BR112013008290A2 - reator, e, inserto de catalisador para uso no mesmo - Google Patents

reator, e, inserto de catalisador para uso no mesmo Download PDF

Info

Publication number
BR112013008290A2
BR112013008290A2 BR112013008290-9A BR112013008290A BR112013008290A2 BR 112013008290 A2 BR112013008290 A2 BR 112013008290A2 BR 112013008290 A BR112013008290 A BR 112013008290A BR 112013008290 A2 BR112013008290 A2 BR 112013008290A2
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
sheets
reactor
catalyst
channels
insert
Prior art date
Application number
BR112013008290-9A
Other languages
English (en)
Inventor
Neil Maxted
Robert Peat
Ross Alexander Morgan
Original Assignee
Compactgtl Limited
Neil Maxted
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Compactgtl Limited, Neil Maxted filed Critical Compactgtl Limited
Publication of BR112013008290A2 publication Critical patent/BR112013008290A2/pt

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/249—Plate-type reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0215—Coating
    • B01J37/0225—Coating of metal substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/024—Multiple impregnation or coating
    • B01J37/0248—Coatings comprising impregnated particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2453—Plates arranged in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2456—Geometry of the plates
    • B01J2219/2458—Flat plates, i.e. plates which are not corrugated or otherwise structured, e.g. plates with cylindrical shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2451—Geometry of the reactor
    • B01J2219/2456—Geometry of the plates
    • B01J2219/2459—Corrugated plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2461—Heat exchange aspects
    • B01J2219/2465—Two reactions in indirect heat exchange with each other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2469—Feeding means
    • B01J2219/2471—Feeding means for the catalyst
    • B01J2219/2472—Feeding means for the catalyst the catalyst being exchangeable on inserts other than plates, e.g. in bags
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2477—Construction materials of the catalysts
    • B01J2219/2479—Catalysts coated on the surface of plates or inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2476—Construction materials
    • B01J2219/2483—Construction materials of the plates
    • B01J2219/2485—Metals or alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2491—Other constructional details
    • B01J2219/2498—Additional structures inserted in the channels, e.g. plates, catalyst holding meshes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C01B2203/0822—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel the fuel containing hydrogen
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

REATOR, E, INSERTO DE CATALISADOR PARA USO NO MESMO Um reator (10) define primeiros e os segundos canais de fluxo (16, 17) dentro do reator, os primeiros canais de fluxo e os segundos canais de fluxo se estendendo em direções paralelas ao longo de pelo menos a parte principal de seus comprimentos. Um inserto de catalisador não estrutural removível (22, 24) é instalado nestes canais (16, 17), em que uma reação deve ocorrer, o inserto de catalisador compreendendo uma pluralidade de folhas ligadas juntas e que subdividem o canal de fluxo em uma multiplicidade de sub-canais de fluxo. Pelo menos, uma parte de extremidade (Q) do inserto de catalisador (22, 24), é desprovida de material catalítico ativo. A parte de extremidade (Q) que é desprovida de material catalítico ativo suprime a reação nesta parte do canal de fluxo e, assim, reduz a necessidade de qualquer transferência térmica nesta parte do canal de fluxo.

