BR112012019031B1

BR112012019031B1 - Reator de leito radial , e, método de carregamento denso de um reator de leito radial

Info

Publication number: BR112012019031B1
Application number: BR112012019031-8A
Authority: BR
Inventors: Mark William Ackley; Cem E. Celik; Jeffert John Nowobilski; James Stanley Schneider
Original assignee: Praxair Technology, Inc.
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2019-02-19
Also published as: WO2011106127A1; BR112012019031A2; US8101133B2; RU2012140743A; CA2790934A1; CA2790934C; RU2514950C1; EP2539062B1; ES2557888T3; US20110206573A1; EP2539062A1; CN102166499B; MX2012009882A; CN102166499A

Abstract

reator de leito radial , e , método de carregamento denso de um reator de leito radial é descrito um reator de fluxo radial é apresentado para uso no processo de purificação , separação e reação de gás e, mais adequadamente, utilizado nos processos de pré-purificação. o reator possui duas cestas internas concêntricas rigidamente suportadas tanto na extremidade superior quanto na inferior do reator . o reator possui uma seção removível na cesta interna para acomodar braços rotatórios para o carregamento denso de uma ou mais camadas de materiais ativos entre as cestas concêntricas.

Description

“REATOR DE LEITO RADIAL, E, MÉTODO DE CARREGAMENTO DENSO DE UM REATOR DE LEITO RADIAL”

Campo da invenção

A presente invenção diz respeito, de modo geral, ao campo dos vasos para reatores de fluxo radial, utilizados nos processo de purificação, separação e reação de gás, e, possuindo conjuntos de cestas internas para reter o material ativo, utilizado para remover e/ou converter um ou mais componentes de uma corrente de alimentação por meio da absorção e/ou de reações catalíticas e não catalíticas de absorção. Mais especificamente, esta invenção diz respeito a um reator de fluxo radial que possui uma seção removível na cesta interna, para permitir o carregamento denso de uma ou mais camadas de materiais ativos entre duas cestas estruturais concêntricas. Fundamentos de invenção

A demanda por maior rendimento dos reatores continua a aumentar em uma variedade de processos industriais relacionados à recuperação do petróleo e de gás, à produção de combustíveis alternativos, à sustentabilidade ambiental e a processos de emissão. Tais demandas são parcialmente direcionadas pelo sempre crescente custo do combustível e pela necessidade de vários estoques de alimentação química. Um exemplo é a maior demanda por unidades para separação de ar criogênico (ASUs), para atender às crescentes necessidades das grandes quantidades de oxigênio e nitrogênio nos processos industriais em várias indústrias. As ASUs requerem reatores de purificação na extremidade frontal (vasos de absorção), para purificar a corrente de ar alimentada, pela remoção do dióxido de carbono, da água, de hidrocarbonetos em traços e de outros contaminantes, antes de entrar na ASU. As ASUs maiores requerem “unidades de purificação” maiores, como são comumente conhecidas; para tratar o ar alimentado que entra, antes do processo de destilação criogênica. Isto apresenta um desafio para os projetistas de reatores, quando se tenta controlar o tamanho do reator, uma vez que um rendimento maior do ar de alimentação demanda um aumento proporcional na área de fluxo frontal, provida pelos vasos, resultando em vasos maiores e mais caros.

Os processos de purificação, separação e reação do gás, utilizando materiais ativos, como, por exemplo, absorventes e/ou catalisadores, são bem conhecido na técnica, e, há vários projetos de vasos de reator em uso hoje em dia para estes processos.

Os exemplos incluem vasos cilíndricos, tanto orientados vertical como horizontalmente, com fluxo de ar ascendente através do leito de 10 material absorvente, ou reagente, e/ou material catalítico durante a purificação, a separação ou a reação química. Um terceiro tipo de vaso, da forma em que é aqui empregado, é orientado por um eixo vertical central ou longitudinal, e, um projeto interno que direciona o fluxo do gás processado radialmente através do leito. O projeto do fluxo radial consiste de um vaso de 15 pressão, encerrando cestas concêntricas permeáveis ao gás, internas e externas, para conter a cama de uma ou mais camadas de material ativo. Estes projetos de fluxo radial fornecem a capacidade de aumentar a área de fluxo frontal, pelo aumento da altura do vaso, sem alterar substancialmente a pegada do vaso (requisitos da área do solo). Além do mais, os projetos de 20 fluxo radial fornecem meios mais eficientes de aumentar a área do fluxo, quando comparados, seja aos projetos de reator de fluxo horizontal ou axial.

Os reatores de fluxo radial, tipicamente, operam continuamente, ou no modo em ciclo, dependendo do processo de tratamento do gás. Muitos processos, como o processo de absorção, operam ciclicamente, 25 ou no modo de oscilação de pressão (PSA), ou de vácuo (VSA), ou de temperatura (TSA), ou, em uma combinação destes modos, nos quais um ou mais componentes da corrente de alimentação são absorvidos durante a etapa de absorção, e, em seguida dessorvidos, ou mesmo descarregados do absorvente durante a etapa de regeneração. As variações térmicas que acompanham estes processos cíclicos, como o processo de TSA, afetam os componentes do leito e do vaso. Os componentes internos, dependendo das suas configurações, assim como, do seu modo de conexão ao vaso, expandem-se ou contraem-se quando expostos a variações da temperatura e, desta forma, experimentam cargas induzidas por estas mudanças de temperatura. Estas cargas termicamente induzidas criam tensões mecânicas significativas sobre todos os elementos dos conjuntos de cestas internos, sendo que a magnitude destas cargas induzidas aumenta com a diferença de temperatura crescente. O deslocamento axial e radial das paredes da cesta pode resultar na compressão do leito de material ativo, e as partículas do material podem migrar ou serem danificadas como resultado do movimento da parede da cesta e, especialmente, quando estes materiais são livremente comprimidos. No pior dos casos, estes efeitos podem provocar uma quebra física do material ativo e/ou uma falha mecânica dos conjuntos de cestas.

O material particulado ativo flutuando livremente é, tipicamente, carregado para dentro do leito, por métodos tais como despejo, descarregamento ou “carregamento por compactação”, criando um leito livre e não uniformemente comprimida, com vãos em excesso entre as partículas. As camas carregadas por meio destas técnicas são submetidas a reduções de volume que chegam a 10%, ou mais, pela sedimentação das partículas. Esta sedimentação é possibilitada pelo volume de vãos em excesso, e, é promovida por uma combinação da ciclagem do fluxo e da temperatura, pela expansão e a contração das cestas e pelas forças gravitacionais. É desejável mitigar estes efeitos pela maximização da densidade da compressão e, ao mesmo tempo, pela minimização do volume de vãos em excesso. É, assim, preferível carregar um vaso de modo a resultar em um leito uniforme e densamente comprimida do(s) material(ais) ativo(s); sendo que o potencial para a sedimentação é minimizado ou, mesmo, eliminado. Este método é conhecido como “sock loading”, e, é aqui denominado, também, “carga compacta”; ou “compressão densa”. Os benefícios potenciais do carregamento denso incluem o aumento da capacidade do reator, ou do rendimento; a melhoria da produção e/ou da qualidade do produto; e, a eliminação de pontos aquecidos. Além do mais, o carregamento denso automatizado é mais seguro e elimina a presença de operadores dentro do reator durante o carregamento.

