BR102015010744B1 - reator de leito radial multitubular - Google Patents

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Abstract

REATOR DE LEITO RADIAL MULTITUBULAR. A presente invenção refere-se a um reator (1) de leito radial, que compreende um recinto provido de uma zona de reação (10) de leito móvel de catalisadores. O reator compreende por outro lado dentro da zona de reação (10): - pelo menos dois tubos de distribuição (9) da carga, cada tubo de distribuição (9) da carga tendo uma primeira extremidade (11) em comunicação com o meio de entrada da carga e uma segunda extremidade (12) fechada, os tubos de distribuição (9) se estendendo de maneira substancialmente vertical e são projetados para permitir a passagem da carga para a zona de reação (10) e reter os catalisadores; e - pelo menos dois tubos de coleta (13) do efluente, cada tubo de coleta tendo uma primeira extremidade (14) em comunicação com o meio de saída do efluente e uma segunda extremidade (15) fechada, os tubos de coleta (13) se estendendo de maneira substancialmente vertical e são projetados para permitir a passagem do efluente para o tubo de coleta (13) e reter os catalisadores.

Description

[0001] A presente invenção refere-se ao campo dos reatores para realizar reações catalíticas no qual o leito de catalisador é móvel e no qual ocorre uma circulação radial da carga a tratar a partir da periferia do recinto na direção do centro ou a partir do centro do recinto na direção de sua periferia. No âmbito da invenção, é qualificado de “radial” um escoamento dos reagentes que é feito através de um leito catalítico geralmente móvel de acordo com um conjunto de direções que correspondem a raios orientados a partir da periferia na direção do centro ou a partir do centro na direção da periferia. A presente invenção se aplica em especial a um escoamento radial de um reagente sob a forma gasosa.
Estado da técnica
[0002] A unidade mais representativa desse tipo de escoamento é uma unidade de reformação regenerativa dos cortes hidrocarbonetos de tipo gasolinas que se pode definir como tendo um intervalo de destilação compreendido entre 80 e 250°C. Algumas dessas unidades de leito radial, entre as quais a reformação regenerativa, recorrem a um escoamento do catalisador dito em leito móvel, quer dizer um escoamento gravitante lento das partículas de catalisador confinadas dentro do recinto anular limitado por uma grade externa e uma parede interna (por exemplo uma grade interna) que corresponde ao coletor central que recupera os efluentes reacionais.
[0003] A carga é geralmente introduzida pela periferia exterior do leito anular e atravessa o leito catalítico de maneira substancialmente perpendicular à direção vertical de escoamento desse último. Os efluentes reacionais são nesse caso recuperados dentro do coletor central.
[0004] O leito catalítico é assim limitado no lado interno por uma grade interna que retém o catalisador e no lado exterior, ou por uma outra grade do mesmo tipo que a grade interna, ou por um dispositivo que consiste em uma união de elementos de grade em forma de coquilhas. As grades interna e exterior são porosas de maneira a permitir no lado da grade exterior a passagem da carga para o leito catalítico anular, e no lado da grade interna a passagem dos efluentes de reação para o coletor central.
[0005] É conhecido no estado da técnica o pedido de patente FR 2948580 que divulga um reator de leito radial no qual a grade exterior é substituída por uma pluralidade de tubos de distribuição verticais imersos dentro do leito catalítico na proximidade da parede do reator. Um tal conjunto apresenta uma grande resistência mecânica que permite assim limitar os fenômenos de flambagem e, portanto, reduzir o tempo de imobilização do reator ligado a consertos e/ou substituições das ditas grades.
[0006] Esses reatores de acordo com a arte anterior apresentam um inconveniente ligado ao fato de que uma parte que não pode ser desprezada do volume é ocupada por esses elementos internos (grade e coletor central). Em certos casos, pode ocorrer que o volume catalítico só ocupe cerca de 50% do volume total do recinto.
[0007] Um objetivo da invenção é propor um novo conceito de reator em leito móvel de catalisador e com circulação radial para o qual o volume catalítico é otimizado de maneira a melhorar a capacidade do reator para um mesmo volume útil de reator, e, portanto, aumentar a vazão de carga que é suscetível de ser tratada dentro do reator.
Sumário da Invenção
[0008] Com essa finalidade, é proposto um reator que se estende de acordo com um eixo vertical, que compreende: - um recinto provido de uma zona de reação de leito móvel de catalisador; - pelo menos um meio de entrada de uma carga situado acima da zona de reação; - pelo menos um meio de saída de um efluente produzido pela reação catalítica, situado embaixo da zona de reação; - pelo menos um meio de entrada do catalisador próprio para introduzir o catalisador em uma parte superior da zona de reação; - pelo menos um meio de saída do catalisador que desemboca em uma parte inferior da zona de reação.
