BR112013014824B1

BR112013014824B1 - aparelho de fase de pasta fluida

Info

Publication number: BR112013014824B1
Application number: BR112013014824A
Authority: BR
Inventors: Peter Steynberg Andre; Phillippus Kleynhans Evert; Gerhardus Nel Hermanus; Louw Jako; Stephen Lee Marshall
Original assignee: Sasol Tech Pty Ltd
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2019-12-17
Also published as: US9937476B2; CN103354764B; AP2013006960A0; US20180117558A1; NZ611549A; CN103354764A; PE20140504A1; US20140371334A1; CA2819813A1; PL404311A1; RU2566406C2; AU2011342806B2; US10322393B2; BR112013014824A2; WO2012080933A1; RU2013132155A; AR084260A1; AU2011342806A1; AP3958A; CA2819813C

Abstract

aparelho de fase de pasta fluida trata-se de um método para operar um aparelho de fase de pasta fluida (1 o) que inclui alimentar um ou mais reagentes gasosos em um corpo de pasta fluida (37) do material particulado sólido suspenso em um líquido de suspensão contido dentro de um recipiente (12). o um ou mais reagentes gasosos são alimentados ao corpo de pasta fluida (37) através de um distribuidor de gás (14) que tem saídas de gás voltadas para baixo (32) e são alimentados a uma partição impermeável a fluido (18) que atravessa o recipiente (12) abaixo do distribuidor de gás (14). a partição (18) divide o recipiente (12) em um volume de pasta fluida (19) acima da partição (18) e um volume de fundo (36) abaixo da partição (18). uma pressão diferencial é mantida sobre a partição (18) entre os limites predefinidos pela manipulação ou permissão de alterações na pressão no volume de fundo (36), empregando uma passagem de transferência de pressão (34) que estabelece a comunicação de fluxo ou pressão entre o volume de fundo (36) e um espaço vazio (40) acima do corpo de pasta fluida (37).

Description

“APARELHO DE FASE DE PASTA FLUIDA”

Esta invenção refere-se a um aparelho de fase de pasta fluida. Particularmente, a invenção refere-se a um método para operar um aparelho de fase de pasta fluida e ao aparelho de fase de pasta fluida.

Reatores trifásicos ou reatores de coluna de bolhas de pasta fluida são frequentemente empregados na indústria de processo químico. Usualmente, os mesmos são usados para reações em que os reagentes são gasosos, os produtos incluem líquidos e um catalisador sólido é exigido. Essas reações são frequentemente exotérmicas. Em tais reações, um gás é assim injetado em uma pasta fluida que compreende sólidos de catalisador particulados suspensos em um líquido. Tipicamente, um distribuidor de gás ou pulverizador é usado para injetar gás na pasta fluida. A pasta fluida está em um estado de agitação constante sob condições operacionais normais.

O documento WO 2005/084790 revela um distribuidor de gás para um reator de pasta fluida com as saídas de gás estão tão próximas quanto possível da face inferior interna do reator e sendo adaptadas para ejetar gás ao longo da face inferior interna do reator para remover o catalisador e através disso aprimorando a distribuição no reator. O documento WO 2005/084790 aponta que o volume debaixo do distribuidor de gás não é controlado por meios de resfriamento e que a varredura do catalisador da face inferior interna circula vantajosamente o catalisador somente na zona diretamente acima do distribuidor de gás onde serpentinas de resfriamento predominam. É evidente a partir, por exemplo, da Figura 1 do documento WO 2005/08470 que as saídas de gás rastreiam a curvatura do cabeçote de fundo de reator.

O documento WO 2005/094979 revela um distribuidor de gás com bocais de gás que se abrem para baixo para produzir jatos para baixo na pasta fluida durante a operação. Esses jatos enxáguam uma superfície de fundo do reator limpo para prevenir o catalisador de se assentar na superfície de fundo. O documento WO 2005/094979 ensina uma certa densidade de distribuição de bocais e também uma distância ótima entre os bocais e a superfície de fundo de reator para garantir a suspensão do catalisador por um lado e impedir a erosão por outro lado. A Figura 2 do documento WO 2005/094979 mostra como a superfície de fundo do reator é curvada e como os anéis de distribuidor de gás são colocados para garantir o espaçamento constante entre os anéis e a superfície de fundo do reator. Isso é alcançado com o uso de diferentes comprimentos de tubo para conectar os anéis a coletores. O documento WO 2005/094979 aponta que com um distribuidor de gás achatado, isto é, um distribuidor disposto em um plano horizontal, que tem comprimentos de tubo iguais, a distância entre os bocais e a superfície de fundo do reator variará, o que pode resultar em problemas de erosão em uma parte do reator enquanto o catalisador se acumula em outra parte.

