BR112017027353B1 - Dispositivo de contato de sólidos de fluidos - Google Patents
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Abstract
um dispositivo de contato de sólidos de fluidos. um dispositivo de contato de sólidos de fluidos compreendendo um recipiente; uma primeira seção de conjunto de grade que compreende uma pluralidade de cordas horizontais espaçadas horizontalmente separadas uma da outra e uma pluralidade de plataformas de grade inseridas entre as cordas horizontais; em que cada corda horizontal compreende um membro estrutural com resistência mecânica suficiente para suportar forças fluidizadas no recipiente; uma pluralidade de cadeiras unidas a uma superfície interna do recipiente e espaçadas circunferencialmente para suportar o elemento estrutural; e em que cada elemento estrutural é suportado em uma ou mais da pluralidade de cadeiras é fornecido.
Description
[0001] A presente invenção se refere a um dispositivo de contato de sólidos de fluidos.
[0002] Em sistemas de leito fluidizado operando a uma baixa velocidade superficial, vazios de gás, tais como bolhas, tendem a se formar os quais diminuem o contato entre o gás e a fase sólida. Em certas situações, internos, tais como bifurcações, grades subterrâneas, empacotamentos estruturados ou semelhantes, são usados para quebrar as bolhas e/ou evitar a formação de bolhas, de modo a diminuir ou eliminar o impacto negativo do contato inadequado de fase sólida/gás.
[0003] Em um processo típico de desidrogenação de propano, são desejados internos na zona de condicionamento do catalisador, no combustor, no separador de reator e no próprio reator. A grade subterrânea é uma excelente escolha à medida que quebra bolhas grandes em pequenas bolhas enquanto não restringe o movimento radial no leito.
[0004] A uma determinada velocidade de gás e fluxo através de um dado interno que bloqueia parte da área aberta do recipiente, o leito irá inundar, o que não permitirá que os sólidos se remisturem para níveis mais baixos e resultarão em excesso de arrasto para o nível superior da estrutura interna. Portanto, a área aberta e as velocidades de gás associadas devem ser controladas dentro de limites rigorosos de 0,1 pé/s - 10 pés/s. Com base no fluxo de sólidos e fluxo de gás volumétrico, a área mínima aberta pode ser calculada de forma a evitar inundações. Além disso, o espaçamento dos elementos internos, como a grade subterrânea, deve ser configurado para evitar o fluxo de gás de um lado da estrutura. Finalmente, devido às grandes forças e movimentos de metal decorrentes de altas temperaturas, um design mecânico exclusivo deve ser usado para explicar esse movimento sem causar estresse excessivo no recipiente ou nos internos.
[0005] Em uma modalidade, a presente invenção proporciona dispositivo de contato de sólidos de fluidos compreendendo um recipiente; uma primeira seção de conjunto de grade que compreende uma pluralidade de cordas horizontais espaçadas horizontalmente separadas uma da outra e uma pluralidade de plataformas de grade inseridas entre as cordas horizontais; em que cada corda horizontal compreende um membro estrutural com resistência mecânica suficiente para suportar forças fluidizadas no recipiente; uma pluralidade de cadeiras unidas a uma superfície interna do recipiente e espaçadas circunferencialmente para suportar o elemento estrutural; e em que cada elemento estrutural é suportado em uma ou mais da pluralidade de cadeiras.
[0006] Para a finalidade de ilustrar a invenção, mostra-se nos desenhos uma forma que é exemplificativa; entendendo-se, no entanto, que esta invenção não está limitada às disposições e ilustrações exatas apresentadas.
[0007] A Figura 1 é um esquema longitudinal cortado de uma primeira modalidade de um dispositivo de contato de sólidos de fluidos;
[0008] A Figura 2 é uma vista esquemática em perspectiva de uma primeira modalidade de uma seção de conjunto de grade de um dispositivo de contato de sólidos de fluidos;
[0009] A Figura 3 é uma vista esquemática próxima à perspectiva de uma segunda modalidade de uma seção de conjunto de grade de um dispositivo de contato de sólidos de fluidos; e
[00010] A Figura 4 é um esquema ilustrando uma primeira modalidade das cadeiras usadas no dispositivo inventivo.
[00011] Com referência à Figura. 1, é ilustrada uma primeira modalidade do dispositivo de contato de sólidos de fluidos. O dispositivo inclui um invólucro, ou recipiente 10, que encerra uma ou mais seções de conjunto de grade 20. Cada seção de conjunto de grade 20 é formada a partir de uma pluralidade de cordas horizontais 30 espaçadas horizontalmente separadas uma da outra e uma pluralidade de plataformas de grade 40 (como mostrado na Fig. 2) inseridas entre cordas horizontais. Cada corda horizontal 30 compreende um membro estrutural com resistência mecânica suficiente para suportar forças fluidizadas no recipiente 10.