[0009] O reator compreende por outro lado na parte interna da zona de reação: - pelo menos dois tubos de distribuição da carga, cada tubo de distribuição da carga tendo uma primeira extremidade em comunicação com o meio de entrada da carga e uma segunda extremidade fechada, os tubos de distribuição se estendendo de maneira substancialmente vertical e são projetados para permitir a passagem da carga para a zona de reação e reter os catalisadores; e - pelo menos dois tubos de coleta do efluente, cada tubo de coleta tendo uma primeira extremidade em comunicação com o meio de saída do efluente e uma segunda extremidade fechada, os tubos de coleta se estendendo de maneira substancialmente vertical e são projetados para permitir a passagem do efluente para o tubo de coleta e reter os catalisadores.
[0010] A presente invenção se refere assim a um reator de conversão catalítica com uma difusão radial da carga gasosa e com escoamento gravitante lento do catalisador que inclui uma pluralidade de tubos de distribuição da carga, substancialmente verticais, imersos dentro do leito catalítico e no qual o tubo de coleta central dos efluentes de reação é substituído por uma pluralidade de tubos de coleta do efluente substancialmente verticais imersos dentro do leito catalítico.
[0011] É entendido por “substancialmente verticais” o fato de que os tubos podem apresentar uma inclinação compreendida entre 0 e 15° em relação ao eixo central vertical do reator.
[0012] Uma tal configuração de parte interna de reator permite de fato um ganho de volume catalítico para um mesmo volume útil de reator dado, e portanto aumentar a vazão da carga a tratar e consequentemente a capacidade do reator com um volume igual de reator.
[0013] Em outros termos, é possível considerar tratar uma mesma vazão de carga com um reator de acordo com a invenção do qual as dimensões são menores em relação àquelas de um reator da arte anterior.
[0014] De preferência, o número de tubos de distribuição da carga é superior ou igual a quatro e o número de tubos de coleta do efluente é superior ou igual a quatro.
[0015] O domínio de aplicação do reator de acordo com a invenção compreende a reformação catalítica das gasolinas, a isomerização esqueletal de diversos cortes olefínicos com C4, C5, ou ainda o processo de metatese para a produção de propileno por exemplo. Essa lista de processo não é exaustiva e a presente invenção pode ser aplicada a qualquer tipo de processo catalítico com fluxo radial de uma carga gasosa.
[0016] De acordo com um modo de realização, o meio de entrada da carga compreende um tubo de entrada em comunicação com um orifício formado na calandra do reator.
[0017] De preferência o meio de saída do efluente compreende pelo menos um tubo de saída em comunicação com um orifício formado na calandra do reator.
[0018] De acordo com um modo de realização preferido, o meio de entrada do catalisador e o meio de evacuação do catalisador compreendem pelo menos um tubo aberto nas extremidades e em comunicação com um orifício formado na calandra do reator.
[0019] Em um modo de realização preferido, o meio de entrada do catalisador compreende uma pluralidade de tubos, cada um deles em comunicação com um orifício formado na calandra do reator.
[0020] Em um modo de realização vantajoso do ponto de vista da robustez, o reator compreende um primeiro prato superior solidário da calandra e os tubos de distribuição da carga são sustentados pelo primeiro prato e cada um dos tubos de distribuição da carga está em comunicação com um orifício formado no dito primeiro prato. Nesse modo de realização, vantajosamente o meio de entrada do catalisador compreende uma pluralidade de tubos que são também sustentados pelo primeiro prato e cada tubo está em comunicação com um orifício formado no primeiro prato. Por exemplo, o primeiro prato tem uma forma troncônica e de preferência troncônica de cone invertido, quer dizer que o topo do cone é dirigido para a segunda extremidade do reator (o fundo do reator). O prato superior é por outro lado projetado para ser estanque ao catalisador e aos gases.
[0021] De acordo com um modo de realização preferido, o reator compreende por outro lado um segundo prato inferior solidário da calandra e a zona de reação é compreendida entre os primeiro e segundo pratos. Os tubos de coleta são sustentados pelo segundo prato e cada tubo de coleta está em comunicação com um orifício formado no segundo prato. O prato inferior é projetado para ser estanque ao catalisador e aos gases.
[0022] Nesse modo de realização, o meio de saída do catalisador pode compreender uma pluralidade de tubos de saída do catalisador que são sustentados pelo segundo prato e cada um dos tubos de saída do catalisador está em comunicação com um orifício formado no segundo prato e com um orifício formado na calandra.
[0023] Em um modo de realização preferido, o primeiro prato e o segundo prato são projetados para obturar respectivamente as segundas extremidades dos tubos de coleta do efluente e as segundas extremidades dos tubos de distribuição da carga.
[0024] De modo vantajoso, os tubos de distribuição e/ou de coleta do efluente são fixados de maneira amovível no reator.