É, ainda, desejável carregar múltiplas camadas radiais discretas de diferentes materiais ativos simultaneamente. Tais métodos de carregamento são, em geral, conhecidos para vasos de fluxo radial, utilizados nos processos de PSA; ver, por exemplo, a Patente U.S. 5.836.361. Neste processo não há cargas térmicas induzidas significativas. A estrutura da cesta interna, para estes vasos da técnica anterior, é projetada de forma que a cesta interna não é diretamente afixada à cabeça superior do vaso. Como resultado, o método de carregamento descrito acima é facilitado, sendo que o braço rotatório, ou braços, podem estender-se a partir do eixo central do vaso (e das cestas) até a parede interna da cesta externa. Os braços ficam livres para varrer continuamente todos os 360 graus do espaço anular entre as cestas, uma vez que o(s) material(ais) ativo(s) seja(m) carregado(s) para formar a cama. Este método de carregamento não pode ser prontamente aplicado em vasos projetados para ciclagem térmica, em que a cesta interna é afixada ou, mesmo, conectada com a cabeça do vaso; isto é, a livre rotação dos braços ao redor do eixo central do vaso é impedida pela presença de uma cesta interna continuamente estendida. Desta forma, o primeiro problema a ser atacado é o desejo de carregar compactamente o material ativo, para dentro do reator de fluxo radial, projetado para processos de ciclagem térmica, no qual uma cesta interna é rígida e continuamente afixada ao topo da cabeça do vaso.

Os reatores de fluxo radial, tipicamente, requerem múltiplas camadas de material ativo. Por exemplo, múltiplas camadas de absorvente são utilizadas nos processo de purificação do ar; por exemplo, alumina para remover primariamente o H₂O, e, peneiras moleculares para remover primariamente o CO₂, para reduzir o consumo de energia, reduzindo-se a temperatura de regeneração máxima exigida, e/ou, reduzindo-se a quantidade de gás de regeneração requerida. Camadas adicionais de absorventes, catalisadores, ou de outros materiais ativos podem também ser requeridas, quando outros contaminantes tiverem de ser removidos; tais como os contaminantes, para os quais os materiais ativos primários na cama não possuem seletividade, capacidade ou reatividade.

Para acomodar múltiplas camadas de materiais, múltiplas cestas têm que ser empregadas. Quando se utiliza mais do que uma cesta estrutural, tanto a fabricação do vaso, quanto o carregamento do(s) material(ais) ativo(s) tomam-se significativamente mais complexos e mais caros. Além do mais, as cestas internas rigidamente afixadas transferem tensões adicionais para a cama que contém os materiais ativos, devidas às cargas térmicas induzidas sobre estas cestas internas. Desta forma, o segundo problema a ser atacado é a necessidade de eliminar as cestas adicionais entre as cestas mais internas e as cestas mais externas.

Desta forma, existe uma significativa motivação para melhorar o projeto mecânico dos reatores de fluxo radial, para chegar a uma confiabilidade operacional maior, para reduzir os custos e para aumentar a flexibilidade do processo, e, ao mesmo tempo, ainda, limitar a pegada total do vaso do reator. Além do mais, o presente reator é projetado para possibilitar um meio efetivo e simples de atacar os problemas estruturais, induzidos pelos efeitos térmicos, pelo emprego apenas de cestas internas e externas, e, provendo um meio para a compressão compacta das múltiplas camadas de absorvente entre estas cestas.

Os ensinamentos da técnica são variados e inconsistentes no que diz respeito os reatores de fluxo radial; especialmente para os vasos que passam por ciclagem térmica. Os projetos de reatores cilíndricos convencionais incluem, tipicamente, um conjunto interno de pelos menos duas cestas de paredes porosas e concêntricas, com um material ativo contido no espaço anular formado entre as cestas. As cestas e as camisas dos vasos, geralmente, compartilham o mesmo eixo longitudinal. Quando são necessárias múltiplas camadas de material ativo nestes reatores de fluxo radial, a técnica anterior emprega separadores adicionais estruturalmente porosos, entre as camadas de material ativo, isto é, utilizam três ou mais cestas concêntricas. Não há ensinamentos para alcançar um carregamento denso dos absorventes, nos reatores do tipo de fluxo radial, que operam sob ciclagem térmica, possuindo cestas continuamente afixadas ao topo do vaso do reator. A técnica da patente, simplesmente, ensina a vazar ou despejar o material ativo por meio de um compactador, ou, diretamente, por meio de portas de carregamento no topo do vaso.

A patente No. 4.541.851 divulga um primeiro modo de realização de um vaso, que possui duas camadas concêntricas de absorvente, cada leito contido entre duas grades cilíndricas concêntricas. Estas grades cilíndricas são concêntricas ao redor do mesmo eixo longitudinal do vaso que as encerra. A grade intermediária é axialmente rígida e radialmente flexível, ao passo que a grade interna e a grade externa são axialmente flexíveis e radialmente rígidas. Todas as três grades são rigidamente interconectadas com a camisa do vaso na sua extremidade superior, e, rigidamente interconectadas com a placa do fundo sólida e flutuante na sua extremidade inferior.

Em um segundo modo de realização, um vaso é descrito possuindo três camadas concêntricas de absorvente e quatro grades permeáveis. A grade interna e a externa são rígidas tanto na direção axial quanto na radial, e, as duas grades intermediárias são rígidas na direção axial e flexíveis na direção radial. Todas as quatro grades são rigidamente interconectadas com a camisa nas suas extremidades inferiores. Duas ou mais camadas de absorvente podem ser utilizadas nesta configuração. Em ambos os modos de realização, o vaso possui aberturas utilizadas para o enchimento e o esvaziamento das camas absorventes. Detalhes adicionais, associados a este projeto, são descritos por Grenier, M., M.J-Y Lehman, P. Petit, “Absorption Purification for Air Separation Unitsf em Cryogenic Processes and Equipment, ed. por P.Kemey et al, ASME, Nova York (1984).

A Patente No. 5.827.485 divulga um vaso contendo um leito de absorção anular que é delimitada pelas cestas interna e externa. Uma única camada de absorvente é ensinada, a qual está contida entre as duas cestas concêntricas permeáveis, ambas as quais são flexíveis na direção axial e rígidas na direção radial. Pelo menos uma das cestas é rigidamente apertada na extremidade do topo do vaso. A cesta interna é rigidamente conectada, na sua extremidade inferior, com um membro de suporte de fundo e um membro de suporte adicional, na tampa hemisférica inferior do invólucro, por nervuras, arranjadas em forma de estrela. A cesta externa é diretamente suportada, na sua extremidade inferior, pela tampa do fundo. As aberturas estão presentes, aparentemente, para o preenchimento (e a remoção) do absorvente, embora nenhuma discussão sobre aberturas ou o preenchimento seja ali encontrada. Detalhes adicionais são também descritos por U. von Gemmingen, “Designs os Absorptive Dryers in Air Separation Plants”, Reports on Sciente and Technology, 54:8-12(1994).

A Patente U.S. No. 6.086.659 divulga um vaso de absorção de fluxo radial que possui uma pluralidade de grades, sendo que pelo menos uma das grades é flexível tanto na direção axial quanto na radial. As grades são rigidamente afixadas tanto no topo do vaso quanto na placa do fundo. A placa do fundo pode ser flutuante, ou, semirrígida ou rigidamente, afixada à cabeça do fundo do vaso. Uma ou mais grades intermediárias são divulgadas como meios para conter várias camadas de absorventes dentro do vaso. O vaso possui portas de enchimento para a introdução e a remoção do absorvente, mas, nenhuma discussão sobre o processo de enchimento pode ser encontrada.