Ambos os projetos empregados nos documentos WO 2005/094979 e WO 2005/084790 resultam em um volume de reação não resfriado substancial já que o distribuidor de gás preenche o cabeçote de fundo do reator. Adicionalmente, o cabeçote de fundo do reator forma parte do envoltório de pressão de reator e é submetido ao choque por jatos de gás das saídas de distribuidor de gás.

O documento GB 2410906 também lida com a distribuição de gás no aparelho de fase de pasta fluida e revela um aparelho de fase de pasta fluida com um apoio permeável por fluido abaixo de um pulverizador. O apoio com abertura retém 90% em massa das partículas. Uma entrada de fluido é fornecida abaixo do apoio com abertura para o arrefecimento brusco.

O documento WO 2007/086612 revela um membro de barreira disposto adiante da direção do gás ejetada para baixo de um distribuidor de gás em um reator de pasta fluida. Os exemplos de membros de barreira que são revelados incluem uma tela, uma placa com filtro e uma placa sólida. Algumas modalidades do reator de coluna do documento WO 2007/086612 tem o membro de barreira entre o distribuidor de gás e uma saída de líquido, que é localizada em um fundo do reator, sendo que o membro de barreira é, então, aberto para reter partículas de catalisador.

É esperado que os projetos com partições com abertura conforme ensinados nos documentos 2410906 e WO 2007/086612 resultem em pelo menos algum material de catalisador encontrando seu caminho para baixo da partição com abertura e possivelmente assentando-se ou se tornando alojado na partição com abertura (tendo em mente que o atrito de catalisador ocorre durante a operação de reator de pasta fluida como um resultado da agitação constante). O catalisador assentado ou alojado nesse volume não resfriado com uma concentração de reagente alta ou pressão parcial nas vizinhanças imediatas da alimentação de reagente provavelmente resultará em problemas operacionais tais como pontos de acesso localizados com danos resultantes ao equipamento e catalisador.

As dificuldades acima são evitadas pelo menos até certo ponto ou mitigadas ao implantar uma partição impermeável a fluido. Conforme será, entretanto, apreciado, uma partição ou membro de barreira impermeável a fluido pode, por si só, apresentar problemas na construção e manutenção. A esse respeito, deve ser notado que as colunas de bolhas de pasta fluida usadas para a síntese de hidrocarboneto Fischer-Tropsch podem operar a mais que 3 MPa (30 bar(g)).

A abordagem de implantação de uma partição impermeável a fluido é adotada nos documentos CN 1233454 C e US 2010/0216896. Essas revelações ensinam um membro de barreira impermeável a fluido disposto adiante da direção do gás ejetado para baixo de um distribuidor de gás, com reagentes gasosos alimentados por meio de um volume de fundo criado abaixo da partição impermeável a fluido para o distribuidor de gás. Em ambas as revelações, os reagentes gasosos são alimentados ao volume de fundo por meio de um conduto de entrada principal descarregando no volume de fundo, com a comunicação de fluxo estabelecida entre o volume de fundo e o distribuidor de gás através de uma pluralidade de condutos de conexão que se estendem através da partição impermeável a fluido. O documento CN 1233454 C aponta que uma vantagem dessa abordagem é que a pasta fluida sugada de volta para o volume de fundo durante a redução ou interrupção do fluxo de gás somente entra no volume de fundo e não pode entrar imediatamente no conduto de entrada principal, enquanto que o documento US 2010/0216896 descreve sistemas auxiliares para remover a pasta fluida encontrando seu caminho para o volume de fundo. A abordagem para implantar um membro de barreira impermeável conforme ensinado em CN 1233454 C e US 2010/0216896 é, portanto, ainda submetida ao ingresso de pasta fluida abaixo do membro de barreira. Adicionalmente, no caso de um bloqueio de distribuidor de gás, o membro de barreira impermeável a fluido será submetido a pressões diferenciais grandes (considere, por exemplo, a pressão de suprimento de gás de síntese máxima tipicamente usada em uma coluna de bolhas de pasta fluida para a síntese de hidrocarboneto) e precisará consequentemente ser projetado com essas pressões diferenciais grandes em mente.

Um método para operar um aparelho de fase de pasta fluida ou um aparelho de fase de pasta fluida que minimiza simultaneamente o volume não resfriado retirado por um distribuidor de gás e o volume não resfriado abaixo do distribuidor de gás impede ou inibe o assentamento ou estabelecimento de catalisador e também permite um projeto mecânico simples e robusto, se desejável.

De acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um método para operar um aparelho de fase de pasta fluida, sendo que o método inclui alimentar um ou mais reagentes gasosos em um corpo de pasta fluida do material particulado sólido suspenso em um liquido de suspensão contido dentro de um recipiente, com um espaço vazio acima do corpo de pasta fluida, sendo que o um ou mais reagentes gasosos são alimentados ao corpo de pasta fluida através de um distribuidor de gás que tem saídas de gás voltadas para baixo e são alimentados a uma partição impermeável a fluido que atravessa o recipiente abaixo do distribuidor de gás, sendo que a partição divide o recipiente em um volume de pasta fluida acima da partição e um volume de fundo abaixo da partição; e manter uma pressão diferencial sobre a partição entre os limites predefinidos pela manipulação ou permissão de alterações na pressão no volume de fundo pelo emprego de uma passagem de transferência de pressão que estabelece uma comunicação de fluxo ou pressão entre o volume de fundo e o espaço vazio acima do corpo de pasta fluida.

Tipicamente, o material particulado sólido é um catalisador e o método inclui permitir que os um ou mais reagentes gasosos reajam conforme os mesmos passam para cima através do corpo de pasta fluida para formarem uma fase líquida e componentes gasosos e retirar os componentes do espaço vazio acima do corpo de pasta fluida; e retirar a fase líquida do corpo de pasta fluida de cima da partição para manter o corpo de pasta fluida a um nível desejado no volume de pasta fluida.

Neste relatório descritivo, o termo “saída de gás” destina-se a se referir a uma saída em que o gás sai do distribuidor de gás e entra no corpo de pasta fluida. As saídas de gás podem assim, por exemplo, ser definidos por injetores de gás voltados para baixo ou por tubos difusores que se estendem para baixo dos ejetores de gás.

Também, neste relatório descritivo, “partição impermeável a fluido” não significa que a partição não pode ter um ou mais condutos que passam através da mesma. Por “partição impermeável a fluido” se entende uma partição que tem um corpo que é de um material impermeável a fluido e uma construção de modo que a pasta fluida ou os componentes de pasta fluida do volume de pasta fluida acima da partição não possam migrar do corpo de pasta fluida para o volume de fundo; entretanto, se desejado, um ou mais condutos podem passar através da partição para transferir matéria ou pressão de fora do corpo de pasta fluida para o volume de fundo.

A partição é tipicamente plana ou achatada e disposta perpendicular a um eixo geométrico longitudinal vertical central do recipiente, que tem tipicamente a forma de um invólucro de coluna alongada que se estende verticalmente. Em outras palavras, a partição é, de modo típico, disposta horizontalmente, definindo uma face inferior interna falsa ou fundo para o recipiente.

Será apreciado que como um resultado da manutenção e manipulação da pressão diferencial sobre a partição estarem dentro dos limites predefinidos, a partição não tem que formar parte do envoltório ou invólucro de pressão de aparelho de pasta fluida. As pressões de projeto para a partição podem ser estabelecidas com base na pressão diferencial máxima sobre a partição esperada para vários modos de operação (por exemplo, partida, operação normal, oscilações de pressão durante a operação, um leito curvado e similares), na direção para cima e para baixo respectivamente e levando em consideração os limites de pressão diferencial predefinidos. Tipicamente a partição tem uma pressão de projeto que é menos que 600 kPa, mais preferencialmente menos que 300 kPa, ainda mais preferencialmente menos que 200 kPa. Conforme será apreciado, de modo vantajoso, a mesma pode ser significativamente menos que as pressões de projeto para o invólucro de recipiente, que pode ser acima de 4.000 kPa.

Os limites de pressão diferencial predefinidos estarão assim dentro da pressão de projeto para a partição, por exemplo, cerca de 500 kPa ou cerca de 200 kPa ou mesmo tão baixo quanto 50 kPa.

A vantagem de reduzir as pressões de projeto para a partição impermeável a fluido é especialmente pronunciada conforme o diâmetro de recipiente é aumentado e é esperado que a invenção encontre uma aplicação particular em recipientes que têm um diâmetro acima de 5 m, mais preferencialmente acima de 7,5 m, ainda mais preferencialmente acima de 9 m. essa vantagem é aprimorada adicionalmente onde a partição é plana ou achatada.