[00012] Como mostrado nas Figs. 2 e 3, as cordas horizontais 30 têm um membro estrutural com uma forma substancialmente de viga I ou viga T inversa. A forma do membro estrutural é configurada de modo que as plataformas de grade 40 possam descansar sobre uma parte do membro estrutural. Conforme ilustrado na Fig. 3, o membro estrutural compreende uma placa inferior 32, uma placa central 34 que se estende para cima a partir de uma linha central da placa inferior 32 e é tapada por uma placa superior 37 e em que as plataformas de grade 40 podem ser suportadas nas placas de fundo 32 e/ou nas placas superiores 37. Enquanto a Fig. 3 ilustra uma forma particular para as cordas horizontais 30, entender-se-á que a corda horizontal pode ter alguma forma com a condição de suportar ou manter as plataformas de grade 40. Por exemplo, as cordas horizontais 30 podem ser feitas de um membro estrutural plano com resistência suficiente para suportar forças fluidizadas no recipiente 10. Conforme ilustrado adicionalmente na Fig. 3, a placa central 34 pode opcionalmente incluir aberturas 35 em que as cavilhas 36 podem ser inseridas de tal modo que as cavilhas 36 se estendem sobre as plataformas de grade 40 para evitar o seu movimento ascendente. O método de abertura e cavilha é meramente ilustrativo de uma modalidade particular. Qualquer método pode ser usado para evitar o levantamento das plataformas de grade 40. Por exemplo, clipes, gravatas ou fixadores similares podem ser usados. Alternativamente, os componentes estruturais das cordas horizontais 30, tais como lábios pendentes, podem ser usados para impedir o levantamento para cima da plataforma de grade 40. A divulgação proporciona ainda o dispositivo 10 de acordo com qualquer modalidade aqui divulgada, exceto que a corda horizontal 30 compreende ainda uma tampa de extremidade (não mostrada) numa ou em ambas as extremidades da corda 30. As tampas de extremidade podem ser configuradas para melhorar a retenção da corda horizontal 30 sobre ou dentro da cadeira contra forças fluidizadas no recipiente e/ou expansão e/ou contração térmica induzida pela pressão. A distância horizontal entre as cordas horizontais 30 geralmente depende do tamanho e do uso pretendido do recipiente e da resistência das cordas horizontais. Essa distância horizontal é determinada, numa modalidade particular, ao determinar uma distância uma plataforma de grade 40 pode abranger e manter até uma força de sobretensão de 2 psi.
[00013] Cada seção de conjunto de grade compreende ainda uma pluralidade de plataformas de grade 40. Cada plataforma de grade 40 abrangendo duas cordas horizontais 30 ou entre uma corda mais externa e uma cadeira pode compreender uma ou mais seções. As plataformas de grade 40 podem preencher total ou parcialmente os espaços entre as cordas horizontais 30. As plataformas de rede podem opcionalmente ser moldadas para permitir a passagem de outros membros internos do recipiente 10. Por exemplo, na Fig. 2, uma abertura 42 numa plataforma de grade 40 permitiria a passagem de outro recipiente interno, tal como uma linha de transferência de catalisador 17. As plataformas de grade 40 compreendem qualquer estrutura que forma uma obstrução de fluxo e é capaz de quebrar bolhas que fluem no recipiente 10. Tais estruturas incluem: grades subterrâneas, bifurcações, embalagens, barras redondas, tubos, barras planas, ângulo de ferro e semelhantes. A divulgação proporciona ainda um dispositivo de acordo com qualquer modalidade aqui descrita, exceto que a plataforma de grade 40 compreende um ou mais do grupo que consiste em grades subterrâneas, bifurcações, estruturas de embalagem ou combinação de duas ou mais dos mesmos. Conforme ilustrado na Fig. 2, a estrutura de conjunto de grade pode opcionalmente incluir uma ou duas plataformas de grade de extremidade 44 que são mantidas no lugar pelas cordas horizontais externas 30a e 30b e uma cadeira 50. Cada plataforma de grade 40 abrangendo duas cordas horizontais 30 ou entre uma corda mais externa e uma cadeira pode compreender uma ou mais seções. Conforme mostrado na Fig. 2, por exemplo, uma plataforma de grade 40 pode compreender três seções separadas, mas encostadas, 40a, 40b e 40c. Nessas modalidades em que uma plataforma de grade compreende mais do que uma seção, as seções podem, mas não precisam, ser anexadas uma à outra.