[0025] De acordo com um aspecto da invenção, os tubos de distribuição e de coleta são dispostos, de acordo com um plano perpendicular ao eixo vertical, em uma pluralidade de linhas de tubos. Em um modo de realização, cada linha de tubos é constituída ou por tubos de distribuição ou por tubos de coleta e as linhas de tubos são arrumadas de modo que uma linha constituída por tubos de coleta seja disposta de maneira adjacente a uma linha constituída por tubos de distribuição. De acordo com um outro modo de realização, cada linha de tubos compreende alternativamente um tubo de distribuição e um tubo de coleta.
[0026] Quando a rede de tubos compreende linhas de tubos, os tubos de duas linhas adjacentes podem ser dispostos confrontantes, i.e. de acordo com um passo dito “quadrado”. Alternativamente, quando a rede de tubos compreende linhas de tubos, os tubos de duas linhas adjacentes são deslocados, i.e. de acordo com um passo dito “triangular”.
[0027] De acordo com um modo de realização alternativo, os tubos de distribuição e de coleta são dispostos, de acordo com um plano perpendicular ao eixo vertical, formando uma pluralidade de fileiras concêntricas e no qual uma fileira constituída por tubos de coleta é disposta de maneira adjacente a uma fileira constituída por tubos de distribuição.
[0028] De acordo com um outro modo de realização, os tubos de distribuição e de coleta são dispostos, de acordo com um plano perpendicular ao eixo vertical, de acordo com uma pluralidade de fileiras concêntricas e cada fileira de tubos compreende uma pluralidade de tubos de distribuição e de tubos de coleta.
[0029] De acordo com um modo de realização vantajoso em termo de otimização da utilização do volume catalítico, uma parte dos tubos de coleta e/ou de distribuição estão juntos à calandra do reator. De acordo com um modo de realização especial, uma parte dos tubos de coleta e/ou de distribuição é parte integrante da calandra do reator.
[0030] Os tubos de coleta e de distribuição podem ser de seção circular, elipsoidal, lenticular ou de forma quadrilátera (e.g. quadrado, retangular ou losango).
[0031] Quando o tubo de distribuição da carga ou de coleta do efluente tem uma seção circular, ele apresenta um setor de distribuição ou de coleta de ângulo de abertura a. O ângulo α de distribuição ou de coleta é geralmente compreendido entre 30° e 360°, e preferencialmente compreendido entre 180° e 360°.
[0032] Quando a seção dos tubos de distribuição da carga e/ou de coleta do efluente não tem forma circular, a extensão periférica da superfície de coleta ou de distribuição dos tubos é de preferência de pelo menos 50% da extensão periférica total da seção externa do dito tubo.
[0033] De preferência o setor de distribuição e de coleta (ou superfície de distribuição ou de coleta) respectivamente dos tubos de distribuição da carga e de coleta do efluente se estende na maior parte do comprimento vertical do tubo. É entendida por maior parte uma parte que corresponde a 80% pelo menos do comprimento vertical do tubo, e preferencialmente pelo menos 90% do dito comprimento.
[0034] De acordo com a invenção, o número de tubos de distribuição da carga e o número de tubos de coleta do efluente assim como suas dimensões são determinados, de modo que a perda de carga média dos tubos de coleta seja igual a ± 20%, de preferência a ± 10%, da perda de carga média dos tubos de distribuição.
Descrição detalhada da invenção
[0035] As outras características e vantagens da invenção vão aparecer com a leitura da descrição que vai se seguir, dada a título unicamente ilustrativo e não limitativo, e à qual são anexadas: - a figura 1 é uma vista de conjunto em perspectiva que inclui um corte parcial de um reator de acordo com a invenção; - a figura 2 é uma vista em corte transversal de acordo com o eixo vertical do reator da figura 1; - a figura 3 é uma vista em corte transversal de acordo com o eixo vertical de um reator de acordo com a invenção; - a figura 4 é uma vista em corte de acordo com um plano perpendicular ao eixo vertical do reator que mostra uma rede de tubos de acordo com um primeiro modo de distribuição; - a figura 5 é uma vista em corte de acordo com um plano perpendicular ao eixo vertical do reator que mostra uma rede de tubos de acordo com um segundo modo de distribuição; - a figura 6 é uma vista em corte de acordo com um plano perpendicular ao eixo vertical do reator que mostra uma rede de tubos de acordo com um terceiro modo de distribuição; - a figura 7 é um gráfico de distribuição dos tempos de permanência para um reator de acordo com a arte anterior e de acordo com a invenção.
[0036] Geralmente, elementos idênticos são denotados pelas mesmas referências nas figuras.
[0037] A figura 1 mostra um reator catalítico 1 de fluxo radial de acordo com a invenção que se apresenta sob a forma de um bujão, formado por uma calandra 2, que delimita um recinto cilíndrico que se estende de acordo com um eixo de simetria substancial mente vertical (AZ).
