Rl, que está mais próximo da parede de recipiente 10, é maior do que o raio R2 localizado mais para o interior. A grandeza dos raios Rl, R2 é escolhida em função do tamanho do conversor 1, das características de material do tabuleiro 8 e da carga aplicada pelas fases de contacto Kl a K4, para que uma deformação plástica do tabuleiro 8 seja limitada por encosto contra o suporte 11, antes de a deformação atinqir um valor limite na quantidade de 10 a 20 vezes a deformação elástica. Nos conversores vulgarmente utilizados, o raio Rl está compreendido num intervalo de 500-900 mm, de preferência 600 a 800 mm e é, em particular de cerca de 700 mm. O raio R2 encontra-se compreendido geralmente no intervalo de 300 a 700 milímetros, de preferência de 400 a 600 mm e é, em particular de cerca de 500 mm. Na extremidade livre do suporte 11, é proporcionado um raio R3, para evitar uma 8 aresta viva que poderia provocar uma ruptura do tabuleiro 8. É possível proporcionar uma pluralidade de raios RI a Rn na superfície de suporte 12 do suporte 11, para prevenir a deformação da bandeja 8 num número correspondente de n fases, com RI > R2> ... > Ri > ... > Rn.

As figuras 3 a 7 ilustram diferentes variantes do anel de suporte do invento, que provocam um suporte adicional da ligação entre a parede de recipiente 10, o suporte 11 e tabuleiro 8.

Na fig. 3, o suporte 11 é suportada a partir de baixo por uma barra de suporte 13, que é reforçada contra a parede 10 do conversor 1.

Na variante representada na figura 4, uma barra de suporte 14, ligado com a parede 10 do conversor 1, assenta no tabuleiro 8 a partir de cima.

Na variante representada na figura 5, uma placa de fixação lisa 15 é proporcionada por cima do tabuleiro 6, que a retém no suporte 11.

Na variante ilustrada na figura 6, são formados furos atravessantes 16 e 17 no suporte 11 e tabuleiro 8, respectivamente, através dos quais se estende um parafuso de fixação 18 que é soldada ao tabuleiro 8 e suporte 11.

Na variante representada na figura 7, um parafuso de montagem 19 prolonga-se através dos furos atravessantes 16, 17, para que o suporte 11 e o tabuleiro 8 sejam aparafusados entre si.

Deve notar-se que os furos atravessantes 16, 17 e os parafusos de fixação 18 ou cavilhas 19 que se estendem através dos furos são proporcionados em inúmeras posições no suporte 11 ou tabuleiro 8, que são, de preferência, distribuídas uniformemente na circunferência do conversor 1. 9

Deverá também notar-se que nas variantes ilustradas nas figuras 5 a 7, a barra de suporte 13, 14 podem também ser proporcionada por cima e/ou por baixo do suporte 11. A barra de suporte 13, 14 pode também constituir uma placa que se estende em torno da circunferência do conversor 1, que é soldada à parede 10 do conversor 1 e ao suporte 11 ou tabuleiro 8. A figura 8 ilustra uma outra variante da configuração do suporte, que pode ser proporcionada, em particular, para a utilização para apoiar as placas separadoras 9 entre as fases de contacto Kl a K4 do conversor 1.

Na forma de realização ilustrada na figura 8, a superfície de suporte 12 do suporte 11a tem uma inclinação para baixo que segue da parede interior 10 do conversor 1 num intervalo de 4 a 9o, de preferência de 5 a 80 e, em particular, de 6 a 7o. Neste caso, o anel de suporte inclinado 11 forma uma tangente à placa de separação 9, quando esta é deformada devido às elevadas temperaturas e às pressões no recipiente 1. Também pode ser previsto que a placa de separação 9 já seja proporcionada com uma pré-curvatura, para que o passo de deformação plástica inicial da placa de separação 9 possa ser omitida e as tensões sejam convertidos directamente numa tensão de tracção devida ao o efeito de tangente da placas de suporte 11a.

Cada uma das figuras mostram formas de realização nas quais a superfície de suporte 12, 12a para os tabuleiros 8 ou placas de separação 9 está inclinada para baixo. Estas formas de realização são adequados, em especial, para aplicações em que a carga de pressão é exercida nas chapas 8, 9 a partir de cima. Por outro lado, se uma carga actuar na chapa a partir de baixo, por exemplo no caso das placas de separação 9 de um conversor, a chapa pode assentar contra o suporte a partir de baixo de uma maneira não ilustrada aqui, e a superfície de 10 suporte inferior do suporte pode recuar para cima em relação à horizontal, para permitir uma deformação plástica da chapa na direcção da força exercida na chapa. A configuração desta superfície de contacto é efectuada de forma semelhante à configuração da superfície de suporte 12, 12a acima descrita.

