BR102016006808A2

BR102016006808A2 - dispositivo de mistura e de distribuição compreendendo um prato de distribuição com aberturas periféricas

Info

Publication number: BR102016006808A2
Application number: BR102016006808A
Authority: BR
Inventors: Cecile Plais; Frederic Augier; Frédéric BAZER-BACHI; Philippe Beard; Yacine Haroun
Original assignee: IFP Energies Nouvelles
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2016-03-28
Publication date: 2016-10-04
Also published as: FR3034324A1; RU2016111347A; HRP20171984T1; PT3075443T; KR20160118153A; RU2690828C2; US20160288072A1; RU2016111347A3; CA2925657A1; FR3034324B1; ES2650215T3; EP3075443B1; SA116370475B1; CA2925657C; CN106040106A; US10010843B2; BR102016006808B1; KR102520293B1; CN106040106B; EP3075443A1

Abstract

a presente invenção refere-se a um dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos para um reator catalítico com escoamento descendente, esse dispositivo compreendendo uma zona de coleta (a), uma zona de mistura (b), e uma zona de distribuição (c) compreendendo um prato de distribuição (12) que comporta pelo menos uma primeira zona (c1) que suporta uma pluralidade de chaminés (13) e uma segunda zona (c2); essa zona de mistura (b) está compreendida em um compartimento anular (15) situado na zona de distribuição (c), essas zonas de mistura (b) e de distribuição (c) sendo delimitadas por pelo menos uma parede anular (16) que compreende pelo menos uma seção de passagem lateral (17a, 17b) apta à passagem dos fluidos dessa zona de mistura (b) à primeira zona (c1) dessa zona de distribuição (c), e a segunda zona (c2) compreende uma pluralidade de aberturas (18) aptas à passagem em parte dos fluidos fora da zona de distribuição (c).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE MISTURA E DE DISTRIBUIÇÃO COMPREENDENDO UM PRATO DE DISTRIBUIÇÃO COM ABERTURAS PERIFÉRICAS". Domínio técnico [0001] A presente invenção se aplica no domínio das reações exo-térmicas e, mais particularmente, às reações de hidrotratamento, de hidrodessulfuração, de hidrodesnitrogenação, de hidrocraqueamento, de hidrogenação, de hidrodesoxigenação ou ainda de hidrodesaroma-tização realizadas em um reator com camada fixa. A invenção se refere mais particularmente a um dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos em um reator com escoamento descendente e à sua utilização para realização de reações exotérmicas.

Estado da Técnica [0002] 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.

[0003] Para efetuar essa homogeneização, o versado na arte é frequentemente levado a utilizar uma disposição específica de internos, frequentemente complexas, comportando uma introdução do fluido de têmpera o mais homogêneo possível na seção do reator. Por exemplo, o documento 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 turbi-Ihonário 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.

[0004] 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 anteri- ormente, e permite assegurar uma boa mistura dos fluidos e uma boa homogeneidade em temperatura.

[0005] 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 distribuição que tem uma boa eficácia de mistura de fluidos e apresentando uma boa homogeneidade em temperatura, e uma boa distribuição.

[0006] 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 [0007] Um primeiro objeto da invenção se refere 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, essa zona de mistura (B) compreendendo pelo menos uma câmara de mistura ligada ao conduto de coleta e uma extremidade de saída para evacuar 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 se estende radialmente em toda a seção do compartimento do reator, esse prato de distribuição comportando pelo menos uma primeira zona (C1) que suporta uma pluralidade de chaminés e uma segunda zona (C2); caracterizado pelo fato de essa zona de mistura (B) ficar compreendida em um compartimento anular situado na zona de distribuição (C), essas zonas de mistura (B) e de distribuição (C) sendo delimitadas por pelo menos uma parede anular que compreende pelo menos uma seção de passagem lateral apta à passagem dos fluidos dessa zona de mistura (B) à primeira zona (C1) dessa zona de distribuição (C), e pelo fato de a segunda zona (C2) dessa zona de distribuição (C) compreender uma pluralidade de aberturas aptas à passagem em parte dos fluidos fora da zona de distribuição (C).

