BR102016006555B1

BR102016006555B1 - dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos para um reator catalítico com escoamento descendente e reator catalítico com escoamento descendente

Info

Publication number: BR102016006555B1
Application number: BR102016006555-0A
Authority: BR
Inventors: Philippe BEARD; Frédéric Bazer-Bachi; Cecile PLAIS; Frederic Augier; Yacine HAROUN; Jauffray DELTEIL
Original assignee: IFP Energies Nouvelles
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2020-07-28
Also published as: JP2016193425A; JP6681243B2; TWI700124B; CA2925656A1; KR20160118154A; EP3075444B1; ES2650597T3; CN106040102B; RU2690825C2; CN106040102A; RU2016111348A3; US20160288073A1; KR102520734B1; HRP20171986T1; BR102016006555A2; TW201718082A; EP3075444A1; FR3034323A1; RU2016111348A; SA116370474B1

Abstract

DISPOSITIVO DE MISTURA E DE DISTRIBUIÇÃO COM ZONAS DE MISTURA E DE TROCA. Dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos para um reator catalítico com escoamento descendente, o dispositivo compreendendo pelo menos uma zona de coleta (A), pelo menos uma zona de mistura (B), que compreende pelo menos um compartimento de mistura (15) dos fluidos, pelo menos uma zona de distribuição (C), caracterizado pelo fato de essa zona de mistura (B) ficar situada no mesmo nível que a zona de distribuição (C) e compreender, além disso, pelo menos um compartimento de troca (16) dos fluidos ligado e em comunicação com esse compartimento de mistura (15), esse compartimento de troca (16) compreendendo pelo menos uma seção de passagem lateral (17a, 17b) apta à passagem dos fluidos desse compartimento de troca (16) para essa zona de distribuição (C).

Description

Domínio técnico

[001] A presente invenção se aplica ao domínio das reações no domínio das reações exotérmicas e, mais particularmente, às reações de hidrotratamento, de hidrodessulfuração, de hidrodesnitrogenação, de hidrocraqueamento, de hidrogenação, de hidrodesoxigenação ou ainda de hidrodesaromatização realizadas em um reator em camada fixa. A invenção refere-se mais particularmente a um dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos em um reator com escoamento à cocorrente descendente e à sua utilização para realização de reações exotérmicas.

Estado da técnica

[002] As reações exotérmicas realizadas, por exemplo, em refinação e/ou em petroquímica necessitam de serem resfriadas por um fluido adicional, denominado fluido de têmpera, para evitar um emba-lamento térmico do reator catalítico, no qual elas são realizadas. Os reatores catalíticos utilizados para essas reações compreendem geralmente pelo menos uma camada de catalisador sólido. O caráter exotérmico das reações necessita de conservar um gradiente de temperatura homogênea no meio do reator, a fim de evitar a existência de pontos quentes na camada de catalisador compreendida no reator. Zonas muito quentes podem diminuir prematuramente a atividade do catalisador e/ou conduzir a reações não seletivas e/ou conduzir a em-balamentos térmicos. É, portanto, importante dispor de pelo menos uma câmara de mistura em um reator, situada entre duas camadas de catalisador, que permita uma repartição homogênea em temperatura dos fluidos sobre uma seção de reator e um resfriamento dos fluidos reacionais a uma temperatura desejada.

[003] Para efetuar essa homogeneização, o técnico é frequentemente levado a utilizar uma disposição específica de internos frequentemente complexas, comportando uma introdução do fluido de imersão a mais homogênea possível na seção do reator. Por exemplo, o do-cumento FR 2 824 495 A1 descreve um dispositivo de têmpera, permitindo assegurar uma troca eficaz entre o ou os fluidos de têmpera e o ou os fluidos do processo. Esse dispositivo é integrado em um compartimento e compreende um bastão de injeção do fluido de têmpera, uma coluna de coleta dos fluidos, a caixa de têmpera propriamente dita, operando a mistura entre o fluido de têmpera e o escoamento descendente, e um sistema de distribuição composto de uma cuba perfurada e de um prato de distribuição. A caixa de têmpera comporta um defletor que assegura a colocação em movimento turbilhonário dos fluidos, segundo uma direção sensivelmente não radial e não paralela ao eixo desse compartimento e a jusante do defletor, no sentido de circulação do fluido reacional, pelo menos uma seção de passagem de saída da mistura de fluidos formada na caixa. Esse dispositivo permite prevenir determinados inconvenientes dos diferentes sistemas da técnica anterior, mas permanece volumoso.

[004] Para prevenir o problema de volume, um dispositivo de mistura de fluidos em um reator com escoamento descendente foi desenvolvido, e é descrito no documento FR 2 952 835 A1. Esse dispositivo compreende um meio de coleta horizontal provido de um conduto de coleta vertical para receber os fluidos, um meio de injeção colocado no conduto de coleta e uma câmara de mistura anular de seção circular situada a jusante do meio de coleta no sentido de circulação dos fluidos. A câmara de mistura compreende uma extremidade de entrada ligada ao conduto de coleta e uma extremidade de saída, permitindo a passagem dos fluidos, assim como um prato de pré-distribuição horizontal que compreende pelo menos uma chaminé. A vantagem desse dispositivo é que ele é mais compacto do que aquele descrito anteriormente, e permite assegurar uma boa mistura dos fluidos e uma boa homogeneidade em temperatura.