A Patente Alemã de No. DE-39-39-517-A1 divulga um vaso de fluxo radial, que possui uma única camada de absorvente contida entre duas grades concêntricas permeáveis; ambas as quais parecem ser rígidas tanto na direção axial quanto na direção radial. A cesta externa é rigidamente conectada com a extremidade do topo do vaso e com uma placa do fundo flutuante. A cesta interna é flexivelmente conectada com a extremidade do topo do vaso e com uma placa do fundo flutuante. A cesta interna é flexivelmente conectada com a extremidade do topo do vaso por meio da utilização de foles de expansão ou guias deslizantes. A extremidade de baixo da cesta interna é rigidamente conectada com a placa flutuante do fundo. Todo o conjunto da cesta é, então, suspenso a partir da extremidade do topo do vaso, com a cesta externa carregando o peso do conjunto e do absorvente contido no mesmo. São utilizadas portas para introduzir e remover o absorvente.

A patente ensina muitas variantes dentro das configurações do projeto básico, sendo que a cesta interna, e a externa, e/ou intermediária, possuindo várias flexibilidades, são afixadas à porção superior, à porção do fundo, ou a ambas as porções do vaso. Os ensinamentos para as camas de múltiplas camadas utilizam uma cesta intermediária adicional, para cada leito da adicional de material ou de absorvente. Estas cestas intermediárias são componentes estruturais, que experimentam as cargas e tensões induzidas pela ciclagem térmica. Não apenas há um projeto estrutural e uma fabricação do conjunto de cestas, tomados mais complexos pela presença destas cestas intermediárias; como também, é difícil carregar absorventes e acessar e manter os componentes dentro de cada espaço anular. Estes projetos limitam o carregamento dos absorventes ao despejo, vazamento, ou ao “carregamento por compactação”, por meio de portas no topo do vaso, resultando em uma compressão frouxa dos materiais, sujeita ao movimento e à sedimentação durante a operação. A presença de cestas intermediárias resulta em espaços menores no volume, para o carregamento dos materiais ativos, aumentando ainda mais os vãos e reduzindo a densidade da compressão, quando os materiais ativos são vazados ou despejados dentro destes espaços. Como resultado, a utilização de camadas mais estreitas ou de pouca profundidade é limitada quando se confia nestes métodos de carregamento de compressão frouxa. Desta forma, não há um ensinamento claro, ou uma direção na técnica, no projeto de reator de fluxo radial para mitigar ou eliminar estes problemas.

O presente reator de fluxo radial é projetado de forma que a cesta interna, ou o conjunto de cesta, contendo a cama para o material ativo, é rigidamente suportado tanto pela extremidade do topo quanto pela extremidade do fundo do vaso. As paredes da cesta são axialmente flexíveis e radialmente rígidas, para minimizar o movimento induzido termicamente, e, para controlar as tensões e as cargas; mitigando, desta forma, o empenamento da cesta externa e da interna. Uma luva interna removível, próxima do topo da cesta interna, pode ser temporariamente removida para criar uma pequena seção aberta na cesta. Esta abertura permite a utilização de braço(s) de carregamento rotatório(s) para a carga compacta de, seja uma única camada, seja, simultaneamente, múltiplas camadas de material ativo. A luva removível é, então, substituída, para uma operação normal do reator. Quando for desejável separar as camadas adjacentes do material ativo, para impedir pequenas misturas de materiais, durante o carregamento, como, por exemplo, quando camadas muito finas são desejáveis; esta separação é alcançada utilizando-se um material poroso não estrutural e flexível colocado na interface entre as camadas.

A presente invenção não apenas permite o carregamento denso e uniforme dos materiais ativos, tanto em um leito da como em múltiplas camadas, como também elimina a necessidade de cestas estruturais adicionais. O reator de leito radial do projeto inventivo permite um carregamento denso, ele é mais confiável na operação e é de fabricação menos cara.

Breve sumário da invenção

A presente invenção consiste em um reator de fluxo radial, utilizado nos processos de separação de gás, e, especialmente, na purificação do ar por absorção e/ou por reações catalíticas e não catalíticas. O reator possui duas cestas internas porosas e concêntricas, que confinam o material ativo, tipicamente, um sólido particulado flutuando livremente, dentro das cestas e dentro do invólucro cilíndrica. As cestas são rigidamente suportadas, tanto na extremidade do topo quanto na do fundo do vaso, e, possuem, preferencialmente, paredes que são axialmente flexíveis, para minimizar os tensões termicamente induzidas, e as cargas; e, radialmente rígidas para conter e suportar o material ativo. O reator possui um invólucro interna removível, adjunta ao topo da cesta interna, que pode ser removida para permitir a utilização da técnica de carregamento denso. A técnica de carregamento denso, que utiliza um braço de carregamento rotatório, ou braços, pode ser aplicada para carregar uma única camada de material ativo, ou, simultaneamente, carregar múltiplas camadas de materiais ativos entre as cestas interna e externa.

De acordo com um modo de realização da presente invenção, um reator de leito radial é provido compreendendo:

(a) um invólucro do vaso substancialmente cilíndrica, que possui um eixo vertical longitudinal, uma tampa superior, e uma tampa inferior;

(b) uma placa de suporte de fundo, disposta dentro do invólucro e conectada com a tampa inferior;

(c) uma cesta externa porosa e substancialmente cilíndrica, disposta concentricamente dentro do invólucro, ao longo do eixo longitudinal e afixada à tampa superior e à placa de suporte de fundo; e, (d) uma cesta interna porosa e substancialmente cilíndrica, disposta concentricamente dentro da cesta externa porosa, ao longo do eixo longitudinal, e que possui uma seção substancialmente sólida afixada à tampa superior do vaso, uma seção substancialmente porosa afixada à placa de suporte de fundo, e, uma seção removível afixada entra as mesmas. Breve descrição dos desenhos

Para uma compreensão mais completa da presente invenção, deve-se ter como referência a Descrição Detalhada a seguir, tomada em conjunto com os desenhos que a acompanham, nos quais a:

Figura lé uma vista transversal do vaso do reator de fluxo radial de um modo de realização desta invenção.

Figura 2 é uma vista esquemática do vaso do reator de fluxo radial da Fig. 1, mostrando os caminhos do fluxo ao longo do reator.

Figura 3 é uma ilustração das cestas internas e do leito dentro do vaso do reator, conforme é mostrado na Fig. 1.

Figura 4 é um corte da vista da parede da cesta mostrada na Figura 2.

Figura 5 é uma ilustração parcial de uma parede de cesta com tela e cama.

Figura 6 é uma vista transversal do vaso do reator de fluxo radial, de um segundo modo de realização desta invenção, mostrando duas camadas de absorventes.

Figura 7 é uma vista transversal do vaso do reator de fluxo radial, de um modo de realização desta invenção, com seções da luva interna removidas, e um carregador, e braços do carregador para o carregamento denso das múltiplas camadas. E,

Figura 8a é uma vista lateral de uma seção transversal da luva interna da cesta interna, e, a Figura 8b é uma vista superior de uma luva interna, mostrando três seções da luva interna interconectadas.