[00014] Conforme ilustrado adicionalmente na Fig. 1, o recipiente 10 pode conter uma pluralidade de seções de conjunto de grade 20; especificamente, quatro seções de conjunto de grade mostradas na Fig. 1. Em uma modalidade particular, o número de seções de conjunto de grade no recipiente 10 varia de 1 a 20. Todos os valores e as subfaixas individuais de 1 a 20 estão incluídos e divulgados aqui; por exemplo, o número de seções de conjunto de grade pode variar de um limite inferior de 1, 5, 10 ou 15 para um limite superior de 2, 6, 8, 12, 14 ou 20.
[00015] Cada uma das seções de conjunto de grade está espaçada verticalmente uma da outra. O espaçamento vertical das seções de conjunto de grade pode ser uniforme ou variável em todo o recipiente 10. Conforme mostrado na Fig. 1, cada seção de conjunto de grade é separada por distâncias substancialmente iguais. O número de seções de conjunto de grade 20 e a distância vertical entre as seções de conjunto de grade 20 podem variar de várias polegadas a vários pés, dependendo, INTER ALIA, do uso particular para o recipiente 10, o tamanho do recipiente 10, a pressão de operação, as características físicas dos sólidos sendo fluidizados e a velocidade superficial do gás no recipiente 10. A velocidade superficial do gás no recipiente 10 pode variar de 0,1 a 10 pés/s. Todos os valores individuais de 0,1 a 10 pés/s estão incluídos e divulgados aqui; por exemplo, a velocidade superficial do gás no recipiente pode variar de um limite inferior de 0,1, 2, 4, 6 ou 8 pés/s a um limite superior de 0,5, 1, 3, 5, 7, 9 ou 10 pés/s . Por exemplo, a velocidade superficial do gás no recipiente pode variar de 0,1 a 10 pés/s, ou em alternativa, de 0,1 a 7,8 pés/s, ou em alternativa, de 0,5 a 8 pés/s, ou em alternativa, de 1 a 7,7 pés/s. Em uma modalidade particular, a velocidade superficial do gás no recipiente é inferior a 8 pés/s. Tal como aqui utilizado, a "velocidade superficial"é a velocidade do gás em todo o recipiente e o termo "velocidade de ranhura"é a velocidade do gás através das aberturas da plataforma de grade, ou seja, a velocidade do gás não bloqueada pelas vigas e partes sólidas da plataforma de grade. A velocidade da ranhura do gás deve variar de 1 a 8 pés/s. As velocidades de ranhura superiores a 8 pés/s podem resultar em inundações e não permitirão formação de leitos de catalisadores densos no recipiente.
[00016] Podem ser utilizados internos capazes de bloquear 10% a 80% da área aberta do recipiente. Em modalidades particulares, os cabos horizontais podem bloquear 20-30% da área aberta enquanto a grade subterrânea pode bloquear 10% a 40% da área aberta restante. Uma grade padrão de 1 polegada por 4 polegadas com barras grossas de U "pode bloquear 30% da área aberta.
[00017] A divulgação proporciona ainda um dispositivo de acordo com qualquer modalidade aqui descrita, exceto que o recipiente é utilizado como reator.
[00018] A divulgação proporciona ainda um dispositivo de acordo com qualquer modalidade aqui descrita, exceto que o recipiente é utilizado como combustor.
[00019] A divulgação proporciona ainda um dispositivo de acordo com qualquer modalidade aqui descrita, exceto que o recipiente é utilizado como um condicionador de catalisador.
[00020] A divulgação proporciona ainda um dispositivo de acordo com qualquer modalidade aqui descrita, exceto que o recipiente é utilizado como separador de catalisador.
[00021] A divulgação proporciona ainda um dispositivo de acordo com qualquer modalidade aqui divulgada, o dispositivo é um reator ou um combustor e exibe condições de fluxo ascendente de co-corrente. O fluxo ascendente de co-corrente significa que o fluxo médio de gás e sólidos está fluindo para cima, embora alguns sólidos possam voltar a misturar.
[00022] A divulgação proporciona ainda um dispositivo de acordo com qualquer modalidade aqui descrita, o dispositivo é um condicionador de catalisador ou separador de catalisador e exibe condições de fluxo em contracorrente com o gás que flui para cima e os sólidos que fluem para baixo. Fluir se refere à velocidade média de uma corrente específica e não impede a mistura reversa. A divulgação proporciona ainda o dispositivo de contato de sólidos de fluidos de acordo com qualquer modalidade aqui descrita, exceto que o dispositivo é utilizado como um reator de desidrogenação em que uma matéria-prima primária no dispositivo é selecionada do grupo que consiste em etano, propano, butano, n-butano, iso-butano, isobuteno, n-buteno, etilbenzeno, cumeno e qualquer combinação de dois ou mais dos mesmos.