Description

“REATOR, E, INSERTO DE CATALISADOR PARA USO NO MESMO” A presente invenção refere-se a um reator para a realização de reações químicas que envolvem a transferência de calor, o reator definindo canais em que existe uma estrutura de catalisador, e a uma estrutura de - 5 catalisador para uso em tal reator.
: O uso de um reator catalítico constituído por uma pilha de folhas de metal que definem primeiros e segundos canais de fluxo, onde catalisador é instalado em insertos removíveis tais como folhas corrugadas dentro dos canais de fluxo, é descrito, por exemplo, em WO 03/033131, que descreve o uso de tal reator para a realização de reações químicas diferentes, por exemplo, a síntese de Fischer-Tropsch, a reforma de metano a vapor, ou combustão. WO 2010/067097 também descreve um reator catalítico em que o inserto de catalisador pode compreender uma ou mais folhas corrugadas. Os dois conjuntos de canais permitem a ocorrência da transferência de calor entre os conteúdos desses canais. Por exemplo, reforma de metano a vapor é uma reação endotérmica que requer uma temperatura elevada, geralmente acima de 750ºC, e o calor necessário pode ser fornecido por uma reação de combustão, ocorrendo no outro conjunto de canais dentro do reator catalítico. A síntese de Fischer-ITropsch é uma reação exotérmica, por isso, neste caso, os canais adjacentes aos para a reação de síntese podem transportar um fluido refrigerante.
, Não só os gradientes térmicos dentro de um reator tendem a conduzir a tensões dentro do material que forma um reator, mas existe também O risco adicional de fuga térmica. Com algumas reações catalíticas exotérmicas a taxa da reação pode aumentar à medida que a temperatura aumenta, e em tal caso existe uma interação positiva entre a taxa de reação e a temperatura dentro do reator. Isto pode levar a um aumento rápido de temperatura, referida como uma fuga térmica, o que pode resultar em danos para o catalisador ou para o
É 2 reator, ou ambos, e reduzir a vida útil do reator. Pontos quentes localizadas também são prejudiciais para a operação consistente do reator. A instalação de insertos removíveis transportando catalisador de um reator do tipo acima descrito é vantajosa na medida em que permite que o r 5 tempo de vida do reator exceda o tempo de vida do catalisador, possivelmente à: por várias vezes. No entanto, a fim de preparar o catalisador fresco no reator, as insertos devem ser removidos e insertos frescos inseridos. A fim de facilitar a troca fácil de catalisador, é preferível minimizar o número de peças separadas que precisam ser inseridas no reator.
De acordo com um aspecto da presente invenção, provê-se um reator definindo os primeiros e segundos canais de fluxo dentro do reator, os primeiros canais de fluxo e os segundos canais de fluxo se estendendo em direções paralelas ao longo de pelo menos a parte principal de seu comprimento, com um inserto de catalisador removível instalado nos canais em que a reação deve ocorrer, o inserto de catalisador compreendendo uma pluralidade de folhas ligadas juntas e que subdividem o canal de fluxo em uma multiplicidade de sub-canais de fluxo, e em que pelo menos uma parte da extremidade do inserto do catalisador é desprovida de material catalítico ativo.
Embora tenha sido feita menção da existência de primeiros e segundos canais de fluxo, por primeiro e segundo fluidos, será apreciado que o reator deve definir os canais de fluxo por mais do que dois fluidos diferentes.
f A parte de extremidade que é desprovida de material catalítico ativo suprime a reação nesta parte do canal de fluxo, e assim reduz a necessidade de qualquer transferência térmica nesta parte do canal de fluxo.
Isto é particularmente vantajoso quando os primeiros ou segundos canais de fluxo incluem partes de entrada ou de saída que se conectam a uma abertura de entrada ou de saída ou a um coletor, e estendem-se em uma direção que não é paralela à direção da parte principal do comprimento do canal de fluxo.
' 3 Preferencialmente material catalítico ativo é instalado apenas sobre as partes do inserto de catalisador que se localizam na região do reator em que os primeiros e segundos canais de fluxo estendem-se em direções paralelas. Os insertos de catalisador em, pelo menos, um conjunto de canais - 5 de fluxo podem ser levemente mais longos do que o comprimento dos canais de fluxo, de modo a projetar-se a partir de uma extremidade do canal de fluxo. Preferivelmente, o comprimento em projeção não é superior a 20 mm, mais preferivelmente não é maior do que 10 mm, por exemplo, 5 mm. Este comprimento em projeção pode tornar a remoção subsequente do inserto do catalisador mais fácil.
Um material preferido para as folhas de uma liga de aço resistente à corrosão em alta temperatura, por exemplo, um aço ferrítico contendo alumínio, em particular, do tipo conhecido como Fecralloy (marca registrada) que é ferro com até 20% de cromo, 0,5 - 12% de alumínio, e 0,1 - 3% de ítrio.
Por exemplo, ele pode compreender ferro com 15% de cromo, 4% de alumínio e 0,3% de ítrio. Quando este metal é aquecido em ar ele forma uma superfície de óxido aderente de alumina, que protege a liga contra a oxidação adicional. Esta camada de superfície de óxido também protege a liga contra a corrosão, em condições que prevalecem dentro de, por exemplo, um reator de oxidação de metano ou um reator de reforma vapor / metano. Onde este metal é usado como um substrato de catalisador, e é revestido com um revestimento cerâmico " em que o material catalisador é incorporado, a superfície de alumina sobre o metal é acreditada como se ligando com o revestimento cerâmico, de forma a assegurar que o material catalítico adere ao substrato de metal.
Estes materiais de liga podem não estar prontamente disponíveis em comprimentos apropriados. Por exemplo, o comprimento total do inserto de catalisador dentro de um canal de fluxo pode ser maior do que 500 mm, por exemplo, 600 mm ou 800 mm. Este pode ser constituído por uma pluralidade
] 4 de insertos discretos colocados extremidade a extremidade, ou alternativamente, cada canal de fluxo pode conter um inserto único.
O inserto pode compreender uma pilha de folhas finas, pelo menos, algumas das quais são corrugadas, cada camada da pilha compreendendo comprimentos de folha - 5 dispostos extremidade a extremidade, em que, em camadas sucessivas, as À posições nas quais as extremidades da folha se encontram são escalonadas.
Isto evita a necessidade de que as folhas dispostos extremidade a extremidade sejam ligadas diretamente uma na outra, como elas são conectadas ao serem ligadas à folha sucessiva ou folhas na pilha.
As folhas podem ser unidas juntas por brasagem, e podem ser ligadas juntas ao longo de comprimento total de cada pico das corrugações.
Em alternativa, elas podem ser soldadas, por exemplo, por soldagem por pontos.
Para um comprimento de inserto de 800 mm, preferivelmente pelo menos um de 600 mm é instalado com catalisador, de modo que a parte sem catalisador não é maior do que 200 mm; isto é, digamos, a parte sem catalisador não é maior do que 25% do comprimento total.
Por exemplo, podem-se ter partes de 100 mm em cada extremidade que são desprovidas de catalisador, ou pode-se ter uma parte de 200 mm em uma extremidade.
Quando as folhas são corrugadas, as corrugações podem ser quadradas ou retangulares, em seção transversal, ou arqueadas ou sinusoidais, ou podem ter a forma em ziguezague, definindo corrugações triangulares, ou E uma forma em dente de serra, por exemplo, com partes inclinadas conectadas por picos planos.
As corrugações tipicamente correm paralelas ao comprimento das folhas finas.
Em algumas configurações alternativas, as corrugações podem ser não paralelas, ou mesmo perpendiculares ao comprimento da folha fina.
Se as corrugações são fornecidas com um ângulo agudo em relação ao comprimento da folha, com sucessivas folhas corrugadas tendo as corrugações em orientações de imagem de espelho, então, o gás fluirá transversalmente
É 5 através do canal, reduzindo desse modo as variações de temperatura lateral e vertical, ao permitir a mistura entre os níveis dentro da pilha de folhas à medida que os reagentes atravessam o canal ao longo de trajetos de fluxo alternadamente orientados. Pelo menos algumas das folhas podem ser perfuradas.