Descrição detalhada de invenção

As Figuras de 1 a 8 ilustram a estrutura básica de um modo de realização do vaso de pressão de fluxo radial desta invenção e de alguns de seus componentes. A vista transversal da Figura 1 ilustra as características essenciais deste modo de realização e da invenção, mas, não mostra todos os meios do prendedor, dos dutos, e os detalhes do dispositivo, ou, outros aspectos da invenção que são compreendidos e ficam, prontamente, aparentes para qualquer indivíduo especialista na técnica. A Figura 2 é uma vista esquemática do vaso, mostrando essencialmente as mesmas características mostradas na Figura 1, e, adicionalmente, o caminho do fluxo ao longo do vaso. Nas figuras não estão representadas as verdadeiras dimensões.

Com referência à Figura 1, um reator de fluxo radial substancialmente cilíndrico (1), em um eixo vertical longitudinal (20), é mostrado. O vaso possui um invólucro externa (2) com uma tampa hemisférica superior (3) e uma inferior (4) (ou cabeças, com são, em geral, conhecidas na indústria). A tampa inferior (4) possui uma entrada (6) para receber um gás alimentado, e, a tampa superior (3) possui uma saída (5) para a saída do gás de produto, em um modo normal de absorção/reação. Nos processos de purificação, o ar atmosférico seria introduzido por meio da entrada (6) e o gás tratado, ou purificado, sairia pela saída (5).

Dentro do invólucro (2) há um leito (8), contendo um material ativo, que é confinado entre dois membros de contenção cilíndricos e concêntricos, daqui em diante denominados “cestas” interna e externa (9, 10). A cesta interna (9) possui duas seções (9a e 9b), e, a cesta externa (10) possui duas seções (10a e 10b), conforme é descrito abaixo. O arranjo das cestas é mais bem compreendido na visualização da Figura 3, que ilustra a relação espacial da cesta interna (9), da cesta externa (10) e do leito (8). O termo “cama”, da forma em que é aqui utilizado, descreve tanto o espaço entre as cestas (9, 10) que conteriam o(s) material(ais) ativo(s), quanto o espaço com o(s) material(ais) ativo(s) presentes. É preferível utilizar apenas duas cestas, orientadas concentricamente ao redor de um mesmo eixo longitudinal primário (20) do vaso do reator (1), conforme mostrado, uma vez que isto simplifica o projeto estrutural das cestas (9, 10) e permite um acesso fácil a todo o espaço anular do leito (8), entre as cestas interna e externa, para carregar e remover o material ativo. Quando em operação, o gás de processo é alimentado em uma direção substancialmente radial, através do leito (8), em relação ao eixo longitudinal de simetria do vaso do reator.

Com referência à. Figura 1, as cestas (9, 10) são rigidamente afixadas e fechadas nas suas extremidades inferiores ou de fundo, por uma placa de suporte de fundo (7); sendo que os componentes combinados (7, 9 e 10) compreendem o conjunto de cesta contendo a cama (8). A placa de suporte de fundo (7) é afixada para suportar as colunas (12). As colunas de suporte (12) podem ser estruturas unitárias, ou podem ser divididas, ou compreendidas por múltiplos membros, com meios para facilitar o movimento descendente das cestas (9, 10), para prover tensão para as paredes da cesta. Estas colunas de suporte com membros divididos, e o método de prétensionamento, que emprega estas colunas, são ensinados no pedido de registro de patente copendente, depositado contemporaneamente a este pedido de registro. O projeto mostrado na Figura 1 utiliza oito colunas de suporte (cinco mostradas na vista transversal), embora possam ser empregadas menos ou mais colunas. A utilização de pelo menos três colunas de suporte é preferível.

O lado externo da cesta interna (9) e o lado interno da cesta externa (10) representam as paredes de fronteira do leito (8). As paredes das cestas (9, 10) são perfuradas e permeáveis, ao longo da maior parte do seu comprimento (tipicamente, pelo menos de 50% do comprimento da cesta), para permitir o fluxo através do leito do material ativo e através de todo o reator. A fração do comprimento da cesta que é permeável não deve ser confundida com o percentual da área aberta das seções permeáveis; por exemplo, a área aberta das porções perfuradas das paredes pode ser mais ou menos do que 50%. Um especialista na técnica vai observar que estas seções permeáveis das cestas (9, 10) podem ser delimitadas, acima e/ou abaixo, por seções não permeáveis sólidas, para fins estruturais (por exemplo, pela soldagem com as tampas superior e inferior), para a definição do início e do fim da região de fluxo radial, ao longo do leito, e para mitigar o desvio do fluxo ao redor das extremidades do leito. A presente invenção introduz seções removíveis na parte superior da cesta interna (9) para permitir o carregamento denso do(s) material(ais) ativo(s).

A cesta interna (9) é compreendida de uma seção substancialmente sólida (9a) e de uma seção substancialmente permeável ao gás (9b), para formar toda a estrutura da cesta interna. A seção sólida (9a) da cesta interna (9) é afixada à tampa superior (3) do vaso (1) e a sua extremidade superior, e, a uma seção permeável ao gás (9b) da cesta interna (9), na sua extremidade inferior, e, contém uma seção removível (22) ente as mesmas. Conforme é mostrado na Figura 6 e descrito em maiores detalhes abaixo, a seção removível (22) é compreendida por três membros de luva internos individuais e substancialmente rígidos (22a, 22b, 22c) que, quando conectados uns aos outros, formam um cilindro, preferencialmente, sobrepondo-se às seções 9a, acima e abaixo da seção removível 22, para facilitar a conexão com a mesma. Embora a seção removível (22) seja aqui mostrada com sendo de três membros separados e rígidos (22a, 22b, 22c), conforme é preferível, mais, ou menos, membros podem ser utilizados. A seção sólida (22) da cesta interna (9) é removível para permitir a utilização de braços de carregamento rotatórios ao longo do espaço criado pela sua remoção. A tampa superior (3) possui portas (14) e visita(ló), conforme mostrado na Figura 1, posicionadas e uniformemente espaçadas, sobre a cama anular (8) para recarregar a cama de material(ais) ativo(s), uma vez que os braços sejam removidos, para permitir um acesso à equipe de manutenção. Múltiplas portas ou visitas podem ser empregadas em qualquer configuração adequada.

A cesta externa (10) é compreendida por uma seção substancialmente sólida (10a) e uma seção substancialmente permeável ao gás (10b), para formar a estrutura total da cesta externa; conforme é mostrado na Figura 1. A seção sólida (10a) da cesta externa (10) é afixada à tampa superior (3) do vaso (1), na sua extremidade superior, e a uma seção permeável ao gás (10b) da cesta externa (10), na sua extremidade inferior.

As paredes verticais das cestas (9, 10) são perfuradas ao longo da maior parte do seu comprimento, para tomá-las permeáveis ao fluxo do gás, e, para transmitir as características estruturais, de forma que as cestas alcancem uma flexibilidade axial e uma rigidez radial, para minimizar o movimento, e, para controlar as tensões e as cargas que são termicamente induzidas durante a operação. As seções permeáveis das paredes das cestas são, preferencialmente, fabricadas utilizando-se lâminas de metal perfurado, soldadas e enroladas sob a forma de cilindros. O metal é, tipicamente, aço ou ligas do aço, selecionadas tendo por base as propriedades físicas; a facilidade de perfuração; a resistência à corrosão; a capacidade de soldagem; e, os requisitos de custos. A espessura dos materiais das paredes da cesta depende de várias considerações estruturais; conforme deve ser entendido pelos especialistas na técnica, e, os materiais selecionados e a sua espessura não precisam ser os mesmos para as cestas interna e externa. A espessura típica da parede da cesta, entretanto, deve ficar entre 3 mm e 35mm.