Permite-se que a pressão no volume de fundo possa ser assim alterada automaticamente em concordância com as alterações de pressão no volume de pasta fluida ou no espaço vazio para manter através disso a pressão diferencial sobre a partição dentro dos ditos limites predefinidos. Haverá tipicamente um atraso entre a resposta da pressão no volume de fundo seguindo as alterações na pressão no volume de pasta fluida ou espaço vazio, com a magnitude do diferencial de pressão que se desenvolve sobre a partição resultante das alterações de pressão transientes também dependentes do tamanho da passagem de transferência de pressão. Será assim apreciado que a passagem de transferência de pressão é preferencialmente dimensionada levando em consideração várias operações transientes (por exemplo, despressurização rápida do volume de fase de pasta fluida) para garantir que a pressão diferencial da partição permaneça dentro dos limites de pressão predefinidos.

O volume de fundo pode ser preenchido com um líquido ou um gás ou uma mistura de líquido/gás ou tanto líquido quanto gás, mas preferencialmente um gás é empregado.

Configurando-se a passagem de transferência de pressão para estabelecer uma comunicação de fluxo ou pressão entre o volume de fundo e o espaço vazio acima do corpo de pasta fluida, o fluxo de pasta fluida, mais particularmente o material particulado sólido ou catalisador, no volume de fundo é impedido, mas é permitido que a pressão seja transferida ou igualada entre o espaço vazio e o volume de fundo.

A passagem ou conduto de transferência de pressão pode passar através ou ao redor da partição permitindo a transferência da pressão para e a partir do volume de fundo. A passagem de transferência de pressão pode ser assim interna ou externa ao recipiente.

A passagem de transferência de pressão pode ser diretamente entre o volume de fundo e o espaço vazio do volume de pasta fluida por meio de pelo menos um conduto que estabelece a comunicação direta de fluxo ou pressão entre o volume de fundo e o espaço vazio.

Alternativamente, a passagem de transferência de pressão pode estabelecer a comunicação de fluxo ou pressão entre o volume de fundo e pelo menos um conduto de processo em comunicação de fluxo com o espaço vazio.

Tipicamente, uma linha de retirada de produto gasoso se origina no espaço vazio acima do corpo de pasta fluida no aparelho de fase de pasta fluida. Em uma modalidade da invenção, a passagem de transferência de pressão estabelece a comunicação de fluxo com o espaço vazio por meio da linha de retirada de produto gasoso. Mais uma vez, será apreciado que tal disposição impede o fluxo da pasta fluida e particularmente materiais sólidos ou catalisador no volume de fundo.

O volume de fundo pode ser equipado com uma linha de ventilação ou drenagem. Tipicamente, reagentes não convertidos são reciclados ao aparelho de fase de pasta fluida. Uma pequena porção de tal reciclagem pode ser convenientemente usada como uma ventilação contínua do volume de fundo.

O aparelho de fase de pasta fluida pode ser operado em um processo que é selecionado a partir do grupo que consiste em liquefação de carvão, síntese de metanol, síntese de álcool superior, processos de hidrogenação e síntese de hidrocarboneto a partir de monóxido de carbono e hidrogênio. É, entretanto, esperado que o método da invenção encontre uma aplicação particular na operação de uma coluna de bolha de pasta fluida em um processo de síntese de hidrocarboneto em qual os hidrocarbonetos são sintetizados a partir de monóxido de carbono e hidrogênio com o uso de um catalisador de ferro ou cobalto, isto é, um processo Fischer-Tropsch.

De acordo com outro aspecto da invenção, é fornecido um aparelho de fase de pasta fluida que inclui um recipiente de pasta fluida para reter um corpo de pasta fluida que compreende um material particulado sólido e líquido com um volume de espaço vazio acima do corpo de pasta fluida;

um distribuidor de gás em uma porção inferior do recipiente que define saídas de gás voltadas para baixo;

uma partição impermeável a fluido que atravessa o recipiente de pasta fluida abaixo do distribuidor de gás que separa o recipiente em um volume de pasta fluida acima da partição e um volume de fundo abaixo da partição; e uma passagem ou conduto de transferência de pressão que passa através ou ao redor da partição que permite a transferência da pressão para e a partir do volume de fundo, sendo que a passagem de transferência de pressão em uso estabelece a comunicação de fluxo ou pressão entre o volume de fundo e o volume de espaço vazio no recipiente de pasta fluida acima do volume de pasta fluida para manter através disso uma pressão diferencial sobre a partição entre os limites predefinidos pela manipulação e permissão de alterações na pressão no volume de fundo.

O aparelho pode incluir um ou mais dos seguintes recursos:

uma linha de alimentação de reagentes gasosos ao distribuidor de gás;

uma saída de retirada de produto gasoso em uma porção superior do recipiente para comunicação com uma linha de retirada de produto gasoso; e uma saída de fase líquida acima da partição, mas abaixo da saída de produto gasoso, para comunicação com uma linha de retirada de fase líquida.