[0008] Vantajosamente, esse compartimento anular ficar situado à uma distância D do prato de distribuição compreendida entre 50 e 200 mm.

[0009] De preferência, essa parede anular desse compartimento anular é posicionada a uma distância d2 do compartimento do reator, a distância d2 variando de 2% a 20% do diâmetro do reator.

[0010] Vantajosamente, essa câmara de mistura é posicionada a uma distância dl do compartimento do reator, essa distância dl estando compreendida entre 5 e 300 mm.

[0011] De preferência, a altura desse compartimento anular está compreendida entre 200 e 800 mm.

[0012] Vantajosamente, essa parede anular compreende uma pluralidade de seções de passagem lateral repartidas sobre pelo menos dois níveis.

[0013] De preferência, a parede anular do compartimento anular é sensivelmente cilíndrica.

[0014] Vantajosamente, a seção da câmara de mistura é de seção em paralelogramo.

[0015] De preferência, a seção da câmara de mistura apresenta uma relação entre a altura "h" da seção e a largura "I" dessa seção está compreendida entre 0,2 e 5,0.

[0016] Em um outro modo de realização, essa câmara de mistura é de seção em círculo e é tal que o diâmetro "d" dessa câmara de mistura está compreendida entre 0,05 e 0,5 m.

[0017] Vantajosamente, o dispositivo, de acordo com a invenção, compreende duas câmaras de mistura.

[0018] De preferência, essa câmara de mistura compreende pelo menos um meio de desvio dos fluidos sobre pelo menos uma das paredes internas dessa câmara de mistura.

[0019] Vantajosamente, o dispositivo de acordo com a invenção, compreende, além disso, um sistema dispersivo disposto abaixo desse prato de distribuição, esse sistema dispersivo compreendendo pelo menos um dispositivo de dispersão.

[0020] Vantajosamente, essas zonas de mistura (B) e de distribuição (C) são delimitadas por duas paredes anulares que compreendem pelo menos uma seção de passagem lateral apta â passagem dos fluidos dessa zona de mistura (B) â primeira zona (Cl) dessa zona de distribuição (C).

[0021] Um outro objeto da invenção se refere a um reator catalítico com escoamento descendente que comporta um compartimento contendo pelo menos duas camadas fixas de catalisador separadas por uma zona de intermediária que comporta um dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos, de acordo com a invenção.

Descrição das figuras [0022] A figura 1 representa um corte axial de um reator catalítico com escoamento descendente que compreende pelo menos duas camadas de catalisador sólido, e compreendendo um dispositivo com- pacto de mistura e de distribuição de fluidos, conforme a técnica anterior. A seta maior representa o sentido de escoamento dos fluidos no reator.

[0023] 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 aumentada representa o sentido de escoamento dos fluidos no reator. Na figura 2, por precaução de clareza, a câmara de mistura não foi representada.

[0024] A figura 3 representa uma seção do dispositivo compacto de mistura e de distribuição de fluidos, segundo o corte representado pela linha X-X em pontilhado na figura 2.

[0025] A figura 4 representa um corte axial do dispositivo de mistura e de distribuição, de acordo com a invenção.

Descrição detalhada da invenção [0026] 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, ou ainda de hidrodesaromatização. 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 de catalisador. 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 que contém líquido e gás; isto depende do tipo de reação realizada no reator.

[0027] De maneira a compreender melhor a invenção, a descrição dada a seguir a título de exemplo de aplicação se refere a um dispositivo de mistura e de distribuição utilizado em um reator adaptado para as reações de hidrotratamento. A descrição da figura 1 se refere a um dispositivo de mistura e de distribuição, de acordo com a técnica anterior, a descrição das figuras 2 a 4 se refere a um dispositivo de mistura e de distribuição, de acordo com a invenção. As figuras 2 a 4 retomam determinados elementos da figura 1; as referências das figuras 2 a 4, 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 e uma boa distribuição de fluidos.

[0028] 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 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 levar a camada de catalisador 2, de maneira a liberar um espaço de coleta (A) sob este (denominado também zona de coleta) (A)). A altura H1 do espaço de coleta (A) está tipicamente compreendida entre 10 e 300 mm. Esse espaço de coleta ou zona de coleta (A) permite coletar ο 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 reaci-onal oriundo da camada 2 fica 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 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 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 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 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 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, 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.