. Se as folhas corrugadas têm corrugações que permitam a folhas adjacentes se entrelaçar, então as folhas corrugadas podem ser afastadas por folhas que são planas, ou substancialmente planas, para garantir que eles não se entrelacem. Tais folhas planas não são necessárias se as folhas adjacentes têm corrugações que não são paralelas. As folhas planas podem também ser corrugadas com uma amplitude muito pequena, por exemplo, para prover uma altura total de menos do que cerca de 0,2 mm, por exemplo 0,1 mm, enquanto que isto as torna um pouco menos flexíveis e, portanto, mais fáceis de trabalhar durante a montagem. A direção das corrugações da folha substancialmente plana pode ser ao longo do comprimento, ao longo da folha ou, alternativamente, pode ser transversal. A forma das corrugações das folhas planas pode ser em formato de dente de serra ou ondulada. As folhas têm, preferivelmente, uma espessura na faixa de 20-150 microns, por exemplo, 50 microns. A folha mais espessa, por exemplo, de 100 microns de espessura, pode proporcionar benefícios na transferência de calor melhorada. Ao evitar o entrelaçamento das folhas corrugadas, por exemplo, através do fornecimento de folhas planas ou através do fornecimento de folhas adjacentes com corrugações não paralelas, a altura do inserto é mais reproduzível e controlável do que uma pilha em que as folhas corrugadas idênticas são organizadas.
Um inserto de catalisador pode, assim, compreender uma pilha de folhas corrugadas (c) e folhas substancialmente planas (f), que são ligadas juntas. A pilha pode ter folhas corrugadas como as camadas mais externas, ou pode ter folhas substancialmente planas como as camadas mais externas. Uma
E 6 pilha de folhas corrugadas, como as camadas mais externas tende a ser um pouco mais flexível do que uma com folhas planas, e permite a transferência de calor melhorada para a parede do canal, embora uma pilha com folhas planas, como as camadas mais exteriores proporcione uma área de superfície maior " 5 para o catalisador.
Além disso, se a folha mais externa tem corrugações, de : amplitude pequena ou grande, a área da superfície que faz interface com a parede do canal de reator durante a inserção do inserto de catalisador é reduzida, o que pode reduzir o atrito e a resistência à inserção do inserto.
A título de exemplo, os insertos podem ter as configurações fefefefef (ou seja, 5 folhas planas espaçadas por quatro folhas corrugadas), ou cfefefe (ou seja, 4 folhas corrugadas separadas por três folhas planas), ou cfe (ou seja, duas folhas corrugadas separadas por uma folha plana). Para formar o inserto de catalisador, a estrutura da folha deve ser provida com um material catalítico sobre, pelo menos, parte de sua superfície.
Por exemplo, ele pode ser revestido com um material de suporte cerâmico, por exemplo, com base em alumina, e este deveria ser impregnado com o material catalítico ativo apropriado para a reação que deve ocorrer no canal correspondente.
O revestimento cerâmico pode ser aplicado por meio de técnicas, tais como revestimento por imersão, ou pulverização, para obter uma espessura de cerâmica entre 10 microns e 100 microns, dependendo da reação, e o revestimento pode ser aplicado para separar as folhas antes de serem montadas no inserto de catalisador, ou depois das folhas terem sido unidas Juntas.
Algumas das folhas, ou algumas das superfícies das folhas, podem ser mascaradas durante a deposição do revestimento cerâmico.
Se a configuração das folhas é uma com folhas planas no lado de fora, a superfície exterior das folhas planas exteriores pode ser revestida com cerâmica e provida com o material catalítico ativo, como pode haver um espaço estreito entre a superfície externa e a parede do canal que de outra forma poderia estabelecer um desvio
: 7 para os gases reagentes, no entanto, se o inserto de folha tiver um ajuste apertado no canal, então, a superfície externa pode ser deixada sem revestimento, uma vez que oferece um contato metal-a-metal com a parede do canal e assim melhora a transferência de calor para a parede. o Algumas das folhas podem ser desprovidas de catalisador. Em É particular, pode ser desejável deixar alguns sub-canais desprovidos de catalisador, para permitir que alguns gases se desviem do inserto do catalisador, para uso à jusante. A provisão de uma folha não revestida, perto do centro de uma pilha de folhas formando um inserto tem o benefício de reduzir a taxa de reação na proximidade do centro do inserto, e assim reduzir a taxa de geração de calor, onde a temperatura será a mais elevada, no contexto de uma reação exotérmica, ou reduzir a taxa de remoção de calor, onde a temperatura é a mais baixa, no contexto de uma reação endotérmica. Em qualquer evento, os revestimentos catalíticos podem diferir entre folhas diferentes, ou entre diferentes sub-canais, ou podem ser diferentes ao longo do comprimento do inserto de catalisador.
Dentro do reator os primeiros e segundos canais de fluxo podem ser definidos por ranhuras em placas dispostas como uma pilha, ou por faixas de espaçamento e as placas em uma pilha, a pilha então sendo ligada junta. Em 220 alternativa, os canais de fluxo podem ser definidos por folhas metálicas finas, que são guarnecidas com ameias e empilhadas alternadamente com folhas f planas, as bordas dos canais de fluxo podem ser definidas por tiras de vedação. A pilha de placas formando o reator é ligada junto, por exemplo, por ligação por difusão, brasagem, ou prensagem isostática a quente. A pilha de placas fornece a estrutura necessária para assegurar que o reator possa resistir a pressões diferenciais e tensões térmicas que são aplicadas durante a operação, o inserto não catalisador para fornece suporte estrutural.
Os canais podem ser quadrados em seção transversal, ou podem ser de qualquer altura maior ou menor do que a largura; a altura refere-se à dimensão na direção da pilha, isto é, na direção de transferência de calor.
Para garantir o bom contacto térmico, tanto os primeiros como os segundos canais de fluxo podem situar-se entre 20 mm e 1 mm de altura, e cada um dos canais - 5 pode ter uma largura entre cerca de 1,5 mm e 150 mm.
A título de exemplo, as placas (na vista em planta) podem ter uma largura na faixa de 0,05 m até 1 m, e comprimento na faixa de 0,2 m até 2 m, e os canais de fluxo tem preferivelmente altura entre 2 mm e 10 mm (dependendo da natureza da reação química). Por exemplo, as placas podem ter 0,5 m de largura e 1,0 m de comprimento, 0,6 m de largura e 0,8 m de comprimento, e podem definir canais de 7 mm de altura e 6 mm de largura, ou 3 mm de altura e 10 mm de largura, e 10 mm de altura e 5 mm de largura.
Dispor os primeiros e os segundos canais de fluxo se alternando na pilha ajuda a garantir uma boa transferência de calor entre os fluidos nesses canais.
Por exemplo, os primeiros canais de fluxo 1 podem ser aqueles para combustão (para gerar calor) e os segundos canais de fluxo podem ser para reforma de vapor / metano (que requer calor). Os insertos de catalisador são inseridos nos canais e podem ser removidos para substituição.
Tais reatores podem ser usados para uma variedade de reações, incluindo Fischer-Tropsch, e geração de gás de síntese, por exemplo, reforma de metano a vapor.
Se a desejada reação for exotérmica, os canais adjacentes É podem ser instalados com líquido refrigerante para extrair o calor da reação para fora do reator.
Inversamente, se a desejada reação for endotérmica, então calor deve ser fornecido para os canais de fluxo.
Isto pode ser conseguido quer pelo fluxo de fluidos quentes, preferivelmente gases, através dos canais ou através da realização de uma reação exotérmica nos canais adjacentes.
Combustão catalítica pode ser usada para fornecer o calor, e, neste caso, um pára-chamas é preferivelmente instalado na entrada de cada canal de fluxo para combustão para assegurar que uma chama não possa se propagar de volta para a mistura de gás combustível a ser alimentada para o canal de combustão. Isto pode estar dentro de uma parte de entrada de cada canal de combustão, por exemplo, na forma de um inserto não catalítico que subdivide uma parte do AS canal de combustão adjacente à entrada em uma multiplicidade de vias de fluxo estreitas, que são mais largas do que a o tamanho do espaço máximo para evitar a propagação da chama. Por exemplo, tal inserto não catalítico pode ser uma folha corrugada longitudinalmente ou uma pluralidade de folhas corrugadas longitudinalmente em uma pilha. No entanto, onde o gás combustível é fornecido através de um coletor, então, tal pára-chamas é preferivelmente instalado dentro do coletor.
