recipientes-cisterna para reactores de aquecimento por indução

Temos mais de 20 anos de experiência em aquecimento por indução e desenvolveram, projectaram, fabricaram, instalaram e colocaram em funcionamento sistemas de aquecimento de recipientes e tubagens em muitos países de todo o mundo.

Devido ao facto de o sistema de aquecimento ser naturalmente simples e muito fiável, a opção de aquecimento por indução deve ser considerada como a escolha preferida.

O aquecimento por indução incorpora todas as conveniências da eletricidade levada diretamente para o processo e transformada em calor exatamente onde é necessária. Pode ser aplicado com sucesso a praticamente qualquer recipiente ou sistema de tubagem que necessite de uma fonte de calor.

A indução oferece muitas vantagens que não podem ser obtidas por outros meios e proporciona uma maior eficiência na produção da fábrica e melhores condições de funcionamento, uma vez que não existe uma emissão significativa de calor para o ambiente. O sistema é particularmente adequado para processos de reação de controlo apertado, como a produção de resinas sintéticas numa área de risco.

Como cada recipiente de aquecimento por indução é feito à medida das necessidades e requisitos específicos de cada cliente, oferecemos vários tamanhos com diferentes taxas de aquecimento. Os nossos engenheiros têm muitos anos de experiência no desenvolvimento de sistemas de aquecimento por indução personalizados para uma vasta gama de aplicações numa grande variedade de indústrias. Os aquecedores são concebidos para se adaptarem aos requisitos exactos do processo e são construídos para uma montagem rápida no recipiente, quer nas nossas instalações quer no local.

VANTAGENS ÚNICAS

- Não há contacto físico entre a bobina de indução e a parede do recipiente aquecido.
- Arranque e paragem rápidos. Sem inércia térmica.
- Baixa perda de calor
- Controlo preciso da temperatura do produto e da parede do recipiente sem disparos excessivos.
- Entrada de energia elevada. Ideal para controlo automático ou por microprocessador
- Área de risco segura ou funcionamento industrial normal com tensão de linha.
- Aquecimento uniforme e sem poluição com elevada eficiência.
- Baixos custos de funcionamento.
- Funcionamento a baixa ou alta temperatura.
- Simples e flexível de operar.
- Manutenção mínima.
- Qualidade consistente do produto.
- Aquecedor autónomo na embarcação, exigindo um espaço mínimo no solo.

Desenhos de bobinas de aquecimento por indução estão disponíveis para se adaptarem a recipientes metálicos e tanques da maioria das formas e formatos atualmente utilizados. Desde alguns centímetros até vários metros de diâmetro ou comprimento. Os recipientes de aço macio, aço macio revestido, aço inoxidável sólido ou não ferrosos podem todos ser aquecidos com êxito. Geralmente, recomenda-se uma espessura mínima de parede de 6 mm.

Os modelos de unidades variam de 1KW a 1500KW. Com os sistemas de aquecimento por indução, não há limite para a densidade de potência de entrada. Qualquer limitação que exista é imposta pela capacidade máxima de absorção de calor do produto, processo ou caraterísticas metalúrgicas do material da parede do recipiente.

O aquecimento por indução incorpora todas as conveniências da eletricidade levada diretamente para o processo e transformada em calor exatamente onde é necessária. Uma vez que o aquecimento ocorre diretamente na parede do recipiente em contacto com o produto e as perdas de calor são extremamente reduzidas, o sistema é altamente eficiente (até 90%).

O aquecimento por indução oferece muitas vantagens que não podem ser obtidas por outros meios e proporciona uma maior eficiência na produção das instalações e melhores condições de funcionamento, uma vez que não há emissão significativa de calor para o ambiente.