[0029] 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) [0030] A requerente desenvolveu um novo dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos, mais compacto que aquele descrito anteriormente, e apresentando uma boa mistura das fases e uma boa distribuição sobre a camada de catalisador situado embaixo desses dispositivos.

[0031] A figura 2 representa um dispositivo de mistura e de distribuição, de acordo com a invenção, 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 (que será descrito a seguir). O fluido reacional que escoa é, por exemplo, composto de uma fase gás e de uma fase líquida. Mais particularmente, o fluido reacional que atravessa a camada de catalisador 2 a montante é coletado por um meio de coleta 5 (denominado também no caso coluna de coleta) sen- sivelmente horizontal levando a um conduto de coleta 7 sensivelmente vertical, disposta seja embaixo da zona de coleta (A) no nível de uma zona denominada zona de mistura (B) (tal como representada na figura 2), seja no nível da zona de coleta (A) (não representada nas figuras). Por sensivelmente vertical e por sensivelmente horizontal enten-de-se, no sentido da presente invenção, uma variação de um plano com a vertical, respectivamente a horizontal de um ângulo Θ compreendido entre + 5 graus. O meio de coleta 5 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 em sua extremidade uma abertura 6 à qual é ligada 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 de dirigi-lo 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. 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 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 reacional oriundo da camada 2 é comprimido na zona de coleta (A) a passar pelo conduto de coleta vertical 7. Quando o conduto de coleta 7 e o meio de injeção 8 ficam situados no nível da zona de coleta (A), a altura ΗΊ está compreendida entre 10 e 400 mm, de preferência, entre 30 e 300 mm, e ainda, mais preferencialmente entre 50 e 250 mm.

[0032] Embaixo da zona de coleta (A) se encontra uma zona de mistura (B) e uma zona de distribuição (C). A zona de mistura (B) compreende uma câmara de mistura 9 (conforme a figura 3) situada a jusante do meio de coleta 5 no sentido de circulação dos fluidos. A câmara de mistura 9 compreende uma extremidade de entrada diretamente ligada ao conduto de coleta 7 e uma extremidade de saída 10 para evacuar os fluidos. As considerações técnicas do conduto de coleta 7 e do meio de injeção 8 são idênticas àquelas do dispositivo de mistura e de distribuição, de acordo com a técnica anterior.

[0033] A zona de distribuição (C) compreende um prato de distribuição 12 que se estende radialmente sobre toda a seção do compartimento do reator. O prato de distribuição 12 comporta uma primeira zona (Cl) que suporta uma pluralidade de chaminés 13 e uma segunda zona (C2), situada na periferia do compartimento do reator.

[0034] Uma característica da presente invenção reside na colocação da zona de mistura (B) no mesmo nível que a zona de distribuição (C), essas zonas de mistura (B) e de distribuição (C) sendo delimitadas por pelo menos uma parede anular 16 que compreende pelo menos uma seção de passagem lateral apta à passagem dos fluidos dessa zona de mistura (B) para essa zona de distribuição (C).

[0035] Em uma primeira variante de realização da invenção, a zona de mistura (B) é posicionada em um compartimento anular 15 que compreende essa parede anular 16, na periferia do compartimento do reator, disposto de maneira concêntrica ao comprimento do reator, compreendendo pelo menos uma parede anular 16, delimitando internamente essa primeira zona (Cl) da zona de distribuição (C), de preferência, sensivelmente cilíndrica. A parede anular 16 compreende, pelo menos, uma seção de passagem lateral 17a ou 17b apta à pas- sagem dos fluidos da zona de mistura (B) à zona de distribuição (C). De preferência, a parede anular 16 compreende pelo menos duas seções de passagem lateral 17a e 17b.

