MX2013012678A - Un ensamble de calentamiento por induccion electrica. - Google Patents
Un ensamble de calentamiento por induccion electrica.Info
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Abstract
La invención describe un ensamble de calentamiento por inducción eléctrica que comprende una bobina de calentamiento por inducción que rodea y se aísla térmicamente de una cámara cilíndrica cerrada concéntrica que tiene una entrada y una salida. Un elemento eléctricamente conductivo se ubica dentro de o forma parte de la cámara. La cámara incluye medios para distribución uniforme de material que será calentado en la cámara. Un cuerpo de medio de agitación discreto se contiene dentro de la cámara. El cuerpo de medio de agitación discreto comprende típicamente bolas de acero.
Description
UN ENSAMBLE DE CALENTAMIENTO POR INDUCCIÓN ELÉCTRICA
CAMPO DE LA INVENCIÓN
Esta invención se refiere al calentamiento de fluido y gas en línea y más particularmente a un sistema de craqueo térmico para el craqueo de hidrocarburos líquidos . También tiene aplicaciones en el campo de pirólisis, el tratamiento de líquidos y sólidos en múltiples industrias, y el calentamiento de líquidos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Se utiliza el calentamiento por inducción eléctrica en muchas industrias para convertir la energía eléctrica en calor y transferir este calor a un compuesto, . artículo o medio. Se utiliza, por ejemplo, para calentar fluidos en la industria de los alimentos . Los problemas con tales instalaciones incluyen típicamente el costo, tamaño y eficiencia del equipo, lo cual limita sus aplicaciones.
Una aplicación específica adicional de una industria en donde se requiere calentamiento es la industria de craqueo térmico. El craqueo térmico se conoce bien y se han desarrollado diferentes procesos para este propósito. Es un proceso por el cual las moléculas orgánicas complejas se descomponen en moléculas más simples, tales como hidrocarburos ligeros, por el craqueo de los enlaces de
carbono-carbono en los precursores.
Los problemas con los sistemas de craqueo térmico convencionales incluyen típicamente el costo, tamaño y eficiencia del equipo de calentamiento, lo cual limita la utilidad de las tecnologías de craqueo . térmico convencionales.
OBJETO DE LA INVENCIÓN
Es un objeto de la presente invención proporcionar un ensamble que se acciona eléctricamente en forma directa para dar una capacidad de calentamiento controlada.
COMPENDIO DE LA INVENCIÓN
De acuerdo con esta invención, se proporciona un ensamble de calentamiento por inducción eléctrica que comprende una bobina de calentamiento por inducción eléctrica que rodea al menos parcialmente y se aisla térmicamente de una cámara cilindrica cerrada que tiene una entrada y una salida, un elemento eléctricamente conductor ubicado dentro o formando parte de la cámara, medios para la distribución uniforme de material para calentarse en la cámara y un cuerpo de los medios de agitación discreta contenidos dentro de la cámara .
Además, se prevé que el ensamble de calentamiento incluya los medios de presurizacióri para la cámara, de
preferencia en la forma de válvulas de control de presión en un circuito de procesamiento al cual la cámara se conecta operativamente, de mayor preferencia en la forma de válvulas de control de presión próximas a la entrada y salida de la cámar .
Además, se prevé que el medio de agitación ser eléctricamente conductor y que forme un elemento eléctricamente conductor dentro de la cámara, y de preferencia también para la cámara que sea eléctricamente conductora, alternativamente para la cámara que no es eléctricamente conductora.
Aún más, se prevé que la entrada se ubique próxima al primer extremo de la cámara y que la salida se ubique próxima a un segundo extremo de la cámara.
Además, se prevé que el aislamiento térmico entre la bobina de calentamiento por inducción y la cámara comprenda una protección térmica, y además que el ensamble de calentamiento incluya el aislamiento térmico alrededor de la bobina de calentamiento, de preferencia en la forma de una protección térmica o un aislante de cerámica ubicado alrededor de la bobina de calentamiento, y además de preferencia contenido en un alojamiento dentro del cual se encuentra contenido el ensamble.