Em outro aspecto a presente invenção fornece um reator definindo primeiros e segundos canais de fluxo dentro do reator, os primeiros canais de fluxo e os segundos canais de fluxo se estendendo em direções paralelas ao longo de pelo menos a parte principal de seus comprimentos, com um inserto de catalisador removível instalado naqueles canais em que a reação deve ocorrer, o inserto de catalisador compreendendo uma pluralidade de folhas ligadas juntas e que subdividem o canal de fluxo em uma multiplicidade de sub-canais de fluxo, em que insertos de catalisador em, pelo menos, um e) conjunto de canais de fluxo são um pouco mais longos do que o comprimento destes canais de fluxo, de modo a projetar-se a partir de uma extremidade do É canal de fluxo. O comprimento em projeção não é, preferivelmente, maior do que 20 mm, mais preferivelmente não é maior do que 10 mm.
Em ainda outro aspecto a presente invenção provê um reator definindo primeiros e segundos canais de fluxo dentro do reator, com um inserto de catalisador removível instalado nestes canais em que a reação deve ocorrer, o inserto de catalisador compreendendo uma pluralidade de folhas ligadas juntas e que subdividem o canal de fluxo em uma multiplicidade de sub-canais de fluxo, em que cada inserto de catalisador compreende uma pilha de folhas, pelo menos, algumas das mesmas são corrugadas, e em que pelo menos algumas das camadas da pilha compreendem comprimentos de folha dispostos extremidade a extremidade.
Preferivelmente na pilha existem - 5 camadas adjacentes, cada compreendendo comprimento de folha dispostos : extremidade a extremidade, e as posições nas quais as extremidades da folha se encontram nestas camadas adjacentes são escalonadas.
A invenção também provê um reator definindo primeiros e segundos canais de fluxo dentro do reator, com um inserto de catalisador 10 removível instalado nos canais em que a reação deve ocorrer, em que cada inserto de catalisador compreende uma pilha de folhas ligadas todas as quais sendo corrugadas, em que as corrugações em folhas de camadas alternadas da pilha estendem-se em diferentes orientações.
Em um aspecto adicional, a presente invenção provê um inserto de catalisador para uso em tal reator, o inserto de catalisador compreendendo uma pluralidade de folhas ligadas juntas e que definem uma multiplicidade de sub- canais de fluxo.
Em particular, pelo menos, uma parte de extremidade do inserto do catalisador pode ser desprovida de material catalítico ativo.
Em cada aspecto da invenção, o próprio reator proporciona a estrutura e resistência para suportar as tensões experimentadas durante a operação.
Assim, em cada caso, o inserto de catalisador pode ser não estrutural, uma vez que não precisa manter E as paredes do canal separadas durante a operação.
Portanto, ele pode ser feito de folha de metal fina.
A invenção será agora ainda e mais particularmente descrita, a título de exemplo apenas, e com referência aos desenhos anexos, em que: A Figura 1 mostra uma vista esquemática em perspectiva, parcialmente em seção, de parte de um bloco de reator apropriado para a reforma vapor / metano e incluindo insertos de catalisador (a seção estando
' n sobre a linha 1-1 da figura 2); A Figura 2 mostra uma vista lateral do bloco do reator montado da figura 1, mostrando os trajetos de fluxo; As Figuras 3a e 3b mostram vistas em planta de partes do bloco do mB reator da figura 1 durante a montagem; A Figura 4 mostra uma vista em corte de um inserto de catalisador alternativo, e As Figuras 5a e 5b mostram vistas em planta de partes de um bloco de reator alternativo durante a montagem.
A invenção é aplicável a muitos diferentes processos químicos, e, por exemplo, seria aplicável a um processo para a produção de gás de síntese, isto é, uma mistura de monóxido de carbono e hidrogênio, a partir do gás natural, através de reforma a vapor. O gás de síntese pode ser, por exemplo, ser subsequentemente usado para obter hidrocarbonetos de cadeia mais longa por uma síntese de Fischer-Tropsch. A reação de reforma a vapor é provocada por meio de mistura de vapor e metano, e o contato da mistura com um catalisador apropriado a uma temperatura elevada de modo que o vapor e o metano reagem para formar monóxido de carbono e hidrogênio. A reação de reforma a vapor é endotérmica, e o calor pode ser fornecido por combustão catalítica, por à. 20 exemplo, de hidrocarbonetos e / ou de hidrogênio misturado com o ar, de modo que a combustão ocorre sobre um catalisador de combustão dentro dos canais f de fluxo adjacentes dentro do reator de reforma. Agora com referência à figura 1 é mostrado um bloco de reator 10 apropriado para uso como um reator de reforma a vapor, ou para uso em um reator de reforma a vapor. O bloco de reator 10 define canais para um processo de combustão catalítica e canais para a reforma de metano a vapor. O reator 10 consiste de uma pilha de placas, que são retangulares na vista em planta, cada uma das placas sendo de uma liga de alta temperatura resistente à corrosão,
À 2 como Inconel 625, Incoloy 800HT ou Haynes HR-120. Placas planas 12, tipicamente com uma espessura na faixa de 0,5 a 4 mm, neste caso, 2,0 mm de espessura, estão dispostas alternadamente com placas guarnecidas com ameias 14 ou 15, de modo que as ameias definem canais 16 ou 17. As placas MB guarnecidas com ameias 14 e 15 são dispostas na pilha alternadamente. À à espessura das placas guarnecidas com ameias 14 e 15, tipicamente na faixa entre 0,2 e 3,5 mm, é, em cada caso, de 0,9 mm. A altura das ameias tipicamente na faixa de 2-10 mm, é de 6,0 mm em cada caso, e barras sólidas 18 são instalados ao longo dos lados. Os comprimentos de onda das ameias nas placas guarnecidas com ameias 14 e 15 podem ser diferentes uns dos outros, mas, como mostra a figura de uma forma de realização preferida, os comprimentos de onda são os mesmos, de modo que, em cada caso, aletas sucessivas ou ligamentos são afastados em 7,0 mm. As placas guarnecidas com ameias 14 e 15 podem ser referidas como estruturas de aletas. Em cada extremidade da pilha está uma placa de extremidade plana 19, que também pode ter 2,0 mm de espessura.
Embora apenas cinco canais sejam apresentados como sendo definidos por cada folha guarnecida com ameias 14 ou 15 na figura 1, em um reator na prática podem existir muitos mais, por exemplo, mais de setenta 220 canais em um bloco de reator 10 de largura total de cerca de 500 mm. A pilha de placas deve ser montada e ligada junta geralmente por É ligação por difusão, brasagem, ou prensagem isostática a quente. Em cada um dos canais 16 e 17 é então inserido um inserto de catalisador respectivo 22 ou 24 (apenas um de cada é mostrado na Figura 1), carregando um catalisador para a reação respectiva. Estes insertos 22 e 24 compreendem um substrato de metal e um revestimento cerâmico atuando como um suporte para o material catalítico ativo. O substrato de metal de cada inserto 22, 24 compreende uma pilha de folhas corrugadas e folhas planas que ocupam o canal de fluxo f 13 respectivo 16 ou 17, sendo cada folha de espessura inferior a 0,2 mm, por exemplo, 50 microns ou 100 microns; as pilhas mostradas na figura 1 consistem de três folhas corrugadas separadas por duas folhas planas, ligadas juntas.
Os insertos de catalisador 22 e 24 ocupam os canais 16 e 17, e os : 5 insertos têm 5,4 mm de altura e 6,6 mm de largura, estas dimensões permitindo : uma folga suficiente para acomodar as tolerâncias nos tamanhos do canal.
Referindo-nos agora à figura 2, mostra-se uma vista lateral do bloco do reator montado 10. A mistura de gás sofrendo combustão entra em um coletor 30 em uma extremidade do bloco do reator 10 (topo, como mostrado) e, depois de passar através de um pára-chamas 31 com placa de anteparo segue os canais de fluxo 17 que se estendem retos ao longo da maior parte do comprimento do reator 10. Em direção à outra extremidade do bloco do reator 10 os canais de fluxo 17 mudam a direção em 90º para se conectar a um coletor 32 no lado da outra extremidade do reator 10 (fundo à direita, como mostrado), este trajeto de fluxo sendo mostrado como uma linha rompida C.