A partição impermeável a fluido pode ser conforme descrita acima. A partição pode assim ser um membro impermeável a fluido sólido, por exemplo, uma placa achatada, tipicamente circular em esboço. Um ou mais condutos podem passar através da partição.

A passagem de transferência de pressão pode ser conforme descrito acima.

O recipiente de pasta fluida pode ser conforme descrito acima.

O distribuidor de gás pode incluir tubos difusores que se estendem para baixo definindo as saídas de gás. Tal disposição limita o potencial para o ingresso de pasta fluida no próprio distribuidor de gás. O distribuidor de gás pode ser disposto em um plano horizontal. Vantajosamente, com uma partição disposta horizontalmente plana, os tubos difusores que se estendem para baixo podem ter comprimento similar às saídas de gás que são espaçadas de modo equidistante da partição. Tipicamente, os tubos difusores se estendem a partir dos injetores de gás que podem ter qualquer projeto adequado para injetar um gás em uma pasta fluida que compreende sólidos particulados suspensos em um líquido.

Tipicamente, o aparelho inclui pelo menos um dispositivo de resfriamento dentro do recipiente acima da partição. Tipicamente, por razões práticas, qualquer dispositivo de resfriamento seria espaçado acima do distribuidor de gás de modo que a partição limite a porção não resfriada do volume de pasta fluida dentro do recipiente abaixo de qualquer dispositivo de resfriamento mais inferior fornecido dentro do recipiente, isto é, dentro do volume de pasta fluida, para uma porção de volume que se estende entre a partição e o dito dispositivo de resfriamento mais inferior.

A invenção será agora descrita, por meio de exemplo, com referência aos desenhos diagramáticos anexos em que

A Figura 1 mostra um aparelho de fase de pasta fluida, na forma de uma coluna de bolhas de pasta fluida, que pode ser operada em concordância com uma modalidade da invenção;

A Figura 2 mostra uma vista plana de um distribuidor de gás do aparelho da Figura 1;

A Figura 3 mostra um aparelho de fase de pasta fluida, na forma de uma coluna de bolhas de pasta fluida, que não está em concordância com a invenção; e

A Figura 4 mostra um aparelho de fase de pasta fluida, na forma de uma coluna de bolhas de pasta fluida, que também não está em concordância com a invenção.

Referindo-se à Figura 1 dos desenhos, a referência numérica 10 indica geralmente o aparelho de suspensão ou fase de pasta fluida que pode ser operado em concordância com uma modalidade do método da invenção. O aparelho 10 inclui um recipiente reator de fase de pasta fluida de síntese Fischer-Tropsch cilíndrico vertical 12 e um distribuidor de gás 14 localizado em uma porção de fundo do recipiente 12. Uma saída de componentes gasosos 16 é fornecida em uma porção superior do recipiente 12, com uma linha de retirada de produtos gasosos 17 conduzindo da e em comunicação de fluxo com a saída de componentes gasosos 16. Uma face inferior interna falsa ou partição plana sólida 18 é fornecida em uma porção de fundo do recipiente 12. A partição 18 separa o recipiente 12 em um volume de pasta fluida 19 acima da partição 18 e um volume de fundo 36 abaixo da partição 18. Uma saída de fase líquida 20 é fornecida abaixo da saída de componentes gasosos 16, mas acima da partição 18. Um banco 22 de tubos de resfriamento é localizado acima do distribuidor de gás 14, mas abaixo da saída de componentes gasosos 16.

O distribuidor de gás 14 está em comunicação de fluxo com uma linha de alimentação de reagentes gasosos 26. O distribuidor de gás 14 pode ter qualquer projeto adequado para alimentar um gás em um leito de pasta fluida, desde que inclua saídas de gás voltadas para baixo. O mesmo pode, por exemplo, ser feito de ou incluir tubos ramificados que se estendem radialmente conectados a anéis concêntricos ou toroides tubulares ou pode ser feito de ou incluir um sistema de tubos distribuidores horizontais que se ramificam em tubos horizontais menores ou pode ser feito de ou incluir um tubo disposto em um espiral em um plano horizontal. Na modalidade ilustrada na Figura 2, o distribuidor de gás 14 inclui um coletor 27 in comunicação de fluxo com uma pluralidade de tubos laterais 28 e com a linha de alimentação 26. Uma pluralidade de difusores 30 se estende para baixo a partir dos tubos laterais 28 com cada difusor 30 definindo uma saída de gás voltada para baixo 32 espaçada de modo equidistante da partição 18. Deve, entretanto, ser apreciado que o projeto particular do distribuidor de gás 14 variará de aplicação para aplicação e que projetos razoavelmente complicados podem ser empregados. As várias possibilidades de projeto adicionais para um distribuidor de gás para um aparelho de pasta fluida trifásico, entretanto, não estão dentro do escopo da invenção e não são adicionalmente discutidos.