[0036] A extremidade de saída 10 da câmara de mistura 9 (Cf. figura 3) desemboca no compartimento anular 15. A configuração da câmara de mistura 9 na zona de mistura (B) permite um escoamento tangencial da mistura de fluidos, ao mesmo tempo, na própria câmara de mistura e no compartimento anular 15, esse escoamento tangencial permitindo otimizar a eficácia da mistura. Assim, a mistura entre o fluido reacional e o fluido de têmpera continua a se efetuar no nível do compartimento anular 15. As dimensões do compartimento anular 15 são escolhidas de tal maneira que permitem a rotação da mistura dos fluidos nesse compartimento anular 15, antes de penetrar na zona de distribuição (C). De acordo com a invenção, a altura H'2 do compartimento anular 15 está compreendida entre 200 e 800 mm, de preferência, entre 300 e 700 mm, e ainda mais preferencial mente entre 300 e 600 mm.

[0037] Em um modo de realização particular (não representado nas figuras), o compartimento anular 15 pode ser seccionado, isto é, esse compartimento compreende duas extremidades. Nesse modo de realização, o comprimento do compartimento anular 15, definido pelo ângulo formado pelos planos que passam pelas duas extremidades desse compartimento pode estar compreendido entre 270 e 360 graus, de preferência, entre 315 e 360 graus.

[0038] Em um modo de realização particular (não representado nas figuras), o compartimento anular 15 da zona de mistura (B) compreende pelo menos uma abertura (perfuração), de preferência, uma pluralidade de aberturas, permitindo coletar pelo menos em parte os fluidos da câmara de mistura 9 que desembocam no compartimento anular 15 e distribuir pelo menos em parte os fluidos na periferia do compartimento acima da segunda zona (C2) do prato de distribuição 12.

[0039] O compartimento anular 15 envolve internamente a primeira zona (Cl) da zona de distribuição (C) que compreende uma pluralidade de chaminés 13 suportada pelo prato de distribuição 12. Mais precisamente, as chaminés 13 são abertas em sua extremidade superior por uma abertura superior e apresentam ao longo de sua parede lateral uma serie de orifícios laterais (não representada nas figuras). Os orifícios laterais e as aberturas superiores são destinados, respectivamente, à passagem separada da fase líquida (pelos orifícios) e da fase gás (pela abertura superior ao interior das 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 sobre cada uma das chaminés, segundo vários níveis sensivelmente idênticos de uma chaminé á outra, geralmente pelo menos um nível, e de preferência, de 2 a 10 níveis, de maneira a permitir o estabelecimento de uma interface tão regular quanto possível entre a fase gás e a fase líquido.

[0040] O compartimento anular 15 fica situado a uma distância D do prato de distribuição 12, a distância D estando compreendida entre 50 e 200 mm, de preferência, entre 50 e 150 m, e ainda mais preferencialmente entre 100 e 150 m (conforme figuras 2 ou 4).

[0041] 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 placa de pré-distribuição 11 munidas de chaminés. Com efeito, de acordo com um aspecto essencial do dispositivo, conforme a invenção, a câmara de mistura 9 é posicionada na periferia do reator 1, na zona de mistura (B) compreendida em um compartimento anular 15, situada no mesmo nível que a zona de distribuição (C). A mistura e a distribuição dos fluidos não são realizados em dois níveis distintos. 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 é H = ΗΊ + H'2 + D = ΗΊ + H'3 (conforme figura 4), H'2 correspondendo à altura do compartimento anular 15 e H'3 = H'2 + D.

[0042] Referindo-se às figuras 2 a 4, o compartimento anular 15 é separado da zona de distribuição (C) por uma parede anular 16, concêntrica ao compartimento do reator e, de preferência, sensivelmente cilíndrica, compreendendo uma pluralidade de seções de passagem lateral 17a a e/ou 17b, permitindo a passagem do líquido e do gás oriundos da câmara de mistura 9 e circulando no compartimento anular 15 da zona de mistura (B) à zona de distribuição (C). Essas seções de passagem lateral 17a e/ou 17b podem se apresentar indiferentemente sob a forma de orifício ou de uma fenda.

[0043] Vantajosamente, a parede anular 16 que separa a zona de mistura (B) da zona de distribuição (C) fica situada a uma distância d2 do compartimento do reator 1, a distância d2 estando compreendida entre 2% e 20% do diâmetro do reator, preferencial mente entre 3% e 15% do diâmetro do reator, ainda mais preferencial mente entre 6% e 12% do diâmetro do reator.