A mistura de gás que deve sofrer a reação de reforma de metano a vapor entra em um coletor 34 no lado da extremidade do bloco do reator 10 (topo à esquerda, como mostrado), passa através de uma placa defletora 35 e, em seguida, muda de direção através de 90º para fluir através dos canais de fluxo 16 que se estendem 220 ao longo da maior parte do comprimento do bloco de reator 10, para emergir através de um coletor 36 na outra extremidade (fundo, conforme mostrado), ] este trajeto de fluxo sendo mostrado como uma linha pontilhada de cadeia S.
À disposição é, portanto, de tal forma que os fluxos são em co-corrente, e é tal que cada um dos canais de fluxo 16 e 17 é reto ao longo da maior parte de seu comprimento, e se comunica com um coletor 30 ou 36 em uma extremidade do bloco de reator 10, de modo que os insertos de catalisador 22 e 24 podem ser facilmente inseridos antes dos coletores de 30 ou 36 serem fixados.
Cada uma das placas planas 12 mostradas na figura | é, neste
' 14 exemplo, de dimensões de 500 mm de largura e 1,0 m de comprimento, e que é, consequentemente, a área da seção transversal do bloco de reator 10. Com referência agora à Figura 3A mostra-se uma vista em planta de uma parte do bloco de reator 10 durante a montagem, que mostra a placa guarnecida com " 5 ameias 15 (sendo esta vista em um plano paralelo ao da vista da figura 2). À placa guarnecida com ameias 15 é de comprimento de 800 mm, e 460 mm de largura, e as barras laterais 18 são de 20 mm de largura. A extremidade superior da placa guarnecida com ameias 15 está alinhada com a borda superior da placa plana 12, assim que é aberta (para se comunicar com o coletor 30). Uma das barras laterais 18 (à esquerda, como mostrado) tem 1,0 m de comprimento, e é unida à barra de extremidade equivalente 18a que se estende através da extremidade. Existe, portanto, um espaço de 180 mm de largura, no canto de fundo à direita (para se comunicar com o coletor 32). A região retangular entre a extremidade de fundo da placa guarnecida com ameias 15 e a barra de extremidade 18a é ocupada por duas partes triangulares 26 e 27 da placa guarnecida com ameias: uma primeira parte 26 tem ameias paralelas à barra de extremidade 18a, e estende-se até a borda da pilha (de modo a se comunicar com o coletor 32), enquanto que a segunda parte 27 tem ameias paralelas às da placa guarnecida com ameias 15.
2 2o Com referência à figura 3b mostra-se uma vista, equivalente à da figura 3a, mas mostrando uma placa guarnecida com ameias 14. Neste caso, a É placa guarnecida com ameias 14 é novamente de 800 mm de comprimento e de 460 mm de largura, e as barras laterais 18 tem 20 mm de largura. À extremidade de fundo da placa guarnecida com ameias 14 está alinhada com a borda inferior da placa plana 12, de modo que é aberta (para se comunicar com o coletor 36). Uma das barras laterais 18 (à direita, como mostrado) é de 1,0 m de comprimento, e é unida à barra de extremidade equivalente 18a que se estende através da extremidade. Existe, portanto, um espaço de 180 mm de
: 15 largura, no canto de topo à esquerda (para se comunicar com o coletor 34). Na região retangular entre a extremidade de topo da placa guarnecida com ameias 14 e a barra de extremidade 18a existem porções triangulares 26 e 27 da placa guarnecida com ameias: uma primeira parte 26 tem ameias paralelas à barra de - 5 extremidade 18a, e estende-se para a extremidade da pilha (de modo a se comunicar com o coletor 34), enquanto a outra parte 27 tem ameias paralelas às da placa guarnecida com ameias 14.
Será apreciado que muitos outros arranjos de partes de placas guarnecidas com ameias podem ser usados para alcançar esta mudança de direção do fluxo de gás. Por exemplo, a placa guarnecida com ameias 15 e a parte de placa guarnecida com ameias 27 podem ser incorporadas uma na outra, uma vez que elas têm ameias idênticas e paralelas, e similarmente a placa guarnecida com ameias 14 e a parte adjacente da placa guarnecida com ameias 27 podem ser incorporadas uma na outra. Preferivelmente, as ameias sobre as porções triangulares 26 e 27 têm a mesma forma que as das partes definindo canais 14 ou 15. Em alguns casos, as partes triangulares 26 e 27 podem ser omitidas, para deixar um espaço de distribuição de gás entre as placas planas 12 através das quais o gás flui entre a extremidade da placa guamecida com ameias 14 ou 15 e o coletor 32, 34 no lado do bloco 10. 2 Como mencionado previamente, depois de que a pilha de placas 12, 14, 15 tiver sido montada, insertos de catalisador 22 e 24 são inseridos nos . canais de reação 16 e 17. Os insertos de catalisador 24 têm 800 mm de comprimento e incorporam material catalítico ativo ao longo de 600 mm de seu comprimento, o que corresponde a três quartos de fundo dos canais retos conforme mostrado no plano na figura 3a, esta parte sendo indicada pela seta P, e sobre os outros 200 mm indicados pela seta Q os insertos 24 não são catalíticos. Similarmente, nos canais 16 para a mistura do gás de reforma a vapor S, os insertos de catalisador 22 são de 800 mm de comprimento, e, como indicado pela seta R, o material catalítico ativo é instalado ao longo da parte ocupando os três quartos de cima dos canais retos conforme mostrado no plano na Figura 3b; os outros 200 mm do comprimento dos insertos 22, como indicado pela seta Q, não são catalíticos. Depois de inserir os insertos de . 5 catalisador 22 e 24, uma malha de arame (não mostrada) pode ser fixada & através da extremidade de fundo do bloco do reator 10 de modo que os insertos de catalisador 22 não caiam para fora dos canais de fluxo 16, quando o bloco de reator 10 está em sua posição vertical (como mostrado na figura 2). Será, portanto, apreciado que os materiais catalíticos ativos sobre os insertos 22 e 24 só estão presentes nestas partes P e R dos canais de fluxo 16 e 17 que são imediatamente adjacentes uns aos outros.
Será apreciado que coletores 30, 32, 34 e 36 podem, então, ser fixados ao bloco de reator 10. Alternativamente, pode ser mais conveniente instalar um reator de capacidade maior, e isto pode ser conseguido através da 1 combinação de vários blocos de reator 10 juntos, antes de fixar os coletores.
Como indicado acima os insertos 22 e 24 compreendem um substrato de metal e um revestimento cerâmico atuando como um suporte de catalisador. O substrato de metal de cada inserto 22, 24 compreende um conjunto empilhado de folhas corrugadas e folhas planas que ocupam o 220 respectivo canal de fluxo 16 ou 17, sendo cada folha de espessura inferior a 0,2 mm, por exemplo, 50 microns ou 100 microns, os da figura 1 consistem de três folhas corrugadas, separadas por duas folhas planas, ligadas juntas. O comprimento total de cada inserto 22 e 24 é de 800 mm. Todas as folhas podem ser do comprimento desejado, 800 mm no presente exemplo. Alternativamente, as folhas planas podem ser do comprimento desejado, ao passo que as folhas corrugadas são feitas de comprimentos mais curtos colocados extremidade a extremidade. A montagem é empilhada e ligada de modo a formar uma estrutura integrante, em que cada comprimento de folha é ligado ao
; 7 comprimento sucessivo da folha na pilha. Como um outro exemplo alternativo, cada folha plana na pilha é composta de quatro comprimentos de folha plana, de comprimentos de 100 mm, 300 mm, 300 mm e 100 mm, dispostos extremidade a extremidade, enquanto que cada folha corrugada é composta de - 5 três comprimentos de folha corrugada com corrugações correndo ao longo de seu comprimento, de comprimentos 300 mm, 300 mm e 200 mm, dispostas | extremidade a extremidade. Isto assegura que as posições em camadas sucessivas da pilha onde os comprimentos de folha encontrados são escalonados. Esta abordagem baseia-se na disponibilidade de folhas de comprimento até 300 mm de liga de metal desejada. Se folhas com 400 mm de comprimento estão disponíveis, por exemplo, um inserto de 800 mm de comprimento pode compreender folhas corrugadas de 400 mm de comprimento colocadas extremidade a extremidade, empilhadas com folhas planas de comprimentos de, digamos, 200 mm, 400 mm e 200 mm. Em uma técnica preferida de fabricação, tal conjunto é empilhado e ligado junto utilizando folhas que são consideravelmente mais largas do que o necessário, por exemplo, 500 mm ou 1000 mm de largura, o conjunto é então cortado em tiras de largura apropriada para os canais 16, 17, que, neste caso, têm 6,6 mm. Este conjunto pode usar corte a laser.