Com referência, agora, às Figuras 8a e 8b, a luva interna (22a) e as duas luvas idênticas (22b, 22c) compreendem uma seção sólida removível (22), de uma seção sólida da cesta interna (9a), e, são projetadas para ajustarem-se ao canal central dentro da cesta interna (9), entre a seção porosa (9b) e a tampa superior (3). As luvas internas (22a, 22b, 22c) são curvadas, de forma que quando afixadas uma a outra elas formam um cilindro concêntrico uniforme, que pode ser afixado de modo removível à seção (9a) para formar uma parte integral e estrutural da cesta interna (9). Cada uma das luvas internas (22a, 22b, 22c) possui braçadeiras opcionais de suspensão (23), e meios de aperto, tais como parafusos, para a conexão aos mesmos. Conforme mostrado no corte de seção da Figura 8b, cada luva interna, aqui a 22a, preferencialmente, possui uma aba elevada (24), em uma extremidade distai, para se sobrepor à extremidade distai do membro ser casado (22c), para permitir o casamento do membro, para interconectar, confortavelmente, para evitar vãos ou espaços.

Conforme é compreendido pelos especialistas na técnica, variantes deste projeto ilustrado podem ser utilizadas. Por exemplo, embora sejam preferíveis três membros de luva, um ou mais membros podem ser empregados, como, por exemplo, um membro com peça deslizante única. Além disto, meios de conexão alternativos, ou configurações, podem ser empregados para ajustar as luvas umas às outras, e, vários meios de suspensão podem ser utilizados para manobrar as luvas. Além do mais, embora seja preferível ter os membros de luva afixados de modo removível à superfície interna das seções da cesta interna a serem casadas, e, dentro do canal central, para facilitar a utilização, as luvas removíveis podem ser afixadas de modo removível à superfície externa das seções a serem casadas, ou, podem ser já integradas à superfície externa da cesta interna, com meios de conexão apropriados, sem que se afaste do conceito inventivo. É ainda entendido que todas as conexões entre as luvas, e, entre as luvas e as seções de cestas internas (9a), devem ser vedadas para impedir o vazamento do gás entre a cama e o canal central da cesta interna, utilizando-se os métodos de vedação e os materiais que são comumente conhecidos na técnica, tais como, por exemplo, gaxetas a altas temperaturas, selantes, etc.

Com referência, novamente, à estrutura da cesta, um especialista na técnica vai reconhecer que, embora as paredes das cestas tenham que ser permeáveis a um gás, ou porosas (perfuradas), para permitir o fluxo do fluido, o tamanho específico, a forma e a orientação dos orifícios ou perfurações vão influenciar a flexibilidade direcional das paredes das cestas. Embora vários padrões de perfuração possam ser empregados nesta invenção, a geometria da perfuração é estabelecida para prover simultaneamente: (1) uma área de abertura suficiente para uma permeabilidade uniforme do fluxo, com baixa resistência ao fluxo do gás; (2) permitir uma flexibilidade axial suficiente, e uma rigidez radial, para manter a integridade estrutural, sob a influência das cargas termicamente induzidas, e, (3) manter a estabilidade da cesta interna, com as seções removíveis destacadas, durante o carregamento denso do vaso.

Por exemplo, conforme está mais bem ilustrado nas Figuras 2 e 4, sabe-se que um projeto de perfuração entalhado, com entalhes alongados (40) desencontrados e orientados horizontalmente, ou tangencialmente, em relação ao eixo do vaso vertical (longitudinal), provê uma flexibilidade axial (ver a seta 42) e uma rigidez radial (ver a seta 4). A rigidez radial é alcançada a partir das bandas contínuas e periódicas, ou redes, de metal sólido, que se estendem ao redor da circunferência da parede da cesta. Inversamente, não existe nenhuma faixa ininterrupta, ou rede de metal sólida, da parede da cesta na direção axial (vertical), devido ao padrão desencontrado dos entalhes orientados horizontalmente (40). Esta configuração é importante quando a cesta interna (9) e a externa (10) são fixadas, tanto no topo, quanto no fundo do vaso, como na presente invenção. Desta forma, a altas temperaturas, os entalhes (40) comprimem, para absorver a expansão axial, aliviando parte da tensão compressiva que , caso contrário, iria ser produzida. Entretanto, esta flexibilidade axial (conforme determinada pelo efetivo módulo de elasticidade) não deve ser grande o bastante para permitir o empenamento da parede da cesta, devido às tensões compressivos axiais; aqui denominado, também, “empenamento axial”. Embora muitas geometrias diferentes da perfuração sejam possíveis, um especialista na técnica sabe que as geometrias têm que ser selecionadas para permitir uma suficiente área aberta de fluxo, e, ao mesmo tempo, simultaneamente, criar um módulo efetivo de elasticidade do material da cesta, de modo a resultar na flexibilidade axial desejada, e, na rigidez radial. Para esta finalidade da presente invenção, uma configuração de perfuração entalhada mostrada em geral na Figura 4 é preferível, mas, as dimensões específicas e os espaçamentos dos entalhes devem ser selecionados com base no material específico da cesta e no grau de flexibilidade estrutural desejado.

Descobriu-se, também, por meio da análise estrutural, que as nervuras de enrijecimento (32) são preferencialmente acrescentadas ou afixadas na cesta interna (9), para mitigar o empenamento devido à pressão externa aplicada pelo material ativo; aqui também denominado “empenamento radial”. As nervuras de enrijecimento (32) são tipicamente suportes estruturais, feitos de metal, ou de outro material rígido (preferencialmente, com as mesmas características de expansão térmica que as do material da cesta interna), que são colocadas na parede interna da cesta interna (9), de forma que cada nervura fique em um plano horizontal e que se estenda continuamente, ao redor da circunferência da cesta interna (9). As nervuras (32) são espaçadas em intervalos regulares, para aumentar a rigidez da cesta, de forma a resistir às forças de compressão radiais, resultantes da ciclagem térmica das cestas e do leito inclusa. A rigidez adicional provida pelas nervuras também serve para estabilizar e manter a seção circular transversal da cesta interna quando a luva interna (22) é removida.

O material ativo pode, ainda, ser contido e/ou dividido dentro do leito (8), utilizando-se um metal ou outros materiais flexíveis e porosos. Por exemplo, podem ser utilizadas telas para alinhar as paredes de metal perfuradas das cestas, quando as perfurações ou entalhes forem maiores do que o tamanhão das partículas do material ativo, tal como é ilustrado na Figura 5. A Figura 5 mostra uma configuração preferencial, na qual a parede da cesta interna (9b) é feita de uma lâmina de metal perfurado em contato com a tela (30), em contato com a cama (8), ficando em contato com a parede interna da cesta externa (10), a qual pode também possuir uma tela entre as mesmas. Telas similares podem também ser utilizadas para separar diferentes materiais ativos, em duas ou mais camadas, dentro do leito (8), se desejável. As telas são flexíveis e não são destinadas a suportar cargas axiais significativas, e, podem ser feitas de materiais tecidos ou não tecidos, metálicos ou não metálicos, tais como as telas de fios, redes de tecidos, redes de metal expandido, espuma de células abertas, materiais poliméricos e materiais assemelhados.