[0038] A calandra 2 compreende em sua parte superior um primeiro orifício 3 e em sua parte inferior um segundo orifício 4 que são respectivamente meios de entrada da carga a tratar e meios de saída dos efluentes produtos da reação catalítica. A calandra 2 delimita um recinto que contém uma zona de reação 10.
[0039] Os primeiro e segundo orifícios 3, 4, situados respectivamente acima e embaixo da zona de reação 10, são circundados por uma tubuladura 5, 6 que permite assim a conexão da calandra a um sistema de tubulação de entrada e de saída de fluido.
[0040] Como indicado na figura 1, a parte superior da calandra 2 é atravessada por uma pluralidade de tubos (também chamados de pernas) de introdução 7 do catalisador que desembocam na parte superior do recinto e na zona de reação 10. A calandra compreende por outro lado uma pluralidade de tubos de evacuação (ou de trasfego) 8 do catalisador dispostos na parte inferior do recinto. Os tubos de evacuação (ou de trasfego) 8 do catalisador mergulham no fundo da zona de reação 10 e desembocam no exterior do reator 1. O catalisador que é distribuído na zona de reação 10 se apresenta sob a forma de partículas por exemplo, esféricas ou de diâmetro geralmente compreendido entre 1 e 5 mm. Evidentemente, o catalisador pode tomar outras formas tais como por exemplo de granulado cilíndrico.
[0041] De acordo com a presente invenção, o reator 1 compreende uma pluralidade de tubos de distribuição da carga 9 que desembocam na zona de reação 10. Os tubos de distribuição da carga 9 se estendem na zona de reação 10 de acordo com uma direção substancial mente vertical, de preferência substancialmente paralela ao eixo de simetria AZ, e em pelo menos 80% da altura da zona de reação 10.
[0042] Os tubos de distribuição da carga 9 são abertos em sua primeira extremidade 11 que está em comunicação com o primeiro orifício superior 3 da calandra do reator. No que diz respeito à segunda extremidade inferior 12, ela é fechada de maneira a impedir a passagem da carga pela segunda extremidade. Os tubos de distribuição da carga 9 são projetados de maneira a ser permeáveis ao gás e impermeáveis ao catalisador. Os tubos de distribuição da carga 9, que podem ser considerados como dispositivos de filtração que permitem a passagem da carga gasosa para a zona de reação 10 e que impedem a passagem do catalisador da zona de reação 10 para o tubo de distribuição, podem se apresentar por exemplo sob a forma de um tubo provido de aberturas das quais a dimensão é inferior ao tamanho das partículas de catalisador ou ainda sob a forma de uma grade de tipo “Johnson” conhecida pelo profissional.
[0043] Em referência à figura 1, o reator 1 de acordo com a invenção compreende por outro lado uma pluralidade de tubos de coleta do efluente 13 (produto da reação catalítica) que mergulham na zona de reação 10 e que se estendem de acordo com uma direção substancialmente vertical, de preferência substancialmente paralela ao eixo de simetria (AZ). Os tubos de coleta do efluente 13 são abertos em uma primeira extremidade 14 que está em comunicação com o segundo orifício 4 (de saída do efluente) formado na calandra enquanto que a segunda extremidade 15 oposta à primeira extremidade 14 é fechada. Os tubos de coleta 13 do efluente são projetados de maneira a ser permeáveis aos produtos a reação (efluente de reação) e impermeáveis ao catalisador. Os tubos de coleta, que podem ser vistos como dispositivos de filtração que permitem a passagem do efluente a partir da zona de reação 10 para o tubo de coleta e que impedem a passagem do catalisador da zona de reação 10 para o tubo de coleta, podem se apresentar por exemplo, sob a forma de um tubo formado por uma chapa e provido de aberturas das quais a dimensão é inferior ao tamanho das partículas de catalisador ou ainda sob a forma de uma grade de tipo “Johnson” conhecida pelo profissional.
[0044] A figura 2 é uma vista da parte interna do reator da figura 1, que mostra em detalhe as partes superior e inferior do reator.
[0045] É observado na figura 2 que a parte superior do reator 1 é provida de um prato superior 16 solidário da calandra 2. Assim o reservatório é dividido em duas zonas, a saber: - uma zona de confinamento da carga 17 situada acima do prato superior 16, compreendida entre a calandra 2 e o prato superior 16; e - uma zona de reação 10 situada embaixo do prato superior 16 e que se estende até o fundo do reator.
[0046] O prato superior 16 é constituído em um material estanque às partículas de catalisador e também aos gases que circulam dentro da zona de confinamento 17 e da zona de reação 10.