[0044] Assim, o compartimento anular 15 é delimitado do lado externo pelo compartimento do reator 1 e do lado interno por essa parede anular 16, essa parede anular 16 ficando situada no espaço compreendido entre o compartimento do reator 1 e as chaminés 13 situadas mais no exterior, isto é, as chaminés 13 repartindo-se sensivelmente segundo o círculo de maior diâmetro.

[0045] De preferência, a parede anular 16 compreende uma pluralidade de seções de passagem lateral 17a e/ou 17b repartidas pelo menos sobre um nível, de preferência, pelo menos dois níveis. Reportando-se à figura 2, as seções de passagem lateral 17a permitem no-tadamente a passagem do líquido da zona de mistura (B) na zona de distribuição (C) e as seções de passagem lateral 17b permitem nota-damente a passagem do gás da zona de mistura (B) à zona de distribuição (C). Na zona de distribuição (C) do dispositivo, de acordo com a invenção, as fases gás e/ou líquido da mistura penetram nessa zona de distribuição (C) por meio das seções de passagem lateral 17a e 17b situadas sobre a parede anular 16. O prato de distribuição 12 se estende radialmente sobre toda a zona de distribuição (C) do dispositivo e é disposto no plano perpendicular ao eixo longitudinal do compartimento 1 do reator. Esse prato de distribuição 12 permite otimizar a distribuição do fluido reacional resfriado sobre a camada catalítica 14 situada a jusante desse prato de distribuição 12.

[0046] Uma outra característica da invenção reside na colocação de uma pluralidade de aberturas 18 dispostas sobre a segunda zona (C2) do prato de distribuição 12, situada verticalmente embaixo do compartimento anular 15, a fim de permitir uma boa repartição dos fluidos acima da segunda camada de catalisador 14. Com efeito, a integração do dispositivo de mistura com o dispositivo de distribuição impede a presença de chaminés 13 sobre toda a superfície do prato de distribuição 12. Assim, a presença de aberturas 18 na periferia da primeira zona (Cl) permite distribuir, de maneira homogênea, os fluidos na periferia do compartimento do reator. As aberturas 18 ficam situadas, de preferência, a uma distância mínima do compartimento do reator, essa distância mínima sendo de 20 mm. Essas aberturas 18 podem se apresentar indiferentemente sob a forma de um orifício ou de uma fenda. O número, o tamanho e a forma das aberturas 18 são escolhidas pelo versado, de maneira a assegurar melhor repartição possível da mistura dos fluidos na periferia do compartimento do reator.

[0047] Em um modo de realização, de acordo com a invenção, a segunda zona (C2) do prato de distribuição 12 pode compreender dispositivos de distribuição de líquido (não representados nas figuras), apresentando-se sob a forma de tubo, munidos de seções de passagem lateral que são orifícios ou fendas de qualquer forma. A parte inferior desses dispositivos de distribuição de líquido se comunica com as aberturas 18 da segunda zona (C2) do prato de distribuição 12.

[0048] Reportando-se à figura 3, a câmara de mistura 9 tem uma forma sensivelmente anular e pode ser de seção em paralelogramo ou circular. Por seção em paralelogramo, entende-se qualquer seção com quatro lados, cujos lados opostos dessa seção são paralelos dois a dois, por exemplo, a seção em paralelogramo 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 oval. Indepen-dentemente da forma da seção da câmara de mistura, 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.

[0049] O comprimento da câmara de mistura 9 é definido pelo ângulo formado pelos planos que passam pelas duas extremidades dessa câmara (representado pelo ângulo β na figura 3). O comprimento dessa câmara está compreendido entre 0 e 270 graus. De maneira preferida, o comprimento dessa câmara está compreendido entre 30 e 180 graus, mais preferencialmente entre 90 e 120 graus. Vantajosamente, a câmara de mistura 9 fica situada a uma distância dl do compartimento do reator 1, essa distância dl estando compreendida entre 5 e 300 mm, preferencialmente entre 5 e 150 mm (conforme a figura 3).