Además, se prevé que el ensamble de intercambiador térmico comprenda un ensamble de cámara de craqueo térmico, y
además, que el medio de distribución uniforme comprenda un árbol axial giratorio que lleve al menos una paleta de agitación radial y que un motor de accionamiento se monte adyacente a la cámara y se conecte al árbol, y de preferencia que el árbol y la paleta sean eléctricamente conductores para proporcionar elementos eléctricamente conductores adicionales dentro de la cámara.
Aún más, se prevé que el árbol incluya un conducto al cual la entrada se conecta alrededor de una trayectoria de flujo de líquido, y que el conducto tenga aberturas de salida longitudinalmente separadas en la cámara.
Las características adicionales de esta invención prevén que el medio de agitación sea de acero, de preferencia bolas de acero, de preferencia adicional bolas de acero inoxidable, alternativamente un medio en partículas abrasivas, de preferencia un medio eléctricamente conductor, alternativamente un medio eléctricamente no conductor.
Aún más, se prevé que la salida incluya un transportador de tornillo.
De acuerdo con una característica adicional de la invención, se prevé que los medios de distribución uniforme comprendan una jaula cilindrica complementariamente conformada a las dimensiones internas de la cámara y asegurada a un árbol axial giratorio conectado a un motor de accionamiento montado adyacente a la cámara, con la jaula que
contiene el cuerpo de los medios de agitación discretos.
Aún más, se prevé que la cámara comprenda una cámara cilindrica circular recta.
Esta invención también proporciona un método para calentar un líquido, de preferencia craquear térmicamente el líquido, que comprende calentar el medio eléctricamente conductor por un líquido que se calienta, de preferencia se craquea, por inducción en una cámara que tiene una entrada y una salida, que recibe el líquido y que tiene un cuerpo de medio de agitación agitado en la cámara, que mantiene la cámara presurizada, el líquido se introduce en la cámara a través de la entrada y el producto calentado se recolecta a través de la salida de la cámara.
Además, se prevé que el método incluya la recolección del producto craqueado a través de una salida desde la cámara y que material sólido formado durante el craqueo se transporte a y se remueva de la salida de la cámara por agitación del medio.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La invención se describe en detalle en lo siguiente donde se hace referencia a los dibujos diagramáticos anexos en los cuales:
La figura 1 muestra una vista en sección transversal diagramática de una cámara de craqueo térmico de
acuerdo con la invención; y
la figura 2 muestra una vista en primer plano de parte de la Figura 1.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Una modalidad preferida de la invención comprende un ensamble de cámara de craqueo térmico, el cual se utiliza para craquear petróleo, tal como se utiliza en el petróleo industrial, y similares para producir combustibles y subproductos valiosos y utilizables.
Como se ilustra un ensamble (1) de craqueo térmico incluye una cámara (2) de craqueo la cual puede construirse de un cilindro (3) de acero inoxidable que tiene miembros (4, 5) de cierre de extremo. Otros materiales que incluyen vidrio, cerámica, y grafito adecuados pueden utilizarse para el cilindro (3) . La cámara (2) forma parte de un ensamble que incluye una protección (6) aislante térmica envuelta alrededor del cilindro (3) y separada radialmente del mismo se encuentra una bobina (7) de calentamiento por inducción. La protección (6) minimiza la pérdida de calor de la cámara (2) . Una protección (8) de aislamiento térmico adicional se envuelve alrededor de la bobina (7) de calentamiento, y se encierra en un alojamiento (9) , el cual contiene la cámara (2), la bobina (7) de calentamiento y las protecciones (6, 8) aislantes térmicas. La bobina (7) de calentamiento por
inducción se ubica concéntrica con la cámara (2) para optimizar el calentamiento.
La bobina (7) de calentamiento por inducción se conecta eléctricamente a un generador de energía de 50 kw ubicado distante del ensamble.
Se proporciona una entrada (10) en un extremo de la cámara (2) y una salida (11) en el extremo opuesto. Un árbol (12) se extiende a través de un extremo de la cámara (2) , en este ejemplo el extremo de entrada (10) . El árbol (12) se asegura a un motor (13) de accionamiento eléctrico por medio de un acoplamiento (14) . El árbol (12) se extiende a través de un conjunto de sellos (15) a base de grafito o cerámica y cojinetes (16) en la cámara (2) . El árbol (12) incluye una pluralidad de paletas (17) que se extienden radialmente separadas a lo largo de su longitud dentro de la cámara (2) . Las paletas (17) se extienden radialmente desde el árbol a la proximidad de la superficie interior de la cámara (2) .