Após a ligação das folhas juntas, e antes ou depois do corte em tiras do tamanho do canal, o catalisador é instalado. Ele pode ser provido através da impregnação do metal ativo em um suporte de alumina, ou de cerâmica, que é então formado em um revestimento de lavagem em que as folhas são imersas. Alternativamente, um revestimento cerâmico pode ser depositado, por exemplo, por revestimento por imersão em uma pasta fluida contendo alumina, o revestimento secado e queimado, e então o revestimento é impregnado com material cataliticamente ativo correspondendo à reação que é requerida. Tipicamente, o material cataliticamente ativo será introduzido sob a t 18 forma de um sal, o qual é então calcinado e, se necessário, reduzido para dar a forma ativa do material. Uma parte de cada conjunto empilhado não é instalada com o revestimento cerâmico ou o material cataliticamente ativo, esta sendo uma parte de 200 mm de comprimento em uma extremidade Consequentemente RS cada um dos insertos 22 e 24 tem uma parte não catalítica de 200 mm de comprimento em uma extremidade, correspondendo às partes Q indicadas na figura 3a e 3b.
Será apreciado que os insertos de catalisador 22 e 24 descritos acima são a título de exemplo apenas. As folhas corrugadas dos insertos 22 e 24 são mostradas como tendo corrugações triangulares ou em formato em ziguezague, mas deve ser observado que as corrugações podem ter outros formatos. As corrugações em folhas corrugadas sucessivas podem ser alinhadas umas com as outras, pico acima de pico, ou o pico acima do vale, isto é, com as corrugações estando em fase ou em anti-fase, ou a relação de fase entre as corrugações em folhas corrugadas sucessivas pode ser aleatória. Os insertos 22 e 24 são mostrados como compreendendo três folhas corrugadas, separadas por duas folhas planas, mas outras combinações são possíveis, por exemplo, quatro folhas substancialmente planas podem ser separadas por três folhas corrugadas para formar insertos de catalisador com folhas planas como componentes os mais externos. Como uma modificação adicional, os insertos de catalisador, pelo menos os nos canais de fluxo 16, para a reação de reforma de metano a Y vapor, podem ser um pouco mais longos do que os canais, por exemplo, sendo de 805 mm de comprimento, e, neste caso, a parte não catalítica teria 205 mm de comprimento. Uma parte curta do inserto de catalisador se projetaria, portanto, além da extremidade de fundo do reator, o que iria simplificar a remoção, quando o catalisador estivesse gasto. Com referência agora à figura 4, mostra-se uma vista em corte transversal através de um inserto de catalisador 40 para uso em um canal de
- 19 fluxo 42 (indicado por uma linha rompida). Este inserto de catalisador 40 é constituído por duas folhas corrugadas 43 formadas em ameias retangulares de modo a definir sub-canais de 2,5 mm de altura e 1,1 mm de largura, estas folhas 43 sendo ligadas a faces opostas de uma folha plana 44 de 0,1 mm de . 5 espessura.
Neste caso, as ameias nas duas folhas 43 estão alinhadas umas com as outras em anti-fase, com picos em uma folha 43 em linha com vales na outra : folha 43. Como descrito acima em relação aos insertos 22 e 24, este inserto 40 pode ser feito primeiro preparando um conjunto empilhado e unido junto de folhas que são consideravelmente mais largas do que o necessário, por exemplo, 500 mm ou 1 000 mm de largura; o conjunto sendo então cortado em tiras da largura apropriada para os canais 42. Isto pode usar corte a laser, corte mecânico ou outras técnicas semelhantes.
Após a união das folhas juntas, e antes ou depois do corte em tiras de tamanho do canal, o revestimento cerâmico e o material catalítico ativo podem ser depositados como descrito anteriormente.
Uma parte de cada conjunto de folha empilhada não é provida com o revestimento cerâmico ou o material cataliticamente ativo, sendo esta uma parte de 200 mm de comprimento em uma extremidade.
Consequentemente, o inserto 40 tem uma parte não catalítica de 200 mm de comprimento em uma extremidade.
O inserto de catalisador 40 é inserido dentro de canal 42 em um bloco de reator análogo Ê ao descrito acima.
Os picos e vales das ameias retangulares proporcionam uma 7 grande área na proximidade das paredes do canal no topo e no fundo, assim melhorando a transferência de calor, e as porções de intervenção das ameias estendem-se paralelamente à direção de transferência de calor, o que também melhora a transferência de calor.
Deve ser apreciado que o inserto de catalisador 40 é mostrado a título de exemplo apenas, e que uma modificação pode, por exemplo, compreender três folhas corrugadas em ameias retangulares e separadas por duas folhas planas.
A provisão de insertos de catalisador 22, 24 ou 40 que incorporam um comprimento não catalítico simplifica a montagem do reator, uma vez que cada canal 16 ou 17 apenas precisa acomodar um tal inserto. A disposição do material catalítico sobre os insertos assegura que o material catalítico seja : 5 instalado apenas ao longo destas partes dos canais de fluxo em que os fluxos são paralelos e co-correntes em canais de fluxo adjacentes, que correspondem a seções P e R mostradas nas figuras 3a e 3b, o que melhora a distribuição da temperatura dentro do reator. No bloco de reator 10 acima descrito, cada trajeto de fluxo C e S é em formato de L, com uma seção reta se comunicando diretamente com um coletor 30 ou 36 em uma extremidade do bloco, e uma seção de distribuidor ligando a um coletor 32 ou 34 a em um lado do bloco. As reações químicas ocorrem em ambos os conjuntos de canais e, portanto, insertos de catalisador 22, 24 são inseridos nas seções retas. O conceito da presente invenção é igualmente aplicável em reatores para outras reações químicas. A título de exemplo, um reator similar pode ser usado para uma reação, tal como síntese de Fischer-Tropsch, em que uma reação química ocorre em um conjunto de canais, enquanto um meio de transferência de calor flui em um conjunto adjacente de canais. Neste caso, nenhuma reação química ocorre nos canais transportando o meio de transferência de calor, de modo que nenhum inserto de catalisador é requerido nesses canais. Portanto, os canais para a reação química podem estender-se retos através do bloco do reator a partir de uma extremidade para a outra, enquanto que os canais para o meio de transferência de calor podem incorporar uma seção central, que é paralela à dos canais para a reação química, e uma seção de distribuidor em cada extremidade para ligar os coletores no lado ou lados do bloco.
Tal reator é mostrado nas Figuras 5a e 5b, às quais é agora feita referência. Na figura 5a mostra-se uma vista em planta de uma parte de um bloco de reator para reações de Fischer-Tropsch durante a montagem. Tal como no bloco de reator 10 acima descrito, o bloco de reator para a reação de Fischer-Tropsch consiste de uma pilha de placas planas e placas guarnecidas com ameias. As placas podem ser de uma liga de temperatura elevada, tal como . 5 descrito acima, mas uma vez que as temperaturas de reação são menores, as placas podem ser, ao contrário, de outros materiais tais como o aço inoxidável ou uma liga de alumínio. As placas planas, neste exemplo, são de dimensões de 500 mm de largura e 1,0 m de comprimento, sendo, consequentemente, a área da seção transversal do bloco do reator. A Figura 5a mostra uma placa 10 guarnecida com ameias 55 que define canais de fluxo para os reagentes de Fischer-Tropsch, F. A placa guarnecida com ameias 55 é de 1000 mm de comprimento e de largura 460 mm, e ao longo de cada lado estão barras laterais 18 de 20 mm de largura. As extremidades de topo e de fundo da placa guarnecida com ameias 55 estão alinhadas com as extremidades de topo e de fundo das placas planas adjacentes, de modo que os canais definidos pela placa 55 estão abertos em cada extremidade.