[005] Uma finalidade da invenção é de propor um dispositivo de mistura e um dispositivo de distribuição de fluidos pouco volumosos, quando são colocados em um reator catalítico. Uma outra finalidade da presente invenção é de propor um dispositivo de mistura e de dis-tribuição que tem uma boa eficácia de mistura de fluidos e apresentando uma boa homogeneidade em temperatura, e uma boa distribuição.

[006] A requerente desenvolveu um dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos combinado, permitindo diminuir, de maneira significativa, o espaço dedicado à mistura e à distribuição de fluidos nota-damente em um reator com escoamento descendente.

Objetos da invenção

[007] Um primeiro objeto da invenção refere-se a um dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos para um reator catalítico com escoamento descendente, esse dispositivo compreendendo: -pelo menos uma zona de coleta (A) que compreende pelo menos um meio de coleta; -pelo menos um conduto de coleta sensivelmente vertical apto a receber um fluido reacional coletado por esse meio de coleta e pelo menos um meio de injeção que desemboca nesse conduto de coleta para injetar um fluido de têmpera; -pelo menos uma zona de mistura (B), situada a jusante desse conduto de coleta no sentido de circulação dos fluidos e em comunicação com esse conduto de coleta, essa zona de mistura (B) compreendendo pelo menos um compartimento de mistura dos fluidos; -pelo menos uma zona de distribuição (C) situada a jusante dessa zona de mistura (B) no sentido da circulação dos fluidos, com-preendendo um prato de distribuição que suporta uma pluralidade de chaminés;

[008] caracterizado pelo fato de essa zona de mistura (B) ficar situada no mesmo nível que a zona de distribuição (C) e compreender, além disso, pelo menos um compartimento de troca dos fluidos ligada e em comunicação com esse compartimento de mistura, esse compar-timento de troca compreendendo pelo menos uma seção de passagem lateral apta à passagem dos fluidos desse compartimento de troca para essa zona de distribuição (C).

[009] Vantajosamente, esse compartimento de mistura fica situado acima desse compartimento de troca.

[0010] De preferência, a altura total acumulada H'2 desse compartimento de mistura e desse compartimento de troca está compreendida entre 200 e 800 mm.

[0011] Vantajosamente, a largura L desse compartimento de troca está compreendida entre 200 e 800 mm.

[0012] De preferência, a seção desse compartimento de mistura e/ou desse compartimento de troca é um paralelogramo.

[0013] De preferência, a razão volume entre esse compartimento de troca e esse compartimento de mistura está compreendida entre 5 e 60%.

[0014] Vantajosamente, as seções de passagem lateral são repartidas sobre pelo menos dois níveis.

[0015] Vantajosamente, esse compartimento de mistura e compar-timento de troca formam uma única peça.

[0016] De preferência, o dispositivo, de acordo com a invenção, compreende um sistema dispersivo dos fluidos disposto embaixo desse prato de distribuição, esse sistema dispersivo compreendendo pelo menos um meio de dispersão dos fluidos.

[0017] Vantajosamente, esse meio de dispersão é uma grade, o eixo dessa grade sendo perpendicular ao eixo longitudinal do compartimento do reator.

[0018] De preferência, esse compartimento de mistura é posicionado entre dois compartimentos de troca.

[0019] De preferência, esse compartimento de mistura compreende pelo menos um meio de desvio sobre pelo menos uma das paredes internas desse compartimento de mistura.

[0020] Vantajosamente, esse compartimento de troca compreende uma pluralidade de seções de passagem horizontal apta à passagem dos fluidos dessa zona de troca no prato de distribuição.

[0021] De preferência, o ou os compartimentos e/ou o ou os mais próximos do prato de distribuição fica (m) situado(s) a uma distância "d" desse prato de distribuição compreendida entre 20 e 150 mm.

[0022] Um outro objeto da invenção refere-se a um reator catalítico com escoamento descendente que comporta um compartimento que contém pelo menos duas camadas fixas de catalisador separadas por uma zona intermediária que comporta um dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos, de acordo com a invenção.

Descrição das figuras

[0023] A figura 1 representa um corte axial de um reator catalítico com escoamento descendente, compreendendo pelo menos duas camadas de catalisador sólido, e compreendendo um dispositivo compacto de mistura e de distribuição de fluidos, conforme a técnica anterior. A seta maior representa o sentido de escoamento dos fluidos no reator.

[0024] A figura 2 representa um corte axial de um reator catalítico com escoamento descendente, compreendendo pelo menos duas camadas de catalisador sólido, e compreendendo um dispositivo compacto de mistura e de distribuição de fluidos, de acordo com a invenção. A seta maior representa o sentido de escoamento dos fluidos no reator.

[0025] A figura 3a representa uma vista detalhada dessa zona de mistura (B) do dispositivo, de acordo com a invenção, (os traços ha-churados representam as partes não visíveis da zona de mistura (B), isto é, que se acham no interior dessa zona). As setas representam o sentido do escoamento dos fluidos na zona de mistura. A figura 3b representa uma vista em perspectiva da zona de mistura (B) do dispositivo, de acordo com a invenção.

[0026] As figuras 4a a 4f representam várias alternativas da posição dos compartimentos de mistura e de troca da zona de mistura (B) do dispositivo, de acordo com a invenção. As setas representam as direções de escoamento dos fluidos para a zona de distribuição (C).