La unidad (13) se ubica distante de la cámara (2) por medio del acoplamiento (14) . Éste ubica la unidad (13) lejos del calor que emana de la cámara (2) durante la operación, lo cual proporciona protección adecuada contra la inducción de corriente de turbulencia inducida y el calor generado durante el proceso de craqueo. El acoplamiento rígido también asegura que el árbol gira centrado dentro de la cámara (2) durante la operación.
La cámara (2) se llena alrededor del árbol (12) con bolas (18) de acero inoxidable. El extremo de salida (11) de la cámara incluye un filtro (19) en la forma de una placa perforada para retener las bolas (18) dentro de la cámara (2) . Las aberturas en el filtro (19) son más pequeñas que el diámetro de los cojinetes (18) de bolas. Puesto que las bolas
(18) experimentan desgaste durante el funcionamiento de la cámara dará servicio a intervalos regulares, durante el cual las bolas (18) usadas con el tiempo se removerán antes de que se desgaste lo suficiente para pasar a través del filtro
(19) . Los materiales sólidos generados en el proceso de craqueo pueden pasar a través del filtro (19) hasta la salida para extracción.
Las bolas (18), el árbol (12), las paletas (17) y la cámara (2) todas son eléctricamente conductoras lo cual significa que se calientan como resultado de la inducción. Este calor se transfiere al petróleo que pasa a través de la cámara (2) .
El ensamble (1) , que incluye su unidad (13) se ubica operativamente en línea en un proceso de craqueo térmico. El petróleo utilizado se bombea en la cámara (2) donde se somete a calentamiento presurizado. El petróleo puede calentarse a alrededor de 280°C y 800°C y someterse a presiones tan altas como 28 bares. Típicamente, la cámara se mantiene presurizada, lo cual significa que se mantendrá por
arriba de la presión atmosférica. La cámara se presuriza por las válvulas de control de presión en los pasajes de entrada y salida a la cámara, lo cual entre ellos mantienen la cámara presurizada.
El calentamiento presurizado resulta en el craqueo térmico del petróleo en una forma conocida. El craqueo produce productos líquidos y sólidos. Los sólidos se remueven de la cámara por medio de la agitación por los cojinetes (18) de bolas, los cuales mueven los sólidos a través de la salida (11) . La salida se proporciona con un transportador de tornillo para facilitar el movimiento de los sólidos lejos de la cámara (2) .
Los productos sólido y líquido del craqueo se tratan adicionalmente utilizando técnicas conocidas para el craqueo térmico, que incluye la evaporación, condensación y separación.
La cámara (2) también puede proporcionarse con una entrada de gas inerte para optimizar el proceso de craqueo.
Las dimensiones de la unidad pueden hacerse para adaptar las aplicaciones particulares y una modalidad práctica puede tener, una longitud de cilindro de alrededor de 100 cm y un diámetro de alrededor de 14-20 cm. El ensamble puede aumentarse gradualmente al incrementar su diámetro y/o su longitud. El método preferido para aumentar gradualmente sería incrementar el diámetro puesto que incrementar la
longitud pone mayor presión sobre el árbol (12) y la unidad (13) , y se hace más difícil evitar que el árbol se doble durante la operación, lo cual no se desea puesto que puede provocar que las paletas se enganchen . sobre la superficie interna de la cámara (2) .
Lo anterior ilustra que el ensamble se compacta y no debe exceder la masa requerida para calentar eficientemente el petróleo utilizado introducido en el sistema a la temperatura requerida.
Una instalación específica de una unidad de craqueo como se describe en lo anterior se modificará para la aplicación particular y tales modificaciones se encontrarán dentro de la capacidad de aquellos con experiencia en la técnica. También se apreciará por aquellos con experiencia en la técnica que la invención descrita puede adaptarse para su uso en intercambiadores térmicos, calderas y procesos de pirólisis.
Se apreciará que la modalidad descrita en lo anterior se da a modo de ejemplo solamente y no se pretende limitar el alcance de la invención y su protección. Por ejemplo, es posible incluir una jaula dentro y concéntrica con la cámara, con el árbol estando asegurado a la jaula. La jaula contendrá el medio de agitación, típicamente el cojinete de bolas, y podrá girar por medio del árbol. Esto eliminará la necesidad del filtro y posiblemente también las
paletas .