Como resultado da ideia do invento para parar a deformação plástica do elemento do tipo placa por encosto contra o suporte 11, 11a e converter substancialmente completamente as tensões de flexão em tensões de tracção, pode conseguir-se uma deformação muito menor do sistema. Um suporte adicional do tabuleiro por meio de uma estrutura de grelha pesada e dispendiosa pode ser omitido. Com igual segurança pode conseguir-se, assim, uma considerável poupança de material.

Por meio do invento, pelo menos 70% do material pode ser poupado omitindo-se a estrutura de grelha que suportar o tabuleiro.

Lista de números de referência: 1 conversor 2 conduta 3 tubo central 4 conduta 5 conduta 6 conduta 7 conduta 8 tabuleiro 9 placa de separação 10 parede 11, 11a suporte 12, 12a superfície de suporte 11 13 14 15 16 17 18 19 barra de suporte barra de suporte placa de retenção furo atravessante furo atravessante parafuso de fixação parafuso

Kl a K5 fases de contacto WT permutador de calor

Lisboa, 19 de Junho de 2013. 12

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Recipiente compreendendo um elemento do tipo placa (8, 9), em particular um tabuleiro (8) ou uma placa de separação (9) num conversor (1) para a produção de SO3 a partir de gás contendo SO2, e um anel de suporte para acomodar o elemento do tipo placa (8, 9), em que o elemento do tipo placa (8, 9) assenta num suporte (11, 11a) ligado à parede (10) do recipiente (1), em que o suporte (11, 11a) tem uma superfície de suporte superior (12, 12a), que é inclinada para baixo em relação à horizontal, e em que o elemento do tipo placa (8, 9) constitui um anel circular, que no seu interior assenta num segundo suporte (11, 11a).
2. Recipiente compreendendo um elemento do tipo placa (8, 9), em particular um tabuleiro (8) ou uma placa de separação (9) num conversor (1) para a produção de SO3 a partir de gás contendo SO2, e um anel de suporte para acomodar o elemento do tipo placa (8, 9), em que o elemento do tipo placa (8, 9) assenta por baixo de um suporte (11, 11a) ligado à parede (10) do recipiente (1), em que o suporte (11, 11a) tem uma superfície de suporte inferior que está inclinada para cima em relação à horizontal, e em que o elemento do tipo placa (8, 9) constitui um anel circular, que no seu interior assenta por baixo de um segundo suporte (11, 11a) .
3. Recipiente de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o segundo suporte (11, 11a) ter uma superfície de suporte superior (12, 12a) que está inclinada para baixo em relação à horizontal. 1
4. Recipiente de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o segundo suporte (11, 11a) ter uma superficie de contacto inferior que está inclinada para cima em relação à horizontal.
5. Recipiente de acordo com as reivindicações 1 ou 3, caracterizado por a superficie de suporte superior (12) ser curvada para baixo.
6. Recipiente de acordo com as reivindicações 2 ou 4, caracterizado por a superficie de contacto inferior ser curvada para cima.
7. Recipiente de acordo com as reivindicações 5 ou 6, caracterizado por a superficie de suporte superior (12) ou a superficie de contacto inferior ter pelo menos dois raios sucessivos (Rl, R2, R3, ...) de grandeza diferente, em que, de preferência, a grandeza dos raios (Rl, R2, R3, ...) diminui prosseguindo do raio (Rl) mais próximo da parede (10) do recipiente (1) para os raios (R2, R3, ...) localizados mais afastados.
8. Recipiente de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o raio (Rl) mais próximo da parede (10) do recipiente (1) se encontrar compreendido no intervalo de 500-900 mm, em que de preferência o raio (R2) que sucede ao raio (Rl) mais próxima da parede (10) do recipiente (1) estar compreendido no intervalo de 300 a 700 mm. 2
9. Recipiente de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o ângulo de inclinação (a) da superfície de suporte superior (12a) ser de cerca de 4 a 9o .
10. Recipiente de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o suporte (11, 11a) ser um anel que se estende em torno da parede (10) do recipiente (D .
11. Recipiente de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por furos atravessantes (16, 17) para parafusos de fixação (18, 19) serem formadas no suporte (11, 11a) e no elemento do tipo placa (8, 9).
12. Recipiente de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o suporte (11, 11a) ser soldado e/ou aparafusado ao elemento do tipo placa (8, 9).
13. Recipiente de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o suporte (11, 11a) ser suportado por baixo por uma barra de suporte (13) ou um cone de suporte (13) que é reforçado contra a parede (10) do recipiente (1).
14. Recipiente de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por uma barra de suporte (14) ou um cone de suporte (14) ligada com a parede (10) do recipiente (1) se apoiar no elemento do tipo placa (8, 9) por cima. Lisboa, 19 de Junho de 2013. 3