[0027] A figura 5 representa um modo de realização particular do dispositivo, de acordo com a invenção, no qual o compartimento de troca fica situado a uma distância "d" do prato de distribuição. As setas representam as direções de escoamento dos fluidos do compartimento de troca na zona de distribuição (C).

Descrição detalhada da invenção

[0028] O dispositivo compacto de mistura e de distribuição, de acordo com a invenção, é utilizado em um reator, no qual são realizadas reações exotérmicas, tais como reações de hidrotratamento, de hidrodessulfuração, de hidrodesnitrogenação, de hidrocraqueamento, de hidrogenação, de hidrodesoxigenação ou ainda de hidrodesaroma-tização. Geralmente, o reator tem uma forma alongada ao longo de um eixo sensivelmente vertical. Faz-se circular de cima para baixo desse reator pelo menos um fluido reacional (denominado também "process fluid",segundo a terminologia anglo-saxônica) através de pelo menos uma camada fixa de catalisador. Vantajosamente, na saída de cada camada com exceção da última, o fluido reacional é coletado, depois é misturado a um fluido de têmpera (denominado também "quench fluid", segundo a terminologia anglo-saxônica) nesse dispositivo antes de ser distribuído na camada de catalisador situado a jusante de um prato de distribuição. A jusante e a montante são definidos em relação ao sentido do escoamento do fluido reacional. O fluido reacional pode ser um gás ou um líquido ou uma mistura contendo líquido e gás; isto depende do tipo de reação realizada no reator.

[0029] De maneira a compreender melhor a invenção, a descrição dada a seguir a título de exemplo de aplicação refere-se a um dispositivo de mistura e de distribuição utilizado em um reator adaptado para as reações de hidrotratamento.A descrição da figura 1 refere-se a um dispositivo de mistura e de distribuição, segundo a técnica anterior, a descrição das figuras 2 a 5 refere-se a um dispositivo de mistura e de distribuição, de acordo com a invenção. As figuras 2 a 5 retomam determinados elementos da figura 1; as referências das figuras 2 a 5, idênticas àquelas da figura 1, designam os mesmos elementos. Naturalmente, o dispositivo, de acordo com a invenção, pode, sem sair do âmbito da invenção, ser utilizado em qualquer reator ou dispositivo e em qualquer domínio onde é desejável obter uma boa mistura, matéria e/ou térmica e uma boa distribuição de fluidos.

[0030] A figura 1 ilustra um dispositivo de mistura e de distribuição, conforme a técnica anterior, disposto em um reator 1 de forma alongada ao longo de um eixo sensivelmente vertical no qual se faz circular de cima para baixo pelo menos um fluido reacional através das duas camadas de catalisador 2 e 14. O fluido reacional pode ser um gás (ou uma mistura de gás) ou um líquido (ou uma mistura de líquido) ou uma mistura contendo líquido e gás. O dispositivo de mistura e de distribuição é disposto sob a camada de catalisador 2, em relação ao escoamento do fluido reacional no compartimento 1. Uma grade de suporte 3 permite sustentar essa camada de catalisador 2, de maneira a liberar um espaço de coleta (A) (denominado também zona de coleta) sob este. A altura H1 do espaço de coleta (A) é tipicamente entre 10 e 300 mm. Esse espaço de coleta ou zona de coleta (A) permite coletar o escoamento oriundo da camada de catalisador 2 no nível do meio de coleta 5. O meio de coleta 5, também denominado coluna, é uma placa cheia unicamente aberta em um local 6 para drenar o escoamento do fluido para uma câmara de mistura anular 9. O fluido reacional ori-undo da camada 2 é assim comprimido na zona de coleta (A) a passar pelo conduto de coleta vertical 7 que se comunica com a abertura 6. Um fluido de têmpera é injetado no conduto de coleta 7 via um conduto de injeção 8. O fluido de têmpera pode ser líquido ou gasoso ou mistura contendo líquido ou gás. Essa câmara anular 9 é ligada por sua extremidade de entrada ao conduto de coleta 7. O fluido de têmpera e o fluido reacional oriundo da camada superior 2 são assim forçados a pegar o caminho dessa câmara anular 9, na qual eles se misturam, sofrendo um escoamento rotativo. Na saída dessa câmara, a mistura dos fluidos escoa sobre o prato de pré-distribuição 11 situado a jusante da câmara de mistura anular 9, no sentido da circulação dos fluidos. Tipicamente, a altura H2 (conforme a figura 1) considerada entre o meio de coleta 5 e a placa de pré-distribuição 11 está compreendida entre 300 e 600 mm. A câmara de mistura anular 9 é posicionada na periferia do reator. As fases gás e líquido da mistura se separam sobre a placa perfurada 11, que é munida de uma ou de várias chaminés centrais 4 configuradas para permitir a passagem do gás. O fluido passa pelas perfurações da placa para formar um escoamento de tipo maçaneta de ducha ou chuva. O papel da placa perfurada 11 é de distribuir o escoamento que sai da câmara de mistura anular 9 para alimentar o prato de distribuição 12 de maneira relativamente equilibrada, esse prato de distribuição 12 sendo posicionado a jusante da placa de pré-distribuição 11 no sentido da circulação dos fluidos. Tipicamente a altura H3 (conforme a figura 1) medida entre a placa de pré-distribuição 11 e o prato de distribuição 12 está compreendida entre 100 e 700 mm. O prato de distribuição 12 compreende chaminés 13 que têm por papel redistribuir as fases gás e líquido na entrada da camada de catalisador 14 situada a jusante desse prato de distribuição.