[0050] Quando a seção da câmara de mistura é de seção em paralelogramo, as dimensões da seção de altura "h" e de largura Ί" são tais que a razão entre a altura "h" e a largura "1" está compreendida entre 0,2 e 5,0, de preferência, entre 0,5 e 2,0.

[0051] A altura "h" da câmara de mistura é escolhida de maneira a limitar ao máximo a perda de carga e de maneira a limitar o volume espacial no reator. Com efeito, a perda de carga do dispositivo de mistura, de acordo com a invenção, depende da seção da câmara de mistura.

[0052] Quando a seção da câmara de mistura é de seção circular (em círculo), o diâmetro "d" dessa câmara de mistura está compreendido entre 0,05 e 0,5 m, mais preferencialmente entre 0,1 e 0,4 m, preferencialmente entre 0,15 e 0,4 m, ainda mais preferencial mente entre 0,15 e 0,25 m, ainda mais preferencialmente entre 0,1 e 0,35 m. A perda de carga do dispositivo, de acordo com a invenção, depende do diâmetro na câmara de mistura.

[0053] A perda de carga segue uma lei clássica de perda de carga e pode ser definida pela seguinte equação; na qual ΔΡ é a perda de carga, Pm a densidade média da mistura gás mais líquido na câmara de mistura, a velocidade média da mistura gás + líquido e X é o coeficiente de perda de carga associado ao dispositivo de mistura. A faixa preferencial de perda de carga, quando do dimensionamento de dispositivos industriais é de 0,05 bar < AP^ax < 0,5 bar (1 bar =10® Pa), de preferência, 0,1 bar < AP^ax < 0,25 bar.

[0054] De acordo com um modo particular de realização da invenção, quando a seção da câmara de mistura é de seção em paralelo-gramo, a saída 10 da câmara de mistura tem uma altura "h'" e/ou uma largura "1" inferior â altura "h" e/ou a largura Ί" da seção da câmara de mistura 9 (fora da saída) a fim de melhorar mais a homogeneidade da mistura. A relação hVh e/ou 171 está compreendida entre 0,5 e 1, de preferência, entre 0,7 e 1.

[0055] De acordo com um outro modo particular de realização da invenção, quando a seção da câmara de mistura é de seção circular, a saída 10 da câmara de mistura 9 tem um diâmetro "d'" inferior ao diâmetro "d" da seção da câmara de mistura 9 (fora de saída) a fim de melhorar mais a homogeneidade da mistura. A relação dVd está compreendida entre 0,5 e 1, de preferência, entre 0,7 e 1.

[0056] Vantajosamente, a câmara de mistura 9 pode compreender pelo menos um meio de desvio (não representado nas figuras) sobre pelo menos uma das paredes internas dessa câmara de mistura. A presença de pelo menos um meio de desvio da mistura de fluidos que atravessa essa câmara permite aumentar a superfície de troca entre as duas fases, e, portanto, a eficácia das transferências de calor e de matéria entre a fase líquida e a fase gasosa que atravessa essa câmara. Esse meio de desvio pode se apresentar sob várias formas geométricas, permitindo melhorar a eficácia da câmara de mistura, naturalmente que essas formas permitem um desvio pelo menos em parte do trajeto da mistura de fluidos que atravessam essa câmara. Por exemplo, o meio de desvio pode se apresentar sob a forma de uma chicana, de seção triangular, quadrada, retangular, ovoide ou qualquer outra forma de seção. O meio de desvio pode também se apresentar sob a forma de uma ou de várias alhetas ou bem uma ou várias pás fixadas.

[0057] Em um modo de realização particular, de acordo com a invenção, duas câmaras de mistura 9 podem ser posicionadas na zona de mistura (B), a fim de reduzir a altura "h" ou o diâmetro "d" dessas câmaras de mistura, assegurando uma boa mistura dos fluidos e uma boa homogeneidade em temperatura. De preferência, as duas câmaras de mistura são diametralmente apostas no compartimento do reator. Para cada câmara de mistura 9, um conduto de coleta 7 e um meio de injeção 8 são associados.