[0047] Como mostrado na figura 2, os tubos de distribuição da carga 9 são sustentados pelo prato superior 16 e o atravessam de modo que a primeira extremidade livre aberta 11 dos mesmos desemboca na zona de confinamento da carga 17.
[0048] É notado também que as pernas de introdução do catalisador 7 são sustentadas pelo prato superior 16 e são dispostas de maneira a que a extremidade livre aberta das mesmas desemboque na parte superior da zona de reação 10 situada sob o prato superior 16.
[0049] A figura 2 mostra também que o prato superior 16 compreende uma parte em tronco de cone invertido 18 (i.e. o topo do cone é dirigido para o fundo do reator) do qual a base circular tem um diâmetro inferior àquele do recinto e uma saia circular 19 que assegura a ligação da parte troncônica 18 à calandra 2. A saia circular 19 tem uma inclinação descendente na direção do fundo do reator 1. É notado também que a base do cone é ligada à saia circular 19 por meio de uma face plana 20 anular que é atravessada pelos tubos de distribuição 7 do catalisador dos quais a extremidade aberta desemboca na zona de reação 10.
[0050] Como indicado na figura 2 a saia 19, vista em corte, compreende também uma porção anular 24 que se estende de acordo com o eixo vertical e que é ligada à face plana 20. Como visível na figura 2, a parte superior da zona de reação 10 compreende assim uma primeira zona anular cilíndrica prolongada por uma segunda zona anular de seção essencialmente troncônica de dimensão superior à primeira zona anular. O catalisador que é introduzido pelas pernas de distribuição 7 passa na primeira seção anular cilíndrica e depois é disperso na segunda zona anular troncônica.
[0051] No âmbito da invenção e de maneira alternativa, a saia 19 pode se estender em um plano essencialmente horizontal, quer dizer perpendicular ao eixo vertical (AZ).
[0052] Evidentemente, o prato superior 16 pode tomar outras configurações tais como por exemplo, um disco que compreende orifícios pelos quais atravessam os tubos de distribuição do catalisador e os tubos de distribuição da carga.
[0053] Ainda em referência à figura 2, na zona de reação 10 situada sob o prato superior 16, são dispostos tubos de coleta do efluente 13. Os tubos de coleta 13 compreendem uma primeira extremidade inferior 14 aberta que está em comunicação com o orifício de saída 4 do efluente e uma segunda extremidade superior 15 fechada. De modo vantajoso de um ponto de vista da manutenção mecânica, a segunda extremidade 15 é fixada solidariamente ao prato superior 16 e de preferência de maneira amovível a fim de permitir uma substituição fácil do tubo. No exemplo de realização apresentado na figura 2, a extremidade inferior 14 dos tubos de coleta 13 é fixada à calandra 2 por meio de um tubo central 21 que é parte integrante da calandra 2 e que se estende em uma parte inferior da zona de reação 10. De modo vantajoso, a fim de facilitar a montagem dos tubos de coleta 13 na calandra, a parte inferior dos tubos de coleta 13 é recurvada de maneira a se ajustar à parte inferior recurvada da calandra 2 do reator 1.
[0054] Um modo de realização alternativo de um reator de acordo com a invenção é representado esquematicamente na figura 3 que é uma vista em corte transversal de acordo com um plano paralelo ao eixo de simetria (AZ) do reator 1.
[0055] O reator da figura 3 compreende um primeiro prato circular superior 16 e um segundo prato circular inferior 22 solidários da calandra 2. O segundo prato é realizado em um material estanque ao catalisador e aos gases. A zona de reação 10 na qual são confinados o catalisador e a carga é delimitada pelo volume do recinto compreendido entre os primeiro e segundo pratos 16, 22. Nesse modo de realização será notado que de modo vantajoso, as segundas extremidades dos tubos de distribuição da carga 9 e dos tubos de coleta do efluente 13 são obturadas respectivamente pelo segundo prato 22 e pelo primeiro prato 16. De preferência os ditos tubos são fixados de maneira amovível aos ditos pratos.
[0056] O princípio de funcionamento do reator de leito móvel de catalisador de acordo com a invenção é agora descrito em referência à figura 3.
[0057] A carga gasosa de hidrocarbonetos é enviada dentro do reator 1 através do orifício superior 3 via a tubuladura de injeção 5 e enche o volume de confinamento da carga 17 delimitado pela calandra e pelo prato superior 16. A carga é levada para a zona de reação 10 por meio de tubos de distribuição 9 verticais via a abertura superior 11 que desemboca na zona de confinamento de carga 17. A carga transita nos tubos de distribuição 9 e se difunde radialmente através dos tubos de distribuição, permeáveis ao fluido gasoso e impermeável às partículas de catalisador, na zona de reação 10.