[0031] O dispositivo de mistura e de distribuição, segundo a técnica anterior, compreende, portanto, uma zona de mistura e uma zona de distribuição posicionadas uma acima da outra, de maneira escalonada. A mistura dos fluidos é realizada em uma altura H2 e a distribuição dos fluidos é realizada em uma altura H3. Por conseguinte, o volume total H no compartimento 1 de um dispositivo de mistura e de distribuição, conforme a técnica anterior, é igual a H1 + H2 + H3 (conforme a figura 1).

[0032] A requerente desenvolveu um novo dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos, mais compacto que aquele descrito anteriormente, e apresentando uma boa mistura de fluidos e uma boa distribuição sobre a camada de catalisador situada embaixo desses dispositivos.

[0033] Com referência às figuras 2, 3a e 3b, o dispositivo de mistura e de distribuição, de acordo com a invenção, pode ser disposto em um reator 1 de forma alongada ao longo de um eixo sensivelmente vertical no qual se faz circular de cima para baixo pelo menos um fluido reacional através de pelo menos uma camada de catalisador 2. O dispositivo, de acordo com a invenção, é disposto sob a camada de catalisador 2, em relação ao escoamento do fluido reacional no compartimento 1. Uma grade de suporte 3 permite suportar a camada de catalisador 2, de maneira a liberar uma zona de coleta (A) disposta sob a camada de catalisador 2. A zona de coleta (A) é necessária para permitir a drenagem do fluido reacional até um conduto de coleta 7 (conforme as figuras 3a e 3b). O fluido reacional que escoa é, por exemplo, composto de uma fase gás e de uma fase líquido. Mais particularmente, o fluido reacional que atravessa a camada de catalisador 2 a montante é coletado por um meio de coleta 5 (denominado tam-bém no caso coluna de coleta) sensivelmente horizontal levando a um conduto de coleta 7 sensivelmente vertical, disposto seja embaixo da zona de coleta (A) no nível de uma zona denominada zona de mistura (B) (tal como representada na figura 3b), seja no nível da zona de coleta (A) (não representada nas figuras). Por sensivelmente vertical e por sensivelmente horizontal entende-se, no sentido da presente invenção, uma variação de um plano com a vertical, respectivamente o horizonte, de um ângulo a compreendido entre + 5 graus. O meio de coleta 5 (conforme a figura 2) é constituído de uma placa cheia disposta no plano perpendicular ao eixo longitudinal do compartimento sob a grade de suporte 3 da camada de catalisador 2. A placa do meio de coleta 5 se estende radialmente sobre toda a superfície do reator 1. Ela comporta em uma de suas extremidades uma abertura 6 (conforme as figuras 3a e 3b) à qual é ligado esse conduto de coleta 7. O meio de coleta 5 permite coletar o escoamento do fluido reacional proveniente da camada catalítica 2 a montante e dirigi-la para esse conduto de coleta 7. O meio de coleta 5 fica distante da grade de suporte 3 da camada de catalisador 2 de uma altura H'1 (figura 2). A altura H'1 é escolhida, de maneira a limitar a perda de carga, quando da coleta do fluido que escoa da camada de catalisador 2 e a limitar a altura de proteção, isto é, a altura formada pelo líquido acumulado no meio de coleta 5. A altura de proteção não modifica a drenagem do fluido reacional em direção ao conduto de coleta 7, nem seu escoamento nesse conduto, nem seu escoamento através da camada catalítica superior 2. Quando o conduto de coleta 7 e o meio de injeção 8 (figura 3b) ficam situados no nível da zona de mistura (B), a altura H'1 está compreendida entre 10 e 200 mm, de preferência, entre 30 e 150 mm, de maneira ainda mais preferida entre 40 e 100 mm. Assim, o fluido rea-cional oriundo da camada 2 é comprimido na zona de coleta (A) a passar pelo conduto de coleta 7.

[0034] Quando o conduto de coleta 7 e o meio de injeção 8 ficam situados no nível da zona de coleta (A), a altura H'1 está compreendida entre 10 e 400 mm, de preferência, entre 30 e 300 mm, e ainda, mas preferencialmente entre 50 e 250 mm.

[0035] Embaixo da zona de coleta (A) se acha uma zona de mistura (B) e uma zona de distribuição (C). Reportando-se às figuras 3a e 3b, a zona de mistura (B) compreende um conduto de coleta 7 sensivelmente vertical apto a receber o fluido reacional coletado por meio de coleta 5 e o fluido de têmpera proveniente do meio de injeção 8 (conforme a figura 3b), que desemboca nesse conduto de coleta 7.

[0036] A zona de mistura (B) compreende, além disso, um compartimento de mistura 15 (conforme as figuras 2 e 3a) situado a jusante do meio de coleta 5 no sentido de circulação dos fluidos. O conduto de coleta 7, que está em comunicação com o compartimento de mistura 15, pode ficar situado acima do compartimento de mistura 15 ou no mesmo nível que esse compartimento. De preferência, o conduto de coleta 7 fica situado no mesmo nível que o compartimento de mistura 15 (conforme notadamente a figura 3a). Da mesma forma, o conduto de injeção 8 pode desembocar acima do compartimento de mistura 15, no mesmo nível que esse compartimento ou diretamente no interior desse compartimento de mistura 15 por intermédio de um dispositivo conhecido do técnico, por exemplo, um tubo perfurado que atravessa a zona de mistura 15. A injeção de fluido de têmpera pode ser realizada à cocorrente, em corrente 15. A injeção do fluido de têmpera pode ser realizada à cocorrente, em corrente cruzada, até mesmo em contracor-rente em relação ao fluido reacional proveniente da zona de coleta (A).