[0058] Embaixo do prato de distribuição 12, um sistema de disper- são pode ser posicionado, de maneira a distribuir os fluidos uniformemente sob a camada de catalisador 14 situada a jusante desse sistema. O sistema de dispersão compreende um ou vários dispositivos de dispersão 19 (conforme a figura 4) podendo ser associado 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 plana e horizontal, mas pode ter um perímetro de qualquer forma. Por outro lado, cada dispositivo 19 pode ser situado em diferente altura. Vantajosamente, esse dispositivo de dispersão se apresenta sob a forma de grades, e pode compreender eventualmente defletores.

[0059] 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 o líquido tanto quanto possível tal como ele está na saída das chaminés 13. De preferência, o prato de distribuição 12 e a camada de catalisador 14 situada embaixo desse prato de distribuição está compreendido entre 50 e 400 mm, de preferência, entre 100 e 300 mm. A distância entre o prato de distribuição 12 e esse dispositivo de dispersão 19 está compreendida entre 0 e 400 mm, de preferência, entre 0 e 300 mm. Em um modo de realização particular, o prato de distribuição 12 é colocado sobre o dispositivo de dispersão 19.

[0060] Naturalmente, a variante de realização da invenção apresentada antes é apenas uma ilustração da invenção e não é em nenhum caso limitativa. Outras variantes de realização do dispositivo de mistura e de distribuição podem ser consideradas.

[0061] Por exemplo, a zona de distribuição (C) pode ser posicionada na periferia do compartimento do reator, delimitando internamente a zona de mistura (B) pela parede anular 16. Nesse modo particular de realização, a primeira zona (Cl) da zona de distribuição (C) fica si- tuada na periferia do compartimento do reator, a segunda zona (C2) fica situada no interior nessa primeira zona (C1), embaixo da zona de mistura (B), a uma distância D do prato de distribuição 12 compreendida entre 50 e 200 mm, essa segunda zona (C2) compreendendo uma pluralidade de aberturas 18 aptas à passagem em parte dos fluidos fora dessa zona de distribuição (C).

[0062] Em uma outra variante de realização da invenção, a zona de mistura está compreendida no compartimento anular 15, a posição desse compartimento anular sendo tal que ela forma duas primeiras zonas (Cl, C'1) delimitadas, cada uma, por uma parede anular 16 compreendendo cada um pelo menos uma seção de passagem lateral apta à passagem dos fluidos dessa zona de mistura (B) à zona de distribuição (C), e uma segunda zona (C2) situada embaixo dessa zona de mistura (B) a uma distância D do prato de distribuição 12 compreendida entre 50 e 200 mm, esse segunda zona (C2) compreendendo uma pluralidade de aberturas 18 aptas à passagem em parte dos fluidos fora dessa zona de distribuição (C). Nessa variante de realização, a distância "d2" está compreendida entre o compartimento do reator e a parede 16 a mais próxima do compartimento do reator, isto é, a parede de maior diâmetro.

[0063] Em relação aos dispositivos descritos na técnica anterior, e ainda mais particularmente em relação ao dispositivo divulgado no documento FR 2 952 835, o dispositivo de mistura e de distribuição, de acordo com a invenção, apresenta as seguintes vantagens: - uma compacidade aumentada, devido â integração â 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 rotativo na câmara de mistura, no compartimento anular, e sobre ou no nível do prato de distribuição.

EXEMPLO

[0064] Nos exemplos seguintes, compara-se o dispositivo, de acordo com a invenção (Dispositivo B) com um dispositivo não de acordo com a invenção, (Dispositivo A). Para os dois dispositivos, con-sidera-se que as alturas H1 e ΗΊ do espaço de coleta (A) são idênticos e iguais a 120 mm. Do mesmo modo, a altura entre o prato de distribuição 12 e o topo da segunda camada catalítica 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 aqui, a título de ilustração, e não limitam de maneira nenhuma o alcance da invenção.

Dispositivo A (não de acordo com a invenção) [0065] Para um diâmetro de reator de 5 m, o volume de um dispositivo de mistura clássica, tal como divulgado no documento FR 2 952 835 Al, compreendido entre a extremidade superior do conduto de coleta 7 e o prato de pré-distribuição 11 é de aproximadamente 650 mm. 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).