A partição 18 é soldada ao recipiente 12 com o uso de um anel de expansão de soldagem de maneira convencional e pode incluir suportes adicionais tais como perfis em T duplo também soldados ao recipiente 12. O projeto e a fabricação de um recipiente 12 com uma partição ou face inferior interna falsa 18 incluem-se no conhecimento de um versado na técnica, mas não no escopo da presente invenção e esses aspectos não são discutidos adicionalmente. Tipicamente, a partição 18 inclui pelo menos uma porta de inspeção (não mostrado) com uma tampa para permitir o acesso ao volume de fundo 36 abaixo da partição 18.

Em uso, o volume de pasta fluida reterá um leito de pasta fluida 37. O leito de pasta fluida 37 terá uma altura expandida com uma superfície superior 38 acima do banco 22 de tubos de resfriamento, mas abaixo da saída de componentes gasosos 16, levando a um espaço vazio 40 para desengatar os componentes gasosos do leito de pasta fluida 37.

Uma passagem de transferência de pressão 34 é fornecida para manipular ou permitir alterações na pressão operacional no volume de fundo 36 através disso limitando o diferencial de pressão através da partição 18. A passagem de transferência de pressão 34 estende-se entre a linha de retirada de produtos gasosos 17 e o volume de fundo 36, permitindo em uso que a pressão no volume de fundo 36 seja igualada à pressão na linha de retirada de produtos gasosos 17, isto é, em essência, à pressão no espaço vazio 40.

O aparelho 10 pode incluir muitos recursos adicionais comumente encontrados dentro ou sobre as colunas de bolhas de pasta fluida ou aparelho de fase de pasta fluida similar, tal como meios para carregamento e retirada de catalisador, meios para drenagem de espaços, meios para filtragem de catalisadores da fase líquida e similares. Tais recursos seriam, entretanto, tipicamente convencionais e conhecidos aos versados na técnica e não precisam ser adicionalmente descritos.

O aparelho 10 pode ser usado, por exemplo, em um processo Fischer-Tropsch para sintetizar hidrocarbonetos a partir de monóxido de carbono e hidrogênio com o uso de um catalisador apropriado, tal como um catalisador de ferro ou cobalto suportado. O gás de síntese, que compreende principalmente monóxido de carbono e hidrogênio, entra assim no distribuidor de gás submergido 14 a partir da linha de alimentação de reagente gasoso 26 e é injetado no leito de pasta fluida 37 através das saídas de gás voltadas para baixo 32, a fim de manter o leito de pasta fluida 37 em um estado turbulento agitado. O gás é assim injetado para baixo através dos difusores 30 e para fora através das saídas de gás 32, em direção à partição 18.

O leito de pasta fluida 37 compreende as partículas de catalisador suspensas no produto líquido, isto é, a cera líquida produzida no recipiente 12 na ação dos reagentes gasosos. As partículas de catalisador são mantidas em estado suspenso no leito de pasta fluida 37 por meio da turbulência criada no mesmo pelo gás passando para baixo através do mesmo.

Para reações Fischer-Tropsch, o recipiente 12 é tipicamente mantido a uma pressão operacional de entre cerca de 1 MPa (10 bar) e cerca de 4 MPa (40 bar), mais tipicamente entre cerca de 2 MPa (20 bar) e cerca de 3 MPa (30 bar) e a uma temperatura operacional de entre 180 °C e 280 °C, tipicamente cerca de 220 °C a 260 °C. A pressão operacional e a temperatura operacional selecionadas podem depender da natureza e espalhamento dos gases e do produto líquido exigido e do tipo de catalisador usado. Naturalmente, o aparelho 10 é fornecido com meios de controle de temperatura adequados tal como o banco 22 de tubos de resfriamento para controlar as temperaturas de reação, assim como meios de controle de pressão adequados tais como uma ou mais válvulas de controle de pressão.