[0037] A zona de distribuição (C) compreende um prato de distribuição 12 que suporta uma pluralidade de chaminés 13.

[0038] Uma característica da presente invenção reside na colocação da zona de mistura (B) no mesmo nível que a zona de distribuição (C), e pelo fato de essa zona de mistura (B) ser constituída de um compartimento de mistura 15 dos fluidos ligado e em comunicação com um compartimento de troca 16 dos fluidos (conforme as figuras 2 e 3a), o compartimento de troca 16 ficando situado a jusante do compartimento de mistura 15 no sentido da circulação dos fluidos. No sentido da invenção, entende-se por compartimento de mistura 15, o espaço no qual se realiza a mistura entre o fluido reacional e o fluido de têmpera. Entende-se por compartimento de troca 16, o espaço no qual o fluido reacional e o fluido de têmpera misturados estão em contato direto com a zona de distribuição (C), via as seções de passagem lateral 17a e/ou 17b (descritas a seguir).

[0039] A configuração da zona de mistura (B) permite a mistura dos fluidos no compartimento de mistura 15 e o escoamento dessa mistura em direção ao compartimento de troca 16. A mistura entre o fluido reacional e fluido de têmpera continua a se efetuar no nível do compartimento de troca 16. Reportando-se às figuras 3a e 3b, o com-partimento de troca 16 compreende pelo menos uma seção de passagem lateral 17a ou 17b apta para a passagem dos fluidos da zona de mistura (B) na zona de distribuição (C). De preferência, o compartimento de mistura 16 compreende pelo menos duas seções de passagem lateral 17a e 17b. Assim, só o compartimento de troca 16 fica em contato direto com a zona de distribuição (C). As seções de passagem lateral 17a permitem notadamente a passagem do líquido do compartimento de troca 16 para a zona de distribuição (C) e as seções de passagem lateral 17b permitem notadamente a passagem do gás do compartimento de troca 16 para a zona de distribuição (C).

[0040] A seção do compartimento de mistura 15 e aquela do compartimento de troca 16 podem ser de seção com quatro lados, de preferência, de seção trapezoidal e, mais preferencialmente de seção em paralelogramo ou de seção circular. Por seção trapezoidal, entende-se qualquer seção com quatro lados dos quais dois lados opostos dessa seção são paralelos dois a dois. Por seção em paralelogramo, enten-de-se qualquer seção com quatro lados dos quais os lados opostos dessa seção são paralelos dois a dois, por exemplo, a seção em para-lelogramo pode ser uma seção retangular, uma seção quadrada ou uma seção em losango. Por seção circular, entende-se uma seção em forma de círculo ou em oval. Independentemente da forma da seção do compartimento de mistura 15 e do compartimento de troca 16, a altura ou o diâmetro dessa câmara será escolhida de maneira a limitar ao máximo a perda de carga e de maneira a limitar o volume espacial no reator. Vantajosamente, a seção do compartimento de mistura 15 e o compartimento de troca 16 são retangulares (conforme as figuras 2 a 5). A seção retangular dos compartimentos, além de uma confecção mecânica facilitada, permite sua fabricação e sua ligação parcial no exterior do reator, permitindo na sequência sua inserção no reator, de maneira facilitada. A seção do compartimento de mistura 15 pode ser diferente da seção do compartimento de troca 16 (conforme as figuras 4b, 4c, 4e e 4f).

[0041] A forma do compartimento de mistura 15 e do compartimento de troca 16 pode ser qualquer uma. As paredes do compartimento de mistura 15 e do compartimento de troca 16 podem notada-mente se propagar em uma direção reta (forma em "I"), ou ser curvada (forma em "C") ou ainda apresentar ângulos (forma em "L"). A zona de mistura (B) pode ficar situada em qualquer lugar no nível da zona de distribuição (C). Por exemplo, a zona de mistura (B) pode ser posicionada no centro da zona de distribuição (C) ou pode ser defasada desta última posição. Assim, o comprimento do compartimento de mistura e de troca é determinado pelo técnico, em função de sua posição no compartimento do reator 1. Vantajosamente, as extremidades dos compartimentos de mistura 15 e de troca 16 não estão em contato com a parede do compartimento do reator 1, de maneira a permitir a circulação dos fluidos sobre o prato de distribuição 12 de ambos os lados dos compartimentos de mistura 15 e de troca 16.

[0042] Em um modo de realização, de acordo com a invenção, o compartimento de mistura 15 fica situado acima desse compartimento de troca 16 (tal como representado nas figuras 2, 3a e 3b). O compartimento de mistura 15 pode também ficar situado embaixo desse compartimento de troca 16 (conforme a figura 4a). Em um outro modo de realização, de acordo com a invenção, a zona de mistura (B) pode compreender um compartimento de mistura 15 e uma pluralidade de compartimentos de troca 16. Por exemplo, os compartimentos de troca 16 podem ser posicionados de ambos os lados do compartimento de mistura 15 (conforme a figura 4c). Pelo menos uma abertura 18 (conforme a figura 3a) é feita na zona de mistura (B) para permitir a passagem da mistura dos fluidos do compartimento de mistura 15 em direção ao compartimento de troca 16. A posição, a forma e a dimensão da abertura são escolhidas pelo técnico, a fim de limitar a perda de carga, quando do escoamento da mistura dos fluidos.