Indústrias típicas que utilizam o processo de aquecimento por indução:

- Reactores e caldeiras
- Revestimentos adesivos e especiais
- Química, gás e petróleo
- Transformação de alimentos
- Metalurgia e acabamento de metais

- Soldadura de pré-aquecimento
- Revestimento
- Aquecimento de moldes
- Ajustado e não ajustado
- Montagem térmica
- Secagem de alimentos
- Aquecimento de fluidos em condutas
- Aquecimento e isolamento de tanques e recipientes

A disposição do aquecedor em linha de indução HLQ pode ser utilizada para aplicações que incluem:

- Aquecimento de ar e gás para processamento químico e alimentar
- Aquecimento de óleo quente para óleos de processo e comestíveis
- Vaporização e sobreaquecimento: Elevação instantânea de vapor, a baixa e alta temperatura / pressão (até 800ºC a 100 bar)

Os projectos anteriores de aquecedores contínuos e de recipientes incluem

Reactores e caldeiras, autoclaves, vasos de processo, tanques de armazenamento e de decantação, banhos, cubas e destiladores, vasos de pressão, vaporizadores e sobreaquecedores, permutadores de calor, tambores rotativos, tubagens, vasos aquecidos de combustível duplo

Os projectos anteriores de aquecedores em linha incluem:

Aquecedores de vapor superaquecido de alta pressão, aquecedores de ar regenerativo, aquecedores de óleo lubrificante, aquecedores de óleo comestível e de óleo de cozinha, aquecedores de gás, incluindo aquecedores de azoto, azoto-árgon e gás rico em catalisador (CRG).

O aquecimento por indução é um método sem contacto para aquecer seletivamente materiais condutores de eletricidade através da aplicação de um campo magnético alternado para induzir uma corrente eléctrica, conhecida como corrente de Foucault, no material, conhecido como susceptor, aquecendo assim o susceptor. O aquecimento indutivo tem sido utilizado na indústria metalúrgica há muitos anos com o objetivo de aquecer metais, por exemplo, fundir, refinar, tratar termicamente, soldar e soldar. O aquecimento por indução é praticado numa vasta gama de frequências, desde frequências de corrente alternada tão baixas como 50 Hz até frequências de dezenas de MHz.

A uma dada frequência de indução, a eficiência de aquecimento do campo de indução aumenta quando existe um caminho de condução mais longo num objeto. As peças de trabalho sólidas de grandes dimensões podem ser aquecidas com frequências mais baixas, enquanto os objectos pequenos requerem frequências mais elevadas. Para um determinado tamanho de objeto a aquecer, uma frequência demasiado baixa proporciona um aquecimento ineficaz, uma vez que a energia do campo de indução não gera a intensidade desejada de correntes de Foucault no objeto. Por outro lado, uma frequência demasiado elevada provoca um aquecimento não uniforme, uma vez que a energia do campo de indução não penetra no objeto e as correntes de Foucault só são induzidas à superfície ou perto dela. No entanto, o aquecimento por indução de estruturas metálicas permeáveis ao gás não é conhecido no estado da técnica.

Os processos da técnica anterior para reacções catalíticas em fase gasosa requerem que o catalisador tenha uma área de superfície elevada para que as moléculas de gás reagente tenham o máximo contacto com a superfície do catalisador. Os processos da técnica anterior utilizam normalmente um material catalisador poroso ou muitas partículas catalíticas pequenas, devidamente suportadas, para atingir a área de superfície necessária. Estes processos da técnica anterior baseiam-se na condução, radiação ou convecção para fornecer o calor necessário ao catalisador. Para se conseguir uma boa seletividade da reação química, todas as partes dos reagentes devem ter uma temperatura e um ambiente catalítico uniformes. Para uma reação endotérmica, a taxa de fornecimento de calor deve, portanto, ser tão uniforme quanto possível em todo o volume do leito catalítico. Tanto a condução como a convecção, bem como a radiação, são inerentemente limitadas na sua capacidade de fornecer a necessária taxa e uniformidade de fornecimento de calor.