[0066] Assim, o volume total de um dispositivo de mistura e de distribuição clássica considerado entre a parte inferior da primeira camada catalítica 2 e o topo da segunda camada catalítica 14 é de 120 + 950 + 400 = 1470 mm.

Dispositivo B (conforme a invenção) [0067] Para um diâmetro de reator de 5 m, a altura H'2 do compartimento anular do dispositivo, de acordo com a invenção, é de 600 mm e a distância "d2" compreendida entre a parede 16 do compartimento anular 15 e o compartimento do reator é de 350 mm, permitindo a rotação dos fluidos no compartimento anular.

[0068] A distância D entre o compartimento anular 15 e o prato de distribuição 12 é de 150 mm.

[0069] A altura da zona de distribuição H'3 é de 750 mm.

[0070] 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 topo da segunda camada catalítica 14, é de 120 + 750 + 400 = 1270 mm. Assim, a título de comparação, o dispositivo, de acordo com a invenção, permite um ganho de espaço de aproximadamente 14% 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. 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.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. 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 (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 do meio de coleta (5) no sentido de circulação dos fluidos, essa zona de mistura (B) compreendendo pelo menos uma câmara de mistura (9) ligada a esse conduto de coleta (7) e uma extremidade de saída (10) para evacuar 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 se estende radialmente sobre toda a seção do compartimento do reator, esse prato de distribuição (12) comportando pelo menos uma primeira zona (Cl) que suporta uma pluralidade de chaminés (13) e uma segunda zona (C2); caracterizado pelo fato de essa zona de mistura (B) ficar compreendida em um compartimento anular (15) situado na zona de distribuição (C), essas zonas de mistura (B) e de distribuição (C) sendo delimitadas por pelo menos uma parede anular (16) que compreende pelo menos uma seção de passagem lateral (17a, 17b) apta à passagem dos fluidos dessa zona de mistura (B) à primeira zona (Cl) dessa zona de distribuição (C), e pelo fato de a segunda zona (C2) dessa zona de distribuição (C) compreender uma pluralidade de aberturas (18) aptas à passagem em parte dos fluidos fora da zona de dis- tribuição (C).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de esse compartimento anular (15) ficar situado à uma distância D do prato de distribuição (12) compreendida entre 50 e 200 mm.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de essa parede anular (16) desse compartimento anular (15) ser posicionada a uma distância d2 do compartimento do reator, a distância d2 variando de 2% a 20% do diâmetro do reator.

4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de essa câmara de mistura (9) ser posicionada a uma distância dl do compartimento do reator, essa distância dl estando compreendida entre 5 e 300 mm.

5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de a altura desse compartimento anular (15) estar compreendida entre 200 e 800 mm.

6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de a parede anular (16) compreender uma pluralidade de seções de passagem lateral (17a, 17b) repartidas sobre pelo menos dois níveis.

7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de a parede anular (16) do compartimento anular (15) ser sensivelmente cilíndrica.

8. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de a seção da câmara de mistura (9) ser de seção em paralelogramo.

9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de a seção da câmara de mistura (9) apresentar uma relação entre a altura ‘h" da seção e a largura "1" dessa seção estar compreendida entre 0,2 e 5,0.

10. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de essa câmara de mistura (9) ser de seção em círculo e ser tal que o diâmetro "d" dessa câmara de mistura está compreendido entre 0,05 e 0,5 m.

11. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de compreender duas câmaras de mistura (9).

12. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de essa câmara de mistura (9) compreender pelo menos um meio de desvio dos fluidos sobre pelo menos uma das paredes internas dessa câmara de mistura.

13. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de compreender, além disso, um sistema dispersivo disposto abaixo desse prato de distribuição (12), esse sistema dispersivo compreendendo pelo menos um dispositivo de dispersão (19).

14. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de essas zonas de mistura (B) e de distribuição (C) serem delimitadas por duas paredes anulares (16) que compreendem pelo menos uma seção de passagem lateral (17a, 17b) apta â passagem dos fluidos dessa zona de mistura (B) à primeira zona (Cl) dessa zona de distribuição (C).

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