[0043] Vantajosamente, o compartimento de mistura 15 e o ou os compartimentos de troca 16 constituem uma única peça.

[0044] Em um outro modo de realização, de acordo com a invenção, o compartimento de mistura 15 pode compreender um ou vários níveis (dois níveis no âmbito da figura 4d). Quando a câmara de mistura 15 compreende vários níveis, a passagem dos fluidos de um nível ao outro é realizada por um intermédio de pelo menos uma seção de passagem (não representada na figura 4d) de tipo perfurações ou fendas; a superfície dessa seção de passagem sendo escolhida de tal maneira que ela perturba o escoamento dos fluidos, sem para tanto induzir uma perda de carga importante. A posição, a forma e a dimensão da seção ou das seções de passagem entre dois níveis da zona de mistura 15 é (são) escolhida (s) pelo técnico a fim de limitar a perda de carga, quando do escoamento da mistura dos fluidos.

[0045] De acordo com a invenção, a altura H'2 total acumulada desse compartimento de mistura 15 e desse compartimento de troca 16 está compreendida entre 200 e 800 mm, de preferência, entre 300 e 750 mm, e ainda mais preferencialmente entre 350 e 750 mm.

[0046] De preferência, a largura "L" (conforme a figura 3a) do compartimento de troca 16 está compreendida entre 200 e 800 mm, de preferência, entre 250 e 700 mm, e ainda mais preferencialmente entre 300 e 600 mm.

[0047] A razão dos volumes (em %) entre o ou os compartimentos de troca 16 e o compartimento de mistura 15 está compreendida entre 5 e 60%, de preferência, entre 10 e 40%.

[0048] A zona de distribuição (C), que se estende em uma altura H'3 (conforme a figura 2), compreende um prato de distribuição 12 (denominado também no caso prato distribuidor ou placa de distribuição) e uma pluralidade de chaminés 13. Mais precisamente, as chaminés 13 são abertas em sua extremidade superior por uma abertura superior e apresentam ao longo de sua parede lateral uma série de orifícios laterais (não representada nas figuras ) destinadas à passagem separada da fase líquida (pelos orifícios) e a fase gás (pela abertura superior) no interior de chaminés, de maneira a realizar sua mistura íntima no interior dessas chaminés. A forma dos orifícios laterais pode ser muito variável, geralmente circular ou retangular, esses orifícios sendo preferencialmente repartidos em cada uma das chaminés, segundo vários níveis sensivelmente idênticos de uma chaminé à outra, geralmente pelo menos um nível, e, de preferência, de um a dez níveis, de maneira a permitir o estabelecimento de uma interface tão re-guiar quanto possível entre a fase gás e a fase líquida.

[0049] Em relação ao dispositivo de mistura e de distribuição da técnica anterior, o dispositivo de mistura e de distribuição, de acordo com a invenção, não compreende placas de pré-distribuição 11 munidas de chaminés. Com efeito, de acordo com um aspecto essencial do dispositivo, de acordo com a invenção, a zona de mistura (B) é posici-onada no mesmo nível que a zona de distribuição (C). O dispositivo de mistura e de distribuição, conforme a invenção, é, portanto, significativamente mais compacto em relação àqueles conhecidos da técnica anterior. Em relação ao dispositivo, segundo a técnica anterior, tal como ilustrado na figura 1, o volume total do dispositivo de mistura e de distribuição, de acordo com a invenção, é H = H'1 + H'3 (conforme a figura 2).

[0050] Em um modo de realização, de acordo com a invenção, o ou os compartimentos 15 ou 16 o ou os mais próximos do prato de distribuição 12 é (são) posicionado (s) diretamente sobre o prato de distribuição 12 (conforme a figura 2).

[0051] Em um outro modo de realização (conforme a figura 5), o ou os compartimentos 15 e/ou 16 o ou os mais próximos do prato de distribuição 12 fica (m) situado (s) a uma distância "d" desse prato de distribuição 12, de preferência, compreendida entre 20 e 150 mm, e mais preferencialmente compreendida entre 30 e 80 mm. O espaço compreendido entre o prato de distribuição 12 e o ou os compartimentos 15 e/ou 16 permite a distribuição dos fluidos sobre toda a superfície do prato distribuidor 12, e, portanto, permite homogeneizar a distri-buição da mistura dos fluidos sobre toda a seção do reator acima da camada de catalisador 14 situada a jusante do dispositivo de mistura e de distribuição, no sentido da circulação dos fluidos. Nesse modo de realização, o compartimento de troca 16 pode compreender em sua parte inferior seções de passagem longitudinal (não representadas na figura 5), a fim de que a mistura dos fluidos possa escoar em direção ao prato de distribuição 12 (o escoamento dos fluidos estando repre-sentado pelas setas horizontais na figura 5).