Com referência à figura 5b, mostra-se uma vista equivalente à da figura 5a, mas mostrando uma placa guarnecida com ameias 56 que define os canais de fluxo para um fluido refrigerante. Tais placas guarnecidas com 2 ameias 56 estão dispostas alternadamente na pilha com as placas guarnecidas com ameias 55, separadas por placas planas. Neste caso, a placa guarnecida Í com ameias 56 é de comprimento 800 mm, e de 460 mm de largura, e as barras laterais 18 têm 20 mm de largura. Cada barra lateral 18 tem 900 mm de comprimento, e é unida à barra de extremidade equivalente 18a, que se estende através da extremidade. Existem, consequentemente, espaços de 80 mm de largura nos cantos de topo à esquerda e de fundo à direita, através dos quais um fluido refrigerante flui para dentro e para fora, respectivamente, como indicado pelas setas H. Nas regiões retangulares entre as extremidades da placa guarnecida com ameias 56 e as barras de extremidade 18a existem porções triangulares 57 e 58 da placa guarnecida com ameias: uma primeira parte 57 tem ameias paralelas à barra de extremidade 18a, e estende-se para a borda da pilha, de modo a se comunicar com um coletor (não mostrado), enquanto a - 5 outra parte 58 tem ameias paralelas às da placa guarnecida com ameias 56. Insertos de catalisador são instalados nos canais definidos na placa guarnecida com ameias 55 e carregam um catalisador para a reação de Fischer- Tropsch.
Estes insertos de catalisador estendem-se no comprimento total de cada canal, isto é, 1000 mm, mas o material catalítico é instalado apenas na seção central de 800 mm marcada S, de modo que estão porções não catalíticas T de 100 mm de comprimento em cada extremidade.
Portanto, as partes do catalisador S são adjacentes às partes dos canais de líquido refrigerante em que o fluxo de líquido refrigerante é paralelo ao fluxo nos canais de reação.
Será apreciado que o bloco de reator descrito em relação às figuras Sa e 5b é apresentado a título de exemplo apenas.
Por exemplo, um bloco de reator pode ter um comprimento ou uma largura diferentes daquelas descritas acima.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES
1. Reator caracterizado pelo fato de definir primeiros e segundos canais de fluxo dentro do reator, os primeiros canais de fluxo e os segundos canais de fluxo se estendendo em direções paralelas ao longo de pelo menos a : 5 parte principal de seu comprimento, com um inserto de catalisador removível instalado nestes canais em que uma reação deve ocorrer, cada inserto de catalisador compreendendo uma pluralidade de folhas ligadas juntas e que subdividem o canal de fluxo em uma multiplicidade de sub-canais de fluxo, em que pelo menos uma parte de extremidade de cada inserto de catalisador é desprovida de material catalítico ativo, e em que os insertos de catalisador em pelo menos um conjunto de canais de fluxo são um pouco mais longos do que o comprimento destes canais de fluxo, de modo a projetar-se a partir de uma extremidade do canal de fluxo.
2. Reator de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato ts de que os primeiros ou segundos canais de fluxo incluem partes de entrada ou de saída que se conectam a uma abertura de entrada ou de saída ou a um coletor, e estendem-se em uma direção que não é paralela à direção da parte principal do comprimento do canal de fluxo, e em que o material catalítico ativo é instalado apenas sobre as partes do inserto de catalisador que se 720 localizam em uma região do reator em que os primeiros e segundos canais de fluxo estendem-se em direções paralelas. É
3. Reator de acordo com a reivindicação | ou 2, caracterizado pelo fato de que o comprimento em projeção não é maior do que 20 mm.
4. Reator de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o comprimento em projeção não é maior do que 10 mm.
5. Reator de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o comprimento de cada inserto de catalisador que é desprovido de material catalítico ativo não é maior do que
. 2 30% do comprimento total do inserto de catalisador, preferivelmente não é maior do que 25%.
6. Reator de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que cada inserto de catalisador . 5 compreende uma pilha de folhas finas, pelo menos algumas das mesmas são corrugadas, cada camada da pilha compreendendo comprimentos de folha dispostos extremidade a extremidade, em que, em camadas sucessivas, as posições em que extremidades de folhas se encontram são escalonadas.
7. Reator de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que cada inserto de catalisador compreende uma pilha de folhas finas, pelo menos uma das mesmas é substancialmente plana e pelo menos uma é corrugada, e em que as folhas planas são do mesmo comprimento que o inserto e em que as folhas corrugadas na pilha compreendem uma pluralidade de comprimentos corrugados de folhas dispostos extremidade a extremidade.
8. Reator caracterizado pelo fato de definir primeiros e segundos canais de fluxo dentro do reator, os primeiros canais de fluxo e os segundos canais de fluxo se estendendo em direções paralelas ao longo de pelo menos a parte principal de seus comprimentos, com um inserto de catalisador removível instalado nestes canais em que a reação deve ocorrer, cada inserto de catalisador compreendendo uma pluralidade de folhas ligadas juntas e que " subdividem o canal de fluxo em uma multiplicidade de sub-canais de fluxo, em que pelo menos uma parte de extremidade de cada inserto catalisador é desprovida de material catalítico ativo, e em que cada inserto de catalisador compreende uma pilha de folhas finas, pelo menos, algumas das mesmas são corrugadas, cada camada da pilha compreendendo comprimentos de folha dispostos extremidade a extremidade, em que, em camadas sucessivas, as posições nas quais as extremidades da folha se encontram são escalonadas.
! 3
9, Reator de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o material catalítico ativo é instalado apenas sobre as partes do inserto de catalisador que se localizam em uma região do reator em que os primeiros e segundos canais de fluxo se estendem em direções paralelas. . 5
10. Reator de acordo com qualquer uma das reivindicações ' precedentes, caracterizado pelo fato de que o inserto de catalisador compreende um conjunto de folhas corrugadas e folhas substancialmente planas que são dispostos alternadamente em uma pilha e ligadas juntas.
11. Reator de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que algumas das folhas que constituem o inserto de catalisador são desprovidas de catalisador ao longo de seu comprimento.
12. Reator de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que cada inserto de catalisador compreende uma pilha de folhas finas, pelo menos uma das mesmas é substancialmente plana e pelo menos uma é corrugada, e em que as folhas planas são do mesmo comprimento que o inserto e em que as folhas corrugadas na pilha compreendem uma pluralidade de comprimentos corrugados de folha dispostos extremidade a extremidade.
13. Reator de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, algumas das folhas são corrugadas e as folhas são unidas juntas ao longo de comprimento total de cada É pico das corrugações.
14. Reator caracterizado pelo fato de definir primeiros e segundos canais de fluxo dentro do reator, com um inserto de catalisador não estrutural removível instalado nos canais em que a reação deve ocorrer, o inserto de catalisador compreendendo uma pluralidade de folhas ligadas juntas e que subdividem o canal de fluxo em uma multiplicidade de sub-canais de fluxo, em que cada inserto de catalisador compreende uma pilha de folhas finas, pelo menos algumas das mesmas são corrugadas, e em que pelo menos algumas das camadas da pilha compreendem comprimentos de folha dispostos extremidade a extremidade.
15. Reator de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo . 5 fato de que na pilha estão camadas adjacentes cada compreendendo comprimentos de folha dispostos extremidade a extremidade, e as posições nas quais as extremidades da folha se encontram nestas camadas adjacentes são escalonadas.
BR112013008290-9A 2010-10-07 2011-10-03 reator, e, inserto de catalisador para uso no mesmo BR112013008290A2 (pt)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1016926.6 2010-10-07
GBGB1016926.6A GB201016926D0 (en) 2010-10-07 2010-10-07 Catalytic reactor and catalyst structure
PCT/GB2011/051874 WO2012046032A1 (en) 2010-10-07 2011-10-03 Catalytic reactor and catalyst structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BR112013008290A2 true BR112013008290A2 (pt) 2020-07-21