A Patente GB 2210286 (GB '286), que é típica do estado da técnica, ensina a montagem de pequenas partículas de catalisador que não são eletricamente condutoras num suporte metálico ou a dopagem do catalisador para o tornar eletricamente condutor. O suporte metálico ou o material dopante é aquecido por indução e, por sua vez, aquece o catalisador. Esta patente ensina a utilização de um núcleo ferromagnético que passa centralmente através do leito do catalisador. O material preferido para o núcleo ferromagnético é o ferro silício. Embora útil para reacções até cerca de 600 graus Celsius, o aparelho da Patente GB 2210286 sofre de graves limitações a temperaturas mais elevadas. A permeabilidade magnética do núcleo ferromagnético degradar-se-ia significativamente a temperaturas mais elevadas. De acordo com Erickson, C. J., "Handbook of Heating for Industry", pp. 84-85, a permeabilidade magnética do ferro começa a degradar-se a 600 C e desaparece efetivamente a 750 C. Uma vez que, na disposição da GB '286, o campo magnético no leito do catalisador depende da permeabilidade magnética do núcleo ferromagnético, tal disposição não aqueceria eficazmente um catalisador a temperaturas superiores a 750 C, e muito menos atingiria os mais de 1000 C necessários para a produção de HCN.

O aparelho da patente GB 2210286 é também considerado quimicamente inadequado para a preparação de HCN. O HCN é produzido pela reação do amoníaco com um gás hidrocarboneto. Sabe-se que o ferro provoca a decomposição do amoníaco a temperaturas elevadas. Pensa-se que o ferro presente no núcleo ferromagnético e no suporte do catalisador dentro da câmara de reação do GB '286 causaria a decomposição do amoníaco e inibiria, em vez de promover, a reação desejada do amoníaco com um hidrocarboneto para formar HCN.

O cianeto de hidrogénio (HCN) é um produto químico importante com muitas utilizações nas indústrias química e mineira. Por exemplo, o HCN é uma matéria-prima para o fabrico de adiponitrilo, acetona cianohidrina, cianeto de sódio e intermediários no fabrico de pesticidas, produtos agrícolas, agentes quelantes e alimentos para animais. O HCN é um líquido altamente tóxico que ferve a 26 graus Celsius e, como tal, está sujeito a regulamentos rigorosos de embalagem e transporte. Em algumas aplicações, o HCN é necessário em locais remotos, distantes das instalações de fabrico de HCN em grande escala. O transporte de HCN para esses locais envolve grandes riscos. A produção de HCN nos locais em que vai ser utilizado evitaria os riscos encontrados no seu transporte, armazenamento e manuseamento. A produção de HCN em pequena escala no local, utilizando processos da técnica anterior, não seria economicamente viável. No entanto, a produção de HCN em pequena escala, bem como em grande escala, no local, é técnica e economicamente viável utilizando os processos e aparelhos da presente invenção.

O HCN pode ser produzido quando compostos contendo hidrogénio, azoto e carbono são reunidos a altas temperaturas, com ou sem um catalisador. Por exemplo, o HCN é normalmente produzido pela reação de amoníaco e um hidrocarboneto, uma reação que é altamente endotérmica. Os três processos comerciais de produção de HCN são o processo Blausaure aus Methan und Ammoniak (BMA), o processo Andrussow e o processo Shawinigan. Estes processos distinguem-se pelo método de produção e de transferência de calor e pela utilização ou não de um catalisador.

O processo Andrussow utiliza o calor gerado pela combustão de um gás hidrocarboneto e oxigénio dentro do volume do reator para fornecer o calor da reação. O processo BMA utiliza o calor gerado por um processo de combustão externo para aquecer a superfície exterior das paredes do reator, que por sua vez aquece a superfície interior das paredes do reator, fornecendo assim o calor de reação. O processo Shawinigan utiliza uma corrente eléctrica que flui através de eléctrodos num leito fluidizado para fornecer o calor de reação.