Se incluyen alternativas adicionales para la cámara que se hace de cerámica, para las bolas que forman el medio de agitación para comprender las bolas de acero. La salida puede operarse sin un transportador de tornillo adaptado a
Claims (19)
1. Un ensamble de craqueo térmico y de calentamiento por inducción eléctrica caracterizado porque comprende una bobina de calentamiento por inducción que rodea y que se aisla térmicamente de una cámara cilindrica concéntricamente cerrada que tiene una entrada y una salida, un elemento eléctricamente conductor ubicado dentro o que forma parte de la cámara, medios para distribución uniforme de material que se calienta y se craquea térmicamente en la cámara y un cuerpo del medios de agitación discreto contenido dentro de la cámara.
2. El ensamble de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye medio de presurización para la cámara, de preferencia en la forma de válvulas de control de presión en un circuito de procesamiento al cual se conecta operativamente la cámara, de mayor preferencia en la forma de válvulas de control de presión próximas a la entrada y salida de la cámara
3. Un ensamble de calentamiento por inducción eléctrica caracterizado porque comprende una bobina de calentamiento por inducción que rodea y que se aisla térmicamente a partir de una cámara cilindrica concéntricamente cerrada que tiene una entrada y una salida, un elemento eléctricamente conductor ubicado dentro o que forma parte de la cámara, medios para la distribución uniforme de material para calentarse en la cámara y un cuerpo de medio de agitación discreto contenido- dentro de la cámara, que incluye medios de presurización para la cámara.
4. El ensamble de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque los medios de presurización comprenden válvulas de control de presión en un circuito de procesamiento al cual se conectan operativamente la cámara, de mayor preferencia las válvulas de control de presión próximas a la entrada y salida de la cámara.
5. El ensamble de conformidad con las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el medio de agitación es eléctricamente conductor y comprende el elemento eléctricamente conductor dentro de la cámara.
6. El ensamble de conformidad con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la cámara es eléctricamente conductora y comprende el elemento eléctricamente conductor que forma parte de la cámara.
7. El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque la entrada se encuentra ubicada próxima al primer extremo de la cámara y la salida se encuentra ubicada próxima a un segundo extremo de la cámara .
8. El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el aislamiento térmico entre la bobina de calentamiento por inducción y la cámara comprende una protección de aislamiento térmico.
9. El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el medio de distribución uniforme comprende un árbol axial giratorio que lleva al menos una paleta de agitación radial y un motor de accionamiento se monta adyacente a la cámara y se conecta al árbol .
10. El ensamble de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el árbol y la paleta son eléctricamente conductores y comprenden un elemento eléctricamente conductor adicional dentro de la cámara.
11. El ensamble de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el árbol incluye un conducto al cual se conecta la entrada alrededor de una trayectoria de flujo líquido, y el conducto tiene aberturas de salida longitudinalmente separadas en la cámara.
12. El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el medio de agitación incluye bolas de acero.
13. El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el medio de agitación comprende bolas de acero inoxidable.
1 . El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque la salida incluye un transportador de tornillo.
15. El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los medios de distribución uniforme comprenden una jaula cilindrica conformada complementariamente a las dimensiones internas de la cámara y asegurada a un árbol axial giratorio el cual se conecta a un motor de accionamiento montado adyacente a la cámara, la jaula contiene el cuerpo del medio de agitación discreto.
16. El ensamble de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la cámara comprende una cámara cilindrica circular recta.
17. Un método para calentar y craquear térmicamente un fluido caracterizado porque comprende calentar un cuerpo del medio de agitación agitado eléctricamente conductor por inducción eléctrica en una cámara que tiene una entrada y una salida, recibir el fluido a través de la entrada de la cámara y agitar el cuerpo calentado de medio de agitación en la cámara para craquear térmicamente el fluido, y recolectar el producto calentado y térmicamente craqueado a través de la salida .
18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque incluye transportar por agitación del medio, material sólido formado durante el craqueo del fluido a la salida y remover el material sólido de la salida.
19. El método de conformidad con la reivindicación 17 ó 18, caracterizado porque incluye la presurización de la cámara .
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