[0058] No que diz respeito ao catalisador, ele é enviado de modo contínuo para a zona de reação 10, via os tubos (ou pernas) de distribuição do catalisador 7 das quais a extremidade livre desemboca na zona de reação 10, de maneira gravitante a uma velocidade relativamente pequena (da ordem do metro por hora). O catalisador preenche assim a zona de reação 10 e é por outro lado continuamente trasfegado da zona de reação 10 e evacuado para fora do reator por intermédio dos tubos (ou pernas) de saída do catalisador 8. O catalisador que se distribui nesse caso de maneira uniforme para ocupar o volume da zona de reação 10 entra em contato com a carga para realizar a reação de conversão catalítica e produzir um efluente de reação. O efluente de reação é coletado nos tubos de coleta do efluente 13, permeáveis ao efluente de reação e impermeáveis ao catalisador. Como indicado pelas flechas em traço cheio na figura 3, o efluente se difunde radialmente através dos tubos de coleta do efluente 13 e é conduzido através do prato inferior 22 para um espaço de confinamento do efluente 23 situado embaixo do prato inferior. O efluente é evacuado do reator pelo orifício de saída do efluente 4 por intermédio da tubuladura de saída 6 que está em comunicação com o espaço de confinamento 23 do efluente.
[0059] A figura 4 ilustra um primeiro exemplo de modo de distribuição dos tubos de coleta do efluente 13 e de distribuição da carga 9 dentro do reator. Em referência à figura 4, que é uma vista em corte de acordo com um plano perpendicular ao eixo vertical do reator, os tubos de coleta e de distribuição são dispostos de acordo com uma rede constituída por linhas de tubos de distribuição de carga (E) e uma pluralidade de linhas constituídas por tubos de coleta (S), uma linha constituída por tubos de coleta é disposta de maneira adjacente a uma linha constituída por tubos de distribuição.
[0060] A figura 5 representa um outro modo de distribuição dos tubos de coleta do efluente e de distribuição da carga no qual os tubos de coleta e de distribuição são dispostos formando assim uma rede de linhas de tubos. A disposição da figura 5 se caracteriza pelo fato de que cada linha de tubos compreende alternativamente um tubo de distribuição da carga (E) e um tubo de coleta do efluente (S).
[0061] No âmbito da invenção e no caso em que os tubos de coleta do efluente e de distribuição da carga são distribuídos de acordo com linhas, os tubos de duas linhas adjacentes podem ser dispostos ou confrontantes formando assim um passo quadrado, ou deslocados formando assim um passo triangular como representado na figura 4 ou 5.
[0062] De acordo com um outro modo de distribuição dos tubos de coleta do efluente e de distribuição da carga representado na figura 6, os tubos são dispostos em uma pluralidade de fileiras aproximadamente concêntricas constituídas alternativamente por tubos de coleta do efluente (S) e por tubos de distribuição da carga (E). É entendido por “aproximadamente concêntrico”, o fato de que os centros de todas as fileiras são contidos dentro de um circulo centrado no centro do recinto.
[0063] É também possível no caso de uma configuração em fileiras concêntricas de tubos, alternar sucessivamente em uma mesma fileira tubos de coleta do efluente (S) e tubos de distribuição da carga (E).
[0064] De preferência, quando os tubos de distribuição da carga e os tubos de coleta do efluente têm uma seção circular, eles apresentam respectivamente um setor angular de difusão e um setor angular de coleta dos quais o ângulo de abertura α é compreendido geralmente entre 30° e 360° e preferencialmente compreendido entre 180° e 360°.
[0065] Quando a seção dos tubos de distribuição da carga e/ou de coleta do efluente não tem uma forma circular, a extensão periférica da superfície de coleta ou de distribuição dos tubos é de preferência de pelo menos 50% da extensão periférica total da seção externa do dito tubo.
[0066] De acordo com uma outra característica especial da presente invenção, o setor angular (ou superfície) de distribuição e/ou de coleta dos tubos é realizado por meio de uma grade do tipo “Johnson”. De acordo com um outro modo de realização, o setor (ou superfície) de distribuição e/ou de coleta dos tubos é realizado por meio de orifícios distribuídos na parede do dito setor, o diâmetro dos orifícios sendo compreendido entre 0,3 e 0,8 dp, dp designando o diâmetro mínimo dos grãos de catalisador. É entendido por “diâmetro mínimo”, a distância mínima, media entre dois pontos opostos tomados do catalisador.
[0067] Deve ser notado que é possível também juntar uma parte dos tubos (de coleta do efluente e/ou de distribuição da carga) à calandra a fim de maximizar o volume catalítico útil da zona de reação. De acordo com uma outra alternativa, uma parte dos tubos é parte integrante da calandra.
[0068] Ainda no âmbito da invenção, a seção dos tubos pode ser diferente de uma seção circular por exemplo de forma quadrada, retangular, triangular ou em elipse.