No processo Andrussow, uma mistura de gás natural (uma mistura de hidrocarbonetos gasosos com elevado teor de metano), amoníaco e oxigénio ou ar reagem na presença de um catalisador de platina. O catalisador é normalmente constituído por várias camadas de gaze de fio de platina/ródio. A quantidade de oxigénio é tal que a combustão parcial dos reagentes fornece energia suficiente para pré-aquecer os reagentes a uma temperatura de funcionamento superior a 1000° C, bem como o calor de reação necessário para a formação de HCN. Os produtos da reação são HCN, H2, H2O, CO, CO2 e vestígios de nitritos superiores, que devem depois ser separados.

No processo BMA, uma mistura de amoníaco e metano flui no interior de tubos cerâmicos não porosos fabricados com um material refratário a alta temperatura. O interior de cada tubo é forrado ou revestido com partículas de platina. Os tubos são colocados num forno de alta temperatura e aquecidos externamente. O calor é conduzido através da parede cerâmica para a superfície do catalisador, que é parte integrante da parede. A reação é normalmente realizada a 1300° C. quando os reagentes entram em contacto com o catalisador. O fluxo de calor necessário é elevado devido à temperatura de reação elevada, ao grande calor de reação e ao facto de poder ocorrer coqueificação da superfície do catalisador abaixo da temperatura de reação, o que desactiva o catalisador. Uma vez que cada tubo tem normalmente cerca de 1″ de diâmetro, é necessário um grande número de tubos para satisfazer os requisitos de produção. Os produtos da reação são o HCN e o hidrogénio.

No processo Shawinigan, a energia necessária para a reação de uma mistura constituída por propano e amoníaco é fornecida por uma corrente eléctrica que flui entre eléctrodos imersos num leito fluidizado de partículas de coque não catalítico. A ausência de um catalisador, bem como a ausência de oxigénio ou ar, no processo Shawinigan significa que a reação tem de ser executada a temperaturas muito elevadas, normalmente superiores a 1500 graus C. As temperaturas mais elevadas necessárias impõem restrições ainda maiores aos materiais de construção do processo.

Embora se saiba que o HCN pode ser produzido pela reação de NH3 e um hidrocarboneto gasoso, como CH4 ou C3H8, na presença de um catalisador metálico do grupo Pt, ainda é necessário melhorar a eficiência desses processos e de outros relacionados, de modo a melhorar a economia da produção de HCN, especialmente para a produção em pequena escala. É particularmente importante minimizar a utilização de energia e o avanço do amoníaco enquanto se maximiza a taxa de produção de HCN em comparação com a quantidade de catalisador de metal precioso utilizado. Além disso, o catalisador não deve afetar negativamente a produção de HCN, promovendo reacções indesejáveis como a coqueificação. Além disso, pretende-se melhorar a atividade e a vida útil dos catalisadores utilizados neste processo. Significativamente, uma grande parte do investimento na produção de HCN é no catalisador do grupo da platina. A presente invenção aquece o catalisador diretamente, em vez de indiretamente como na técnica anterior, e assim cumpre estes desideratos.

Como já foi referido, o aquecimento por indução de frequência relativamente baixa é conhecido por proporcionar uma boa uniformidade de fornecimento de calor a níveis de potência elevados a objectos que têm caminhos de condução eléctrica relativamente longos. Quando se fornece a energia de reação a uma reação catalítica endotérmica em fase gasosa, o calor tem de ser fornecido diretamente ao catalisador com uma perda mínima de energia. Os requisitos de fornecimento uniforme e eficiente de calor a uma massa de catalisador permeável ao gás e de área superficial elevada parecem entrar em conflito com as capacidades do aquecimento por indução. A presente invenção baseia-se em resultados inesperados obtidos com uma configuração de reator em que o catalisador tem uma nova forma estrutural. Esta forma estrutural combina as caraterísticas de: 1) um comprimento de caminho de condução eléctrica efetivamente longo, que facilita o aquecimento por indução direta eficiente do catalisador de uma forma uniforme, e 2) um catalisador com uma área de superfície elevada; estas caraterísticas cooperam para facilitar as reacções químicas endotérmicas. A ausência total de ferro na câmara de reação facilita a produção de HCN pela reação de NH3 e um gás hidrocarboneto.