No recipiente reator 12, conforme o gás de síntese passa através do leito de pasta fluida 37, o monóxido de carbono e hidrogênio reagem para formarem uma faixa de produtos em concordância com as reações FischerTropsch conhecidas. Alguns desses produtos estão em forma gasosa nas condições operacionais do recipiente 12 e são retirados, juntamente com o gás de síntese não reagido, através da saída de componentes gasosos 16. Alguns dos produtos produzidos, tal como a cera já mencionada, estão em forma líquida nas condições operacionais do recipiente 12 e atuam como o meio de suspensão para as partículas de catalisador. Conforme o produto líquido é formado, o nível 38 do leito de pasta fluida 37 tende naturalmente a se elevar e o produto líquido é assim retirado por meio da saída de fase líquida 20 para manter o nível de leito de pasta fluida 38 e para garantir um espaço vazio adequado 40. As partículas de catalisador podem ser separadas da fase líquida ou internamente do recipiente 12, com o uso de filtros adequados (não mostrados) ou externamente. Naturalmente, se a separação ocorrer externamente, o catalisador é preferencialmente retornado para o leito de pasta fluida 37.

Como um resultado do ajuste de pressão ou da manipulação ou equilíbrio através da passagem de transferência de pressão 34, a partição 18 não tem que formar parte do envoltório de pressão do aparelho 10, como as pressões diferenciais sobre a partição 18 podem ser mantidas dentro dos limites predefinidos que são ordens de magnitude menores que a pressão operacional do recipiente 12. A pressão de projeto da partição 18 é determinada pela pressão diferencial máxima imediatamente acima e abaixo da partição 18 para vários modos de operação (por exemplo, um leito curvado) na direção para cima e para baixo respectivamente. Então, por exemplo, a partição 18 ainda terá que ser projetada para carregar o peso do leito de pasta fluida sob condições curvadas na direção para baixo. Sob condições operacionais normais, entretanto, a pressão diferencial sobre a partição 18 pode ser limitada, por exemplo, a menos que cerca de 50 a 150 kPa por meio da passagem de transferência de pressão 34.

Referindo-se à Figura 3 dos desenhos, a referência numérica 100 indica geralmente o aparelho de suspensão ou fase de pasta fluida que não está em concordância com a invenção. O aparelho 100 tem recursos em comum com o aparelho 10 e, a não ser que indicado de outra maneira, os mesmos numerais de referência são usados para indicar partes ou recursos iguais ou similares.

No aparelho 100, um conduto de fluxo de equilíbrio 102 se estende entre a linha de alimentação 26 e o volume de fundo 36. Em uso, o conduto de fluxo de equilíbrio 102 permite que a pressão no volume de fundo 36 seja igualada à pressão na linha de alimentação 26.

Referindo-se à Figura 4 dos desenhos, a referência numérica 200 indica geralmente o aparelho de suspensão ou fase de pasta fluida que também não está em concordância com a invenção. Novamente, o aparelho 200 tem recursos em comum com o aparelho 10 e, a não ser que indicado de outra maneira, os mesmos numerais de referência são usados para indicar partes ou recursos iguais ou similares.

No aparelho 200, a linha de alimentação de reagentes gasosos 26 leva ao volume de fundo 36. O volume de fundo 36 está também em comunicação de fluxo direta com o distribuidor de gás 14 por meio de um tubo de alimentação 202 que passa através da partição 18. Em uso, o volume de fundo 36 é assim pressurizado à pressão dos reagentes gasosos que fluem ao longo da linha de alimentação de reagentes gasosos 26.

O aparelho 100 e o aparelho 200 estão assim em concordância com os ensinamentos dos documentos CN 1233454 C e US 2010/0216896. Entretanto, conforme apontado antes, acredita-se que essas abordagens ainda sofram com o perigo da pasta fluida ingressar abaixo da partição 18, já que um trajeto de fluxo existe do corpo de pasta fluida 37 para o volume de fundo 36. Adicionalmente, no caso de um bloqueio do distribuidor de gás 14, a partição 18 será submetida a grandes pressões diferenciais (considere, por exemplo, a pressão de suprimento de gás de síntese máxima tipicamente usada em colunas de bolhas de pasta fluida usadas para a síntese de hidrocarboneto) e precisará consequentemente ser projetada mecanicamente com essas grandes pressões diferenciais em consideração.

Um distribuidor de gás com saídas de gás voltadas para baixo, tal como o distribuidor de gás 14 com as saídas de gás voltadas para baixo 32 definidas pelos difusores 30 impede o estabelecimento de catalisador. Vantajosamente, quando uma partição impermeável a fluido sólida plana 18 é empregada abaixo das saídas de gás 32, o volume não resfriado no recipiente 12 é minimizado e o espaçamento equidistante das saídas de gás 32 da partição 18 é alcançável de uma maneira simples. Garantindo-se que a partição 18 não forme parte do envoltório de pressão do aparelho 10, o projeto mecânico da partição 18 é muito simplificado levando a uma redução nos custos de capital. Vantajosamente, a partição 18 impede jatos de gás que são direcionados diretamente para a parede do recipiente 12 através disso inibido a erosão e a partição 18 pode assim ser usada como um componente de sacrifício que é muito mais fácil de reparar ou substituir que a parede do recipiente 12. Adicionalmente, o projeto mecânico da partição 18 no aparelho 10 é bastante simplificada em comparação ao aparelho 100 e 200, já que bloqueios do distribuidor de gás 14 não precisam ser considerados.