Dependendo do tipo de processo de tratamento do gás, o material ativo sólido pode precisar ser regenerado, em intervalos regulares, em um modo em ciclos repetidos. Durante este processo, um gás de regeneração é introduzido no vaso e flui radialmente através do leito do material ativo antes de sair. O caminho do fluxo de regeneração é, tipicamente, revertido em relação ao caminho do fluxo alimentado. Para os vasos do reator da presente invenção, os gases sempre fluem radialmente através do material ativo, independentemente, de onde os gases de alimentação e regeneração entram no vaso.

Novamente, com referência à Figura 2, o gás de alimentação entra no fundo do reator (1), na entrada (6), e, é direcionado para dentro de um canal externo, formado entre a camisa (2) e a parede externa da cesta externa (10). O gás de alimentação, então, flui radialmente através da seção de parede permeável da cesta externa (10), através do leito (8) e do material ativo, e, sai através da seção de parede permeável, da cesta interna (9), para dentro de um canal central, alinhado com o eixo vertical do vaso do reator (1). O gás de produto (ou gás purificado) sai do vaso do reator (1) através da saída (5) do vaso (1), conforme mostrado. O vaso do reator (1) pode ser projetado para ter o gás de alimentação entrando, ou no fundo, entrada (6), ou no topo, saída (5), do vaso, de modo que o fluxo radial do gás de processo através do leito (8) possa estar ou dentro ou fora, respectivamente. Os processos cíclicos, tipicamente, direcionam os fluxos de alimentação e de regeneração na contracorrente um em relação ao outro; por exemplo, se o fluxo de alimentação for direcionado radialmente para dentro, o fluxo de regeneração é direcionado radialmente para fora.

Quando os reatores de fluxo radial, como o da presente invenção são utilizados em conjunto com uma etapa de regeneração da oscilação térmica, ou com outro processo cíclico térmico, para limpar o material catalítico reativo, as cestas internas contraem-se e expandem-se, com a redução e o aumento da temperatura do processo de tratamento do gás, respectivamente, conforme descrito. Estas expansões térmicas e estas contrações das cestas ocorrem, tanto radialmente, quanto axialmente, em relação ao eixo longitudinal do vaso do reator, induzindo tensão nas cestas, em todos os componentes internos e meios de fixação. Na presente invenção, as cestas são constrangidas no topo e no fundo do vaso. Sob tal suporte forçado, vão se desenvolver tensões internas significativas, dentro das paredes porosas da cesta, em resposta às variações cíclicas da temperatura.

Uma importante vantagem de afixar o conjunto de cesta interna em ambas as extremidades do vaso é que o movimento axial das cestas é essencialmente impedido durante as ciclagens térmicas. Quando as cestas são suportadas apenas em uma extremidade, a extremidade não suportada vai mover-se significativamente durante cada ciclo térmico. Este movimento promove uma movimentação relativa do material ativo, resultando em uma quebra (atrito) e na mistura das duas camadas na interface dos diferentes materiais. A cesta interna é temporariamente suportada na extremidade inferior, pela placa de suporte de fundo; e, a coluna suporta, uma vez que a luva interna (22) seja removida, para o carregamento do material ativo para dentro do vaso. Após o carregamento, a luva é substituída e a cesta interna é, novamente, suportada rigidamente em ambas as extremidades do vaso.

A presença de material ativo gera forças radiais adicionais sobre as paredes da cesta, devidas à expansão térmica e à contração. A cama, composta por partículas sólidas, é comprimida quando a cesta interna se expande e quando a cesta externa se contrai radialmente. Esta cama de partículas do material ativo atua como resistência para esta compressão e empurra de volta para as paredes da cesta. Os materiais da cesta devem ser selecionados com um baixo coeficiente de expansão térmica. Entretanto, a expansão radial das cestas não pode ser evitada quando a temperatura aumenta.

A despeito de um projeto estrutural que minimiza a expansão térmica e a contração, e, das cargas induzidas associadas, e, das tensões sobre o conjunto de cesta e seus componentes, a movimentação relativa das partículas do material ativo deve ser minimizada, e, isto é mais facilitado pela compressão compacta do material ativo, ao ser inicialmente carregado dentro do vaso. A compressão compacta, da forma em que é aqui utilizado, refere-se à dispensa deliberada e controlada de partículas do(s) material(ais) ativo(s), permitindo que as partículas alcancem uma velocidade suficiente para que as partículas individuas sejam guiadas para dentro da superfície do topo do leito; quando do impacto, por meio do qual uma compressão uniforme das partículas é alcançada ao longo do leito, com espaço vazios mínimos entre as partículas. A compressão compacta é alcançada pelo controle de parâmetros de carregamento do material, como a taxa de fluxo e de distribuição das partículas, a distância mínima entre o distribuidor do carregamento e o topo do leito, e, a velocidade de rotação do(s) braço(s) de distribuição. Estes métodos de carregamento denso se contrapõem aos métodos de “compressão frouxa”, típicos da técnica anterior, nos quais o material ativo é despejado, por meio de uma porta, ou sock na massa, e, é espalhado pelo fluxo, ao longo da superfície do leito. Estas compressões frouxas são caracterizadas por uma densidade mais baixa da compressão (que chega a 10% mais baixa) e uma por fração de vazios maior, quando comparada com os métodos de carregamento denso que foram mostrados nesta invenção.

Os métodos de carregamento denso adotados na presente invenção foram descritos de modo geral na Patente U.S. 5.836.362, para vasos de fluxo radial, utilizados em processos de PSA, em que os efeitos térmicos estão ausentes ou são mínimos. Nestes processos não há cargas térmicas induzidas significativas. Em uma estrutura de cesta interna como as da técnica anterior, o vaso é projetado de forma que a cesta interna não é diretamente afixada à cabeça superior do vaso. O carregamento do material ativo não é sobrecarregado, pela presença de uma parede de cesta interna sólida, estendida até o topo da cabeça do vaso; mas, ao contrário um braço rotatório, ou braços, pode estender-se a partir do eixo central do vaso (e das cestas) até a parede interna da cesta externa, sem nenhuma modificação no projeto estrutural do vaso. Os braços de carregamento ficam livres para varrer continuamente todos os 360 graus da circunferência, do espaço entre as cestas, durante o carregamento do(s) material(ais) ativo(s). Este método de carregamento não pode ser prontamente aplicado a vasos projetados para a ciclagem térmica, e, com uma cesta interna conectada à cabeça do topo do vaso. Neste caso, a livre rotação dos braços ao redor do eixo central do vaso, seria impedida, pela presença de uma cesta interna concêntrica e contínua, e, pela conexão rígida da tampa de cima (3).

Além disto, há também, frequentemente, a necessidade de utilizar diferentes materiais ativos; sendo cada material ativo seletivo, para um ou mais contaminantes específicos, a serem removidos ou reagidos, a partir do gás alimentado, para gerar um produto desejado de pureza aceitável.