Family

ID=43304230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR112013008290-9A BR112013008290A2 (pt) 2010-10-07 2011-10-03 reator, e, inserto de catalisador para uso no mesmo

Country Status (11)

Country Link
US (1) US20130202498A1 (pt)
EP (1) EP2624950A1 (pt)
JP (1) JP2013540052A (pt)
CN (1) CN103228352A (pt)
AU (1) AU2011311395A1 (pt)
BR (1) BR112013008290A2 (pt)
CA (1) CA2813837A1 (pt)
EA (1) EA201390522A1 (pt)
GB (1) GB201016926D0 (pt)
TW (1) TW201219110A (pt)
WO (1) WO2012046032A1 (pt)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014161777A (ja) * 2013-02-22 2014-09-08 Sumitomo Precision Prod Co Ltd 触媒反応器及び触媒反応器の製造方法
JP6728781B2 (ja) 2016-03-03 2020-07-22 株式会社Ihi 反応装置
JP6919274B2 (ja) * 2017-03-31 2021-08-18 株式会社Ihi 触媒反応器
JP7271865B2 (ja) 2018-05-17 2023-05-12 株式会社Ihi 反応装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5846494A (en) * 1992-04-30 1998-12-08 Gaiser; Gerd Reactor for catalytically processing gaseous fluids
GB0116894D0 (en) * 2001-07-11 2001-09-05 Accentus Plc Catalytic reactor
AU2002331937B2 (en) 2001-10-12 2007-07-05 Compactgtl Plc Catalytic reactor
GB0501731D0 (en) * 2005-01-31 2005-03-02 Accentus Plc Catalytic reactor
GB0504622D0 (en) * 2005-03-05 2005-04-13 Accentus Plc Catalytic reactors
GB0819519D0 (en) * 2008-10-24 2008-12-03 Compact Gtl Plc Catalytic reactor
GB0822544D0 (en) 2008-12-11 2009-01-14 Compactgtl Plc Chemical reactor operation
CN101771160B (zh) * 2008-12-29 2012-02-15 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种热耦合天然气重整器
GB0918738D0 (en) * 2009-10-26 2009-12-09 Compactgtl Plc Reactor with channels

Also Published As

Publication number Publication date
GB201016926D0 (en) 2010-11-24
AU2011311395A1 (en) 2013-05-09
CN103228352A (zh) 2013-07-31
JP2013540052A (ja) 2013-10-31
US20130202498A1 (en) 2013-08-08
EA201390522A1 (ru) 2013-07-30
WO2012046032A1 (en) 2012-04-12
EP2624950A1 (en) 2013-08-14
TW201219110A (en) 2012-05-16
CA2813837A1 (en) 2012-04-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BRPI0607501A2 (pt) reator catalìtico compacto, e, planta para o processamento de gás natural de modo a obter hidrocarbonetos de cadeia mais longa
US20120210995A1 (en) Reactor with Channels
US7300635B2 (en) Catalytic reactor
EP1086349B1 (en) Heat exchanger
JP5362553B2 (ja) 交互に配置された第一および第二フローチャネルを備えた触媒作用反応器
BR0210943B1 (pt) Reator catalítico, processo para realizar reforma metano/vapor, e, planta para o processamento de metano para produzir hidrocarbonetos de cadeia mais longa
US6920920B2 (en) Heat exchanger
US6318456B1 (en) Heat exchanger of the crosscurrent type
JP5581028B2 (ja) 触媒反応器
BR112013008290A2 (pt) reator, e, inserto de catalisador para uso no mesmo
WO2013108011A1 (en) A compact catalytic reactor
OA16579A (en) Catalytic reactor and catalyst structure.
WO2013045921A1 (en) Catalytic reactor and catalyst structure
EP1321184A1 (en) Steam reforming reactor
WO2013093422A1 (en) Catalyst structure and a catalytic process
WO2013093425A1 (en) Catalytic reactor and catalytic structure
CN115298505A (zh) 热交换器
JPWO2020111016A1 (ja) 反応装置

Legal Events

Date Code Title Description
B11A Dismissal acc. art.33 of ipl - examination not requested within 36 months of filing
B11Y Definitive dismissal - extension of time limit for request of examination expired [chapter 11.1.1 patent gazette]
B350 Update of information on the portal [chapter 15.35 patent gazette]