Claims

1. Método para operar um aparelho de fase de pasta fluida, caracterizado por incluir:

alimentar um ou mais reagentes gasosos em um corpo de pasta fluida do material particulado sólido suspenso em um líquido de suspensão contido dentro de um recipiente, com um espaço vazio acima do corpo de pasta fluida, sendo que o um ou mais reagentes gasosos são alimentados ao corpo de pasta fluida através de um distribuidor de gás que tem saídas de gás voltadas para baixo e são alimentados a uma partição impermeável a fluido que atravessa o recipiente abaixo do distribuidor de gás, e sendo que a partição divide o recipiente em um volume de pasta fluida acima da partição e um volume de fundo abaixo da partição; e uma pressão diferencial que é mantida sobre a partição entre limites predefinidos pela manipulação ou permissão de alterações na pressão no volume de fundo pelo emprego de uma passagem de transferência de pressão que estabelece uma comunicação de fluxo ou pressão entre o volume de fundo e o espaço vazio acima do corpo de pasta fluida.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a partição é plana ou achatada e disposta perpendicular a um eixo geométrico longitudinal vertical central do recipiente, definindo assim uma face inferior interna falsa ou fundo para o recipiente.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou

Petição 870190017395, de 20/02/2019, pág. 12/15

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2, caracterizado pelo fato de que a partição tem uma pressão de projeto que é menos que 600 kPa e em que os limites de pressão diferencial predefinidos estão dentro da pressão de projeto para a partição.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que é permitido que a pressão no volume de fundo seja alterada automaticamente em concordância com as alterações de pressão no volume de pasta fluida ou no espaço vazio para manter através disso a pressão diferencial sobre a partição dentro dos ditos limites predefinidos.

5. Aparelho de fase de pasta fluida para uso no método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado por incluir:

um recipiente de pasta fluida para reter um corpo

de pasta fluida que compreende um material particulado sólido e líquido com um volume de espaço vaz io acima do corpo de pasta fluida; um distribuidor de gás em uma porção inferior do recipiente que define saídas de gás voltadas para baixo; e

uma partição impermeável a fluido que atravessa o recipiente de pasta fluida abaixo do distribuidor de gás que separa o recipiente em um volume de pasta fluida acima da partição e um volume de fundo abaixo da partição;

uma passagem ou conduto de transferência de pressão que passa através ou em volta da partição que permite a transferência da pressão para e a partir do volume de fundo, sendo que a passagem de transferência de pressão em uso estabelece a comunicação de fluxo ou pressão

Petição 870190017395, de 20/02/2019, pág. 13/15

3/4 entre o volume de fundo e o volume de espaço vazio no recipiente de pasta fluida acima do volume de pasta fluida para manter através disso uma pressão diferencial sobre a partição entre os limites predefinidos pela manipulação e permissão de alterações na pressão no volume de fundo.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a partição impermeável a fluido é plana ou achatada e disposta perpendicular a um eixo geométrico longitudinal vertical central do recipiente, definindo assim uma face inferior interna falsa ou fundo para o recipiente.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5 ou

6, caracterizado pelo fato de que o distribuidor de gás inclui tubos difusores que se estendem para baixo que definem as saídas de gás dispostos em um plano horizontal, sendo que os tubos difusores que se estendem para baixo tem comprimento similar e as saídas de gás são espaçadas de modo equidistante da partição.

8. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 5 a 7, caracterizado por incluir também um dispositivo de resfriamento ou mais de um dispositivo de resfriamento dentro do recipiente acima da partição de modo que a partição limite uma porção não resfriada do volume de pasta fluida dentro do recipiente abaixo de qualquer dispositivo de resfriamento mais inferior fornecido dentro do recipiente para uma porção de volume que se estende entre a partição e o dito dispositivo de resfriamento mais inferior.

9. Aparelho, de acordo com qualquer uma das

Petição 870190017395, de 20/02/2019, pág. 14/15

4/4 reivindicações de 5 a 8, caracterizado pelo fato de que o recipiente de pasta fluida tem um diâmetro acima de 5 m.