[0069] A fim de assegurar uma resistência mecânica dos tubos, é possível prever por outro lado meios de ligação entre os tubos, por exemplo barras, solidarizados aos ditos tubos por exemplo por soldagem. As barras de retenção podem vantajosamente ser solidárias da calandra.
[0070] A título de exemplo não limitativo, um reator de acordo com a invenção tem as características seguintes: - Diâmetro interno da zona de reação compreendido entre 1,5 e 6 m - Diâmetro interno dos tubos compreendido entre 0,1 e 0,6 m - Distância entre dois tubos adjacentes compreendida entre 0,2 e 0,9 m.
[0071] O número de tubos de distribuição da carga e o número de tubos de coleta do efluente assim como suas dimensões são determinados de modo que a perda de carga média dos tubos de coleta seja igual a ± 10%, da perda de carga média dos tubos de distribuição.
[0072] É possível acrescentar um elemento gerador de perda de carga, por exemplo, uma grade perfurada, nos tubos de distribuição ou de coleta a fim de garantir uma difusão uniforma do fluido em toda a altura dos tubos.
Exemplo
[0073] O exemplo descrito abaixo compara distribuições de tempos de permanência (DTS) por simulação em reatores de acordo com a arte anterior e de acordo com a invenção. É assim possível obter para cada um dos dois reatores uma distribuição dos tempos de permanência, que podem ser em especial caracterizados pelo tempo de permanência médio da carga dentro do reator, variável diretamente correlacionada com a conversão da carga.
[0074] O reator “de acordo com a arte anterior” tem um diâmetro interno de 2,8 m. O recinto compreende um leito catalítico na forma de um anel cilíndrico vertical limitado no lado interno por um agrade cilíndrica interna que retém o catalisador e no lado exterior por uma grade cilíndrica do mesmo tipo que a grade interna. Depois da travessia do leito catalítico, os efluentes de reação são coletados em um coletor cilíndrico vertical através da grade interna de retenção do catalisador.
[0075] O diâmetro da grade externa é de 2,4 m e o diâmetro da grande interna de 0,9 m. As grades têm uma altura eficaz de 9 m.
[0076] No reator de acordo com a invenção, as grades externa e interna são substituídas por tubos com diâmetro de 0,19 m com um passo triangular entre os tubos de 0,52 m. O diâmetro é o mesmo para os tubos de coleta e os tubos de distribuição. Esse reator compreende dezenove tubos situados dentro do leito catalítico e um equivalente de 7 tubos situados contíguas à calandra.
[0077] Seis dos tubos situados no leito assim como a totalidade dos tubos contíguos à calandra são tubos de injeção (equivalente de 13 tubos). Os outros tubos (13 que restam no leito catalítico) são tubos de coleta. Finalmente, o diâmetro interno do reator é sempre igual a 2,8 n e a altura eficaz dos tubos é de 9 m.
[0078] Para a simulação com o reator de acordo com a arte anterior, a vazão nominal da carga gasosa que passa dentro do reator é de 120 t/h e supondo-se que a densidade da carga é em média de 1,8 kg/m3 e com uma viscosidade de 2.15Pa.s. O catalisador é suposto estar sob a forma de grão com diâmetro de 2 mm e com uma taxa de vazio entre os grãos igual a 41%. Os mesmos dados são utilizados para a simulação do reator de acordo com a invenção, com exceção da vazão de carga que é aumentada de 38%.
[0079] Para cada um dos dois reatores, as distribuições de tempo de permanência são obtidas digitalmente com o software COMSOL Multiphysics 4.2a. A carga é enviada para o reator no tempo = 0 e a vazão de carga é em seguida mantida com o decorrer do tempo.
[0080] As simulações demonstram que as perdas de carga médias nos tubos de distribuição (10 mBar) e nos tubos de coleta (9 mBar) são efetivamente muito próximas (diferença de 10%).
[0081] As simulações DTS mostram por outro lado que o tempo de permanência médio da carga dentro do reator de acordo com a arte anterior e de acordo com a invenção para o qual foi aumentada a vazão nominal da carga de 38% é idêntico (Figura 7). Em outros termos, para um mesmo tamanho de reator, o reator da invenção permite passar uma vazão de carga aumentada de 38%, com igual conversão da carga (mesmo tempo de permanência). Assim graças ao conceito de reator de acordo com a invenção é possível aumentar a vazão de carga com o mesmo volume de reator e, portanto, melhorar a produtividade do reator.