No reator de fluxo radial, diferentes materiais ativos seriam geralmente dispersos, em camadas radiais concêntricas, conforme é ilustrado na Figura 6, na qual as camadas (8c, 8d) compreendem a cama. Cada leito da contém um material ativo diferente, ou misturas de materiais ativos, requeridas para alcançar a separação ou a reação desejada. Conforme discutido acima, a abordagem da técnica anterior para atender a esta necessidade de múltiplas camadas em reatores de fluxo radial, tem sido a de utilizar cestas estruturais adicionais, de forma que cada leito da de material esteja contida entre duas cestas concêntricas adjacentes. A presente invenção evita a necessidade de utilizar cestas estruturais adicionais, com a utilização de uma seção removível (22), compreendida por membros de luva (22a, 22b, 22c), da cesta interna (9), e, desta forma permite a utilização de um método de carregamento denso rotatório, conforme foi descrito acima e ilustrado na Figura 7.

A Figura 7 mostra um carregador, e outros componentes de carregamento, no lugar, no topo do vaso, e, com a seção removível (22) removida. Funis de carregamento (84, 86), contendo materiais ativos (88c, 88d), alimentam o carregador (80), que, por sua vez, direciona o fluxo de cada material, para dentro de canais separados, localizados dentro de cada um dos braços de carregamento (82). O carregador (80) e os braços de carregamento (82), e outros componentes, são removidos após o carregamento denso, dos materiais ativos, ter sido concluído; e, a seção removível móvel (22) é substituída. Todos os membros da luva (22a, 22b, 22c), da seção removível (22), são reconectados, e, vedados, com um selante a alta temperatura, para evitar qualquer oscilação do gás, ao longo da cesta interna nas seções sólidas (não porosas) da cesta.

A utilização do método de carregamento denso permite que os materiais ativos, de diferentes tipos ou tamanhos, sejam dispensados, continua, uniforme e simetricamente, em camadas radiais com ou sem um separador físico. É preferível carregar estas camadas sem qualquer separador físico. Para camadas radiais relativamente finas, e/ou quando pouca, ou nenhuma, mistura é tolerável, na interface das camadas, uma fronteira não estrutural entre os materiais 8c e 8d pode ser provida, sob a forma de uma tela flexível e porosa. Esta tela possui uma capacidade negligenciável de suportar as cargas radiais e axiais aplicadas, e, serve apenas como fronteira física na interface das camadas. Um separador de materiais porosos aceitável pode ser de um tipo tecido, ou não tecido, por exemplo, tecido, tela de fios flexíveis, material polimérico, tela de metal expandido, espuma de célula aberta, etc. Estes materiais não estruturais devem ser selecionados com baixa resistência ao fluxo e resistência suficiente ao aquecimento, conforme é gerado no processo.

Quando é utilizado um separador físico, este é formado dentro do cilindro, e, posicionado na interface entre as duas camadas adjacentes de materiais ativos. Para materiais autossustentáveis, tais como o fio ou as telas de metal expandido, o cilindro formado é simplesmente afixado ao fundo da placa de suporte. Este cilindro (não mostrado) estende-se para cima, até próximo ao topo do vaso, terminando abaixo do plano varrido pelos braços de carregamento rotatórios. Para os tecidos ou outras telas não sustentáveis, o separador de forma cilíndrica (também não mostrado) é afixado à placa de suporte de fundo, e, estendido, ou esticado, firmemente para prender-se a uma série de escoras, uniforme e angularmente espaçadas, e, conectadas entre a cesta interna e a cesta externa, próximo do topo do vaso, mas, abaixo do plano varrido pelos braços de carregamento rotatórios. A tela flexível possui a vantagem de que pode ser abaixada ou removida, para dar acesso às telas, na manutenção, se for necessária.

O conjunto de cesta é projetado com seções de parede de cesta sólidas (9a, 10a), conectadas a seções da cesta interna permeáveis ao fluxo (9b, 10b) e à cesta externa, respectivamente, conforme mostrado na Figura 1. Estas seções sólidas servem a vários propósitos; por exemplo, para prover uma extensão suficiente das paredes da cesta, para encontrarem e conectarem rigidamente a tampa superior (3), e uma terminação para as secções permeáveis das paredes da cesta, para limitar o fluxo radial ao longo do leito até a região definida pela camisa (2) do vaso, localizado entre a tampa superior (3) e a tampa inferior (4), e para prover um volume acima das paredes permeáveis da cesta, para carregar material ativo ou inerte adicional, para impedir que o fluxo seja desviado do leito (8). A Figura 7 mostra a cama (8) carregada até a extremidade do topo das seções permeáveis ao fluxo das cestas (9b, 10b). É preferível continuar o carregamento denso do material ativo, para dentro do volume delimitado pelas paredes sólidas da cesta (9a, 10a), e, entre o topo da parte permeável do leito (80) mostrada pela seta (90), e a ponta do braço de carregamento (82), mostrado pela seta (92). Se este volume não for preenchido e permanecer vazio, conforme mostrado na Figura 7, então, um caminho de baixa resistência fica disponível para o fluxo para by-pass o material ativo no topo do leito; isto é, permitindo que a porção da corrente de alimentação passe relativamente não tratada, para dentro da corrente do produto.

Após o carregamento denso, os braços de carregamento (82) o tubo de descenso (81), o carregador (80) e os funis de suprimento (84, 86) são removidos, e cada membro de luva (22a, 22b, 22c) da seção removível (22) é reinstalado. Dependendo da distância entre o topo da parte permeável do leito (90) e a ponta do braço de carregamento (92), pode ser desejável recarregar manualmente as camadas do material ativo com materiais ativos ou inertes adicionais, através das portas de enchimento (14) e/ou das visitas (16), mostradas na Figura 6, para aumentar ainda mais a resistência ao desvio e/ou para preencher o espaço vazio entre a cama carregada compactamente e a tampa superior (3). Um exemplo deste carregamento acima, das seções permeáveis da cesta é mostrado na Figura 6. Um especialista na técnica vai observar que, mesmo que mais material ativo possa ser acrescentado ao vão remanescente, parcial ou completamente preenchido, da tampa superior (3), uma vez que o(s) material(ais) ativo(s) são, predominantemente, carregados compactamente, não vai ocorrer uma sedimentação significativa destes materiais nas regiões permeáveis das cestas. Isto evita a necessidade de fechar a planta, após o momento inicial da operação cíclica, de abrir o reator, e, de acrescentar mais materiais ativos (recarregando), como é comum nos reatores nos quais os materiais ativos não foram carregados compactamente.

Embora esta invenção seja particularmente adequada para os reatores de fluxo radial que possuem apenas uma cesta interna e uma cesta externa, e com as cestas rigidamente afixadas ao topo e ao fundo do vaso, ela é também aplicável a qualquer reator de fluxo radial com uma ou mais cestas intermediárias (isto é, localizadas dentro da cesta mais externa) fisicamente afixadas ao topo do vaso.

A invenção não está limitada a qualquer processo específico e pode ser posta em prática com reatores de fluxo radial contendo materiais ativos, e, projetados para utilização em processos cíclicos e não cíclicos de tratamento de gás, de natureza reativa ou absortiva ou de separação. Exemplos deste processo são um ambiente de estado estável; ou as reações catalíticas a temperaturas elevadas; ou, purificações; as separações cíclicas absortivas, tais como absorção da oscilação de pressão (PSA), absorção de oscilação de temperatura (TSA), ou, uma combinação das mesmas. Embora a invenção seja aplicada a camadas únicas, ou duplas, de materiais ativos, três ou mais camadas podem ser carregadas, utilizando-se o projeto e os métodos aqui descritos. As camadas podem consistir em absorventes, catalisadores, materiais ou compostos reativos ou inertes, misturas e outras combinações destes. Um leito da de material inerte de alta densidade, por exemplo, de esferas de cerâmica, pode ser instalada, em cada lado do, ou intermediária, ao conjunto de cesta, sendo que esta camada pode funcionar como um regenerador térmico.