[0052] Alternadamente, quando o compartimento de troca 16 é diretamente colocado sobre o prato de distribuição 12, esse compartimento de troca pode compreender em sua parte inferior seções de passagem longitudinal (não representadas nas figuras), a fim de que a mistura dos fluidos possa atravessar diretamente o prato de distribuição 12. Naturalmente, o número, a forma e o tamanho das seções de passagem longitudinal são escolhidos, de maneira que uma fração minoritária do fluxo de mistura de fluidos atravesse essas seções de passagem longitudinal. As seções de passagem longitudinal podem tomar indiferentemente a forma de orifícios e/ou de fendas.

[0053] De preferência, o compartimento de mistura 15 pode compreender pelo menos um meio de desvio (não representado nas figuras) sobre pelo menos uma das paredes internas desse compartimento de mistura. A presença de pelo menos um meio de desvio da mistura de fluidos que atravessam esse compartimento de mistura 15 permite aumentar a superfície de troca entre as duas fases e, portanto, a eficácia das transferências de calor e de matéria entre as fases líquidas e/ou gasosas que atravessa esse compartimento de mistura 15. Esse meio de desvio pode se apresentar sob várias formas geométricas que permitem melhorar a eficácia do compartimento de mistura, naturalmente que essas formas permitem um desvio pelo menos em parte do trajeto da mistura de fluidos que atravessa esse compartimento de troca 15. Por exemplo, o meio de desvio pode se apresentar sob a forma de uma chicana, de seção triangular, quadrada, retangular, em ovoide ou qualquer outra forma de seção. O meio de desvio pode também se apresentar sob a forma de uma ou várias alhetas de uma ou várias pás fixas ou bem uma grade.

[0054] Embaixo do prato de distribuição 12, um sistema de dispersão pode ser posicionado, de maneira a distribuir os fluidos uniformemente sobre a camada de catalisador 14 situada a jusante desse sistema. O sistema de dispersão pode compreender um ou vários dispositivos de dispersão 19 (conforme a figura 2) que podem ser associados a cada chaminé 13, ser em comum a várias chaminés 13, ou ainda ser em comum ao conjunto das chaminés 13 do prato de distribuição 12. Cada dispositivo de dispersão 19 tem uma geometria sensivelmente plana e horizontal, mas pode ter um perímetro de qualquer forma. Por outro lado, cada dispositivo de dispersão 19 pode ficar situado em diferentes alturas. Vantajosamente, esse dispositivo de dispersão se apresenta sob a forma de grades, e/ou pode compreender eventualmente defletores. Vantajosamente, o eixo da ou das grades 19 é preferencialmente perpendicular ao eixo longitudinal do compartimento do reator, a fim de melhorar a distribuição da mistura dos fluidos sobre toda a seção radial do compartimento do reator. A distância que separa o sistema de dispersão da camada de sólidos granulares situado imediatamente abaixo é escolhida, de maneira a conservar o estado de mistura das fases gasosas e ainda tanto quanto possíveis, tal como está na saída das chaminés 13.

[0055] De preferência, a distância entre o prato de distribuição 12 e a camada de catalisador 14 situada embaixo desse prato de distribuição está compreendida entre 50 e 400 mm, de preferência, entre 100 e 300 mm. A distância entre o prato do distribuidor 12 e o dispositivo de dispersão 19 está compreendida entre 0 e 400 mm, de preferência, entre 0 e 300 mm.

[0056] Em um modo de realização particular, o prato de distribuição 12 é colocado sobre o dispositivo de dispersão 19.

[0057] Em relação aos dispositivos descritos na técnica anterior, e ainda mais particularmente em relação ao dispositivo divulgado no do-cumento FR 2 952 835, o dispositivo de mistura e de distribuição, de acordo com a invenção, apresenta as seguintes vantagens: -uma compacidade aumentada, devido à integração à mesma altura da zona de mistura e da zona de distribuição dos fluidos; -uma boa eficácia térmica e uma boa eficácia de mistura graças ao escoamento da mistura dos fluidos em uma zona de mistura compreendendo um compartimento de mistura, que comporta eventualmente meios de desvio dos fluidos, e um ou vários compartimentos de troca situados no nível do prato de distribuição.

Exemplo

[0058] Nos exemplos seguintes, compara-se o dispositivo, não de acordo com a invenção (Dispositivo A) com um dispositivo, de acordo com a invenção (Dispositivo B). Para os dois dispositivos, considera-se que a altura H1 do espaço de coleta (A) é idêntica e é igual a 120 mm. Da mesma forma, o conduto de coleta 7 e o meio de injeção 8 ficam situados no mesmo nível que a zona de mistura (B). Do mesmo modo, a altura entre o prato de distribuição 12 e a altura da camada 14 é fixada em 400 mm. As comparações entre esses dois dispositivos se baseiam em sua compacidade em um reator catalítico. Esses exemplos são apresentados, no caso, a título de ilustração e não limitam de modo nenhum o alcance da invenção.

Dispositivo A (não de acordo com a invenção)

[0059] Para um diâmetro interno de reator de 5 m, o volume de um dispositivo de mistura clássica, tal como divulgado no documento FR 2 952 835 A1, compreendido entre a extremidade superior do conduto de coleta 7 e o prato de pré-distribuição 11 é de aproximadamente 650 mm (correspondente à altura H2). O volume total é de aproximadamente 950 mm, acrescentando-se o volume do prato de distribuição 12 situado embaixo da placa de pré-distribuição 11 (correspondente a uma altura H3 = 300 mm).