Claims (16)

1. Reator (1) que se estende de acordo com um eixo vertical, caracterizado pelo fato de que ele compreende: - um recinto provido de uma zona de reação (10) de leito móvel de catalisador; - pelo menos um meio de entrada de uma carga situado acima da zona de reação (10); - pelo menos um meio de saída de um efluente produzido pela reação catalítica, situado embaixo da zona de reação (10); - pelo menos um meio de entrada (7) do catalisador próprio para introduzir o catalisador em uma parte superior da zona de reação (10); - pelo menos um meio de saída (8) do catalisador que desemboca em uma parte inferior da zona de reação (10); o reator compreendendo por outro lado na parte interna da zona de reação (10): - pelo menos dois tubos de distribuição (9) da carga, cada tubo de distribuição (9) da carga tendo uma primeira extremidade (11) em comunicação com o meio de entrada da carga e uma segunda extremidade (12) fechada, os tubos de distribuição (9) se estendendo de maneira substancialmente vertical e são projetados para permitir a passagem da carga para a zona de reação (10) e reter os catalisadores; e - pelo menos dois tubos de coleta (13) do efluente, cada tubo de coleta tendo uma primeira extremidade (14) em comunicação com o meio de saída do efluente e uma segunda extremidade (15) fechada, os tubos de coleta (13) se estendendo de maneira substancialmente vertical e são projetados para permitir a passagem do efluente para o tubo de coleta (13) e reter os catalisadores.
2. Reator de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reator (1) é formado por uma calandra (2) e o meio de entrada da carga compreende um tubo de entrada (5) em comunicação com um orifício (3) formado na calandra (2).
3. Reator de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o reator (1) é formado por uma calandra (2) e o meio de saída de um efluente compreende um tubo de saída (6) em comunicação com um orifício (4) formado na calandra (2).
4. Reator de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o reator (1) é formado por uma calandra (2) e pelo fato de que o meio de entrada (7) do catalisador e o meio de saída (8) do catalisador compreendem pelo menos um tubo aberto nas extremidades e o dito tubo (7, 8) está em comunicação com um orifício formado na calandra (2).
5. Reator de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o reator (1) é formado por uma calandra (2) e compreende um primeiro prato superior (16) solidário da calandra (2) e pelo fato de que os tubos de distribuição da carga (9) são sustentados pelo primeiro prato (16) e cada um dos tubos de distribuição (9) da carga e o meio de entrada (7) do catalisador estão respectivamente está em comunicação com um orifício formado no primeiro prato superior (16).
6. Reator de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o primeiro prato superior (16) tem uma forma troncônica.
7. Reator de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que o reator compreende por outro lado um segundo prato inferior (23) solidário da calandra (2) e a zona de reação (10) sendo definida entre os primeiro e segundo pratos e pelo fato de que os tubos de coleta (13) do efluente são sustentados pelo segundo prato inferior (23) e cada um dos tubos de coleta (13) do efluente e dos meios de saída (8) do catalisador estão em comunicação com um orifício formado no segundo prato inferior (23).
8. Reator de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o primeiro prato superior (16) e o segundo prato inferior (23) obturam respectivamente as segundas extremidade (15) dos tubos de coleta (13) do efluente e as segundas extremidades (12) dos tubos de distribuição (9) da carga.
9. Reator de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os tubos de distribuição (9) e de coleta (13) são dispostos, de acordo com um plano perpendicular ao eixo vertical, em uma pluralidade de linhas de tubos pelo fato de que cada linha de tubos é constituída ou por tubos de distribuição da carga ou por tubos de coleta do efluente e pelo fato de que uma linha constituída por tubos de coleta do efluente (13) é disposta de maneira adjacente a uma linha constituída por tubos de distribuição da carga (9).
10. Reator de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que os tubos de distribuição (9) e de coleta (13) são dispostos, de acordo com um plano perpendicular ao eixo vertical, em uma pluralidade de tubos e pelo fato de que cada linha de tubos compreende alternativamente um tubo de distribuição da carga (9) e um tubo de coleta do efluente (13).
11. Reator de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que os tubos de duas linhas adjacentes são dispostos confrontantes formando assim um passo quadrado.
12. Reator de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que os tubos de duas linhas adjacentes são dispostos de modo deslocado formando assim um passo triangular.
13. Reator de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que os tubos de distribuição (9) e de coleta (13) são dispostos, de acordo com um plano perpendicular ao eixo vertical, em uma pluralidade de fileiras concêntricas de tubos e pelo fato de que uma fileira constituída por tubos de coleta do efluente (13) é disposta de maneira adjacente a uma fileira constituída por tubos de distribuição da carga.
14. Reator de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que os tubos de distribuição (9) e de coleta (13) são dispostos, de acordo com um plano perpendicular ao eixo vertical, de acordo com uma pluralidade de fileiras concêntricas e pelo fato de que cada fileira de tubos compreende tubos de distribuição (9) e tubos de coleta (13).
15. Reator de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os tubos de distribuição e/ou de coleta (9, 13) são contíguos à calandra (2) do reator.
16. Reator de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os tubos de coleta (13) e de distribuição (9) têm uma seção circular, elipsoidal ou lenticular ou de forma quadrilátera.
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