O material ativo sólido pode ser um absorvente, um catalisador ou um material reagente, consistindo de partículas sólidas flutuando livremente, sob a forma de esferas (contas), cilindros (pelotas), grânulos irregulares, etc. O material ativo é selecionado para um processo específico empregado; e, uma ampla gama de materiais é conhecida.

Para os processos de purificação do ar, ou de separação, um material absorvente é utilizado, e, é, tipicamente, um material de peneira molecular do tipo zeólita, que é conhecido, e que está comercialmente disponível. O material absorvente, utilizado dentro do leito absorvente, pode ser composto em uma configuração de uma única camada, ou de duas ou mais camadas, na qual a primeira camada (a exemplo da alumina ativada), mais próxima da entrada da alimentação, remove a água do gás de alimentação, e, a segundo leito da (a exemplo da peneira molecular de zeólita ) absorve um componente selecionado do gás, como, por exemplo, o dióxido de carbono, na purificação, ou, o nitrogênio, na separação do ar, e uma terceira camada pode ser utilizada para absorver ou para reagir com um ou mais contaminantes em traços (como, por exemplo, CO ou N₂O) etc. O material absorvente, ou reativo é, preferencialmente, comprimido compactamente para minimizar a sedimentação do absorvente e outros movimentos das partículas, para maximizar a eficiência do processo.

Deve ter ficado aparente para os especialistas na técnica que o objeto da invenção não está limitado aos exemplos aqui providos, os quais foram providos meramente para demonstrar a operacionalidade da presente invenção. O escopo desta invenção inclui os modos de realização equivalentes, as modificações e as variantes abrangidas escopo das reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Reator de leito radial (1), caracterizado por compreender:

a) um vaso substancialmente cilíndrico (2), possuindo um eixo longitudinal (20), uma tampa superior (3) e uma tampa inferior (4);

b) uma placa de suporte de fundo (7) disposta dentro de um invólucro (2) e conectada com a tampa inferior (4);

c) uma cesta externa porosa substancialmente cilíndrica (10) disposta concentricamente dentro do invólucro (2) ao longo do eixo longitudinal (20) e afixada à tampa superior (3) e à placa de suporte de fundo (7); e

d) uma cesta interna porosa substancialmente cilíndrica (9), disposta concentricamente dentro da cesta externa porosa (10), ao longo do eixo longitudinal (20) e tendo uma seção substancialmente sólida (9a) afixada à tampa superior (3) do vaso, uma seção substancialmente porosa (9b) afixada à placa de suporte de fundo (7), e, uma seção removível (22) afixada entre as mesmas.

2. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um leito do material ativo (17) é distribuído ao redor do eixo longitudinal (20) em um espaço anular formado entre a cestas interna e a externa (9, 10).

3. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção removível (22) é uma luva interna (22a, 22b, 22c) com meios para ser afixada, de modo removível, à superfície interna da seção substancialmente sólida (9a).

4. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a seção removível (22) forma uma estrutura contínua de cesta interna quando afixada à seção substancialmente sólida (9a).

5. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a seção removível (22) é compreendida por membros múltiplos.

6. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 5,

Petição 870180151910, de 14/11/2018, pág. 9/12 caracterizado pelo fato de que a seção removível (22) é compreendida por 3 membros (22a, 22b, 22c).

7. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os membros (22a, 22b, 22c) são conectados para formar um cilindro concêntrico e uniforme e afixados à cesta interna (9).

8. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que cada membro (22a, 22b, 22c) tem meios para se interconectar para, desta forma, reduzir o espaço ou os vazios entre os membros.

9. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que cada membro (22a, 22b, 22c) tem em uma extremidade distal, uma aba (24) para se sobrepor a extremidade distal do membro (22a, 22b, 22c) a ser casado.

10. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a cesta interna e a externa (9, 10) são axialmente flexíveis e radialmente rígidas.

11. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as paredes das cestas (9, 10) são feitas de folhas de metal perfuradas.

12. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que as folhas perfuradas incluem entalhes alongados (40), que são desencontrados e orientados horizontalmente em relação ao eixo vertical do vaso (20).

13. Reator de leito radial, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que telas (30) são posicionadas entre o leito (8) e a cesta interna (9), entre o leito (8) e a cesta externa (10), ou ambos.

14. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que nervuras de enrijecimento (32) são colocadas sobre a parede interna da cesta interna (9) em um plano horizontal e

Petição 870180151910, de 14/11/2018, pág. 10/12 estendendo-se ao redor da circunferência da cesta interna.

15. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos três colunas de suporte (12) são dispostas entre a placa de suporte inferior (7) e a tampa inferior (4).

16. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que as colunas de suporte (12) são compreendidas por dois membros.

17. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção porosa (9b) da cesta interna (9) representa pelo menos 50% do total da estrutura da cesta interna.

18. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos duas camadas de um material ativo (17) contido entre a cesta interna (9) e a cesta externa (10) distribuído de maneira contínua e uniforme orientado de modo a que todo o gás processado passe através de ambas as camadas e em que as camadas de material ativo são posicionadas de modo que o material ativo de duas camadas adjacentes estão em contato direto um com o outro na interface entre as ditas camadas adjacentes.

19. Reator de leito radial de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos duas camadas de material ativo (17) contido entre a cesta interna (9) e a cesta externa (10) distribuído de maneira contínua e uniforme e orientado de modo que todo o gás a ser processado passe através de ambas as camadas e em que as camadas adjacentes de material ativo são separadas por uma tela de direcionamento flexível não carregada.

20. Método de carregamento denso de um reator de leito radial (1) como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ter um invólucro de vaso substancialmente cilíndrico (2) com um eixo longitudinal vertical (20), uma cesta externa porosa substancialmente cilíndrica (10)

Petição 870180151910, de 14/11/2018, pág. 11/12 disposta concentricamente dentro do invólucro ao longo do eixo longitudinal, uma cesta interna porosa substancialmente cilíndrica (9) concentricamente dentro da cesta externa porosa ao longo do eixo longitudinal:

a) com a cesta interna e externa (9, 10) afixadas no topo e no fundo do invólucro e formando um leito para conter o material ativo entre a cesta interna e a externa; e

b) em que a cesta interna (9) inclui uma seção removível (22), próximo do topo do invólucro, o método compreendendo

1) a remoção de uma seção removível (22) da cesta interna (9); e
2) o carregamento denso de uma ou mais camadas de materiais ativos (88c, 88d) para dentro da circunferência do leito por meio de uma abertura criada pela remoção da seção removível (22) utilizando um carregador (80) e em seguida reinstalando a seção removível (22) antes da operação.

21. Método de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o carregador (80) direciona o fluxo do material ativo para canais separados.

22. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o carregador (80) possui pelo menos um braço (82) que pode varrer todos os 360 graus da circunferência do leito por meio da abertura criada pela remoção da seção removível (22).