[0060] Assim, o volume total de um dispositivo de mistura e de distribuição clássica, considerado entre a parte de baixo da primeira camada catalítica 2 e o alto da segunda camada catalítica 14 é de 120 + 950 + 400 = 1470 mm.

Dispositivo B (de acordo com a invenção)

[0061] Para o diâmetro de reator de 5 m, a altura do dispositivo de distribuição e de mistura, de acordo com a invenção, compreendida entre a extremidade superior do conduto de coleta 7 e o prato de distribuição 12 é de 450 mm (correspondente à altura H'3). A zona de mistura (B) é constituída de um compartimento de mistura 15 que compreende dois níveis de 150 mm de altura cada uma, e um compartimento de troca 16 de 150 mm de altura (correspondente a uma altura H'2 de 150 + 150 + 150 = 450 mm). A largura "L" do compartimento de mistura 15 e do compartimento de troca 16 é de 400 mm. O compartimento de troca 16 é conectado ao prato de distribuição (C) por intermédio de seções de passagem lateral 17a e 17b situadas entre 0 e 10 mm acima do prato, (para as seções de passagem 17a). Assim, o volume total do dispositivo de mistura e de distribuição, de acordo com a invenção, considerado entre a parte inferior da primeira camada catalítica 2 e o alto da segunda camada catalítica 14 é de 120 + 450 + 400 = 970 mm.

[0062] Assim, a título de comparação, o dispositivo, de acordo com a invenção, permite um ganho de espaço de 34% em relação ao dispositivo A. O espaço ganho pela compacidade do dispositivo, de acordo com a invenção, em relação ao dispositivo da técnica anterior pode ser assim utilizado para as camadas de catalisador.

[0063] Assim, o dispositivo, de acordo com a invenção, permite melhorar também os desempenhos de um reator por um aumento da quantidade de catalisador nas camadas catalíticas, sendo fabricado e instalado mais facilmente que o mesmo dispositivo, de acordo com a técnica anterior.

Claims

1. Dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos para um reator catalítico com escoamento descendente, o dispositivo compreendendo: -pelo menos uma zona de coleta (A) que compreende pelo menos um meio de coleta (5); -pelo menos um conduto de coleta (7) sensivelmente vertical apto a receber um fluido reacional coletado por esse meio de coleta (5) e pelo menos um meio de injeção (8) que desemboca nesse conduto de coleta (7) para injetar um fluido de têmpera; -pelo menos uma zona de mistura (B), situada a jusante desse conduto de coleta (7) no sentido de circulação dos fluidos e em comunicação com esse conduto de coleta (7), essa zona de mistura (B) compreendendo pelo menos um compartimento de mistura (15) dos fluidos; -pelo menos uma zona de distribuição (C) situada a jusante dessa zona de mistura (B) no sentido da circulação dos fluidos, compreendendo um prato de distribuição (12) que suporta uma pluralidade de chaminés (13); caracterizado pelo fato de essa zona de mistura (B) ficar situada no mesmo nível que a zona de distribuição (C) e compreender, além disso, pelo menos um compartimento de troca (16) dos fluidos ligado e em comunicação com esse compartimento de mistura (15), esse compartimento de troca (16) compreendendo pelo menos uma seção de passagem lateral (17a, 17b) apta à passagem dos fluidos desse compartimento de troca (16) para essa zona de distribuição (C).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de esse compartimento de mistura (15) ficar situado acima desse compartimento de troca (16).

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, carac-terizado pelo fato de a altura total acumulada H'2 desse compartimento de mistura (15) e desse compartimento de troca (16) estar compre-endida entre 200 e 800 mm.

4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de a largura L desse compartimento de troca (16) estar compreendida entre 200 e 800 mm.

5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de a seção desse compartimento de mistura (15) e/ou desse compartimento de troca (16) ser um paralelogramo.

6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de a razão volume entre esse compartimento de troca (16) e esse compartimento de mistura (15) estar compreendida entre 5 e 60%.

7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de as seções de passagem lateral (17a, 17b) serem repartidas sobre pelo menos dois níveis.

8. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de esse compartimento de mistura (15) e esse compartimento de troca (16) formarem uma única peça.

9. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de compreender um sistema disperso dos fluidos disposto embaixo desse prato de distribuição (12), esse sistema dispersivo compreendendo pelo menos um meio de dispersão (19) dos fluidos.

10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de esse meio de dispersão (19) ser uma grade, o eixo dessa grade sendo perpendicular ao eixo longitudinal do compartimento do reator.

11. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de esse compartimento de mis-tura (15) ser posicionado entre dois compartimentos de troca (16).

12. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de esse compartimento de mistura (15) compreender pelo menos um meio de desvio sobre pelo menos uma ou umas paredes internas desse compartimento de mistura (15).

13. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de esse compartimento de troca (16) compreender uma pluralidade de seções de passagem horizontal apta à passagem dos fluidos dessa zona de troca (16) no prato de dis-tribuição (12).

14. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de o ou os compartimentos (15) e/ou (16) o ou os mais próximos do prato de distribuição (12) ser (em) situados a uma distância "d" desse prato de distribuição (12) compre-endida entre 20 e 150 mm.

15. Reator catalítico com escoamento descendente que comporta um compartimento (1), caracterizado pelo fato de conter pelo menos duas camadas fixas de catalisador (2, 14) separadas por uma zona intermediária que comporta um dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14