[00023] As seções de conjunto de grade 20 são mantidas no lugar dentro do recipiente pela utilização de cadeiras 50 que estão espaçadas em torno da superfície interior 15 do recipiente 10. As cadeiras 50 estão ligadas direta ou indiretamente à superfície interior 15 e proporcionam uma saliência horizontal 55 sobre ou nas quais as extremidades das cordas horizontais são colocadas. A colocação das cadeiras 50 é tal que as cadeiras 50 suportam ou mantêm as cordas horizontais 30. A Fig. 4 ilustra uma modalidade das cadeiras 50. Conforme ilustrado na Fig. 4, um rebordo 55 está ligado a uma placa 57. A placa 57 pode estar diretamente ligada à superfície interior 15 do recipiente de metal ou, alternativamente, pode estar ligada a uma ou mais interfaces (não mostradas), tal como uma placa de metal compatível, que pode estar diretamente ligada à superfície interior 15. Opcionalmente, as cadeiras 50 podem ser completamente ou parcialmente envolvidas, encapsuladas ou revestidas com um ou mais materiais refratários (não mostrados). Conforme ilustrado adicionalmente na Fig. 4, a cadeira inclui ainda dois trilhos laterais 58 que se estendem para cima de cada lado do rebordo 55. Os trilhos laterais 58 e o rebordo 55 formam um canal no qual uma extremidade de uma corda horizontal pode se sentar. Em uma modalidade, a extremidade da corda horizontal repousa dentro do canal de modo que possa mover-se com expansão térmica e contração durante a operação do recipiente. Em uma modalidade alternativa, cada corda horizontal 30 é aparafusada ou de outro modo presa a uma cadeira 50, de modo que a viga possa se mover com mudanças de temperatura e/ou pressão. Com referência novamente à Fig. 4, pode ver-se que cada um dos trilhos laterais 58 inclui entalhes opcionais para limitar a transmissão térmica do rebordo 55 e trilhos laterais 58 sobre a placa 57. Enquanto a Fig. 4 ilustra uma modalidade de uma cadeira, outras estruturas estão incluídas no âmbito da invenção com a condição de que cada cadeira seja capaz de suportar uma extremidade de um corda horizontal 30 enquanto permite expansão e contração térmica. Por exemplo, em uma configuração alternativa, a extremidade de uma corda horizontal pode ser configurada como um túnel ou tubo que se encaixa sobre uma borda horizontal de uma cadeira sem trilhos. Alternativamente, a cadeira poderia ser formada a partir de um rebordo, trilhos laterais e um topo, formando assim um túnel ou tubo no qual uma extremidade de uma corda horizontal poderia ser colocada.
[00024] Conforme mencionado anteriormente, em modalidades particulares, o dispositivo de contato com sólidos de fluidos pode ser usado como um reator, combustor, condicionador de catalisador ou separador de catalisador. Ou seja, o dispositivo de contato com sólidos de fluidos pode ser usado em uma ampla faixa de condições.
[00025] Em uma modalidade particular, o dispositivo de contato de sólidos de fluidos é utilizado para desidrogenação de hidrocarbonetos, craqueamento catalítico fluidizado ou metanol para processos de olefinas. Em uma outra modalidade, o dispositivo de contato de sólidos de fluidos é utilizado para desidrogenação de parafinas inferiores para formar as suas olefinas correspondentes, ou de olefinas inferiores para formar suas di-olefinas correspondentes. Em uma modalidade particular, a matéria-prima primária para o dispositivo de contato de sólidos de fluidos é uma alimentação de hidrocarboneto C3, C4 e/ou etilbenzeno.
[00026] Quando usado como um reator de desidrogentação, o contato de uma alimentação de hidrocarboneto e uma alimentação de catalisador compreendendo um catalisador que satisfaça os requisitos de uma classificação de Geldart A ou Geldart B em um reator de desidrogenação fluidizada, isto é, o dispositivo de contato de sólidos de fluidos da presente invenção, alimentação de catalisador para uma razão de alimentação de hidrocarbonetos de 5 a 100 em peso para peso; em que, opcionalmente, a alimentação de hidrocarboneto e a alimentação de catalisador foram pré-aquecidas a uma temperatura de cerca de 400 graus Celsius (°C) a cerca de 660°C; num reator de desidrogenação em que o tempo médio de contato entre a alimentação hidrocarbonada e a alimentação do catalisador é de cerca de 1 a cerca de 10 segundos; e a temperatura no reator de desidrogenação é mantida a uma temperatura de reação de cerca de 550°C a cerca de 750°C; e a pressão no reator de desidrogenação é mantida de cerca de 41,4 quilopascais (kPa) a cerca de 308,2 kPa (cerca de 6,0 a cerca de 44,7 libras por polegada quadrada absolutos, psia) na saída do reator
[00027] Na maioria das modalidades da invenção, a temperatura de reação é superior a 500oC e, de preferência, superior a 550oC. Em modalidades particulares, a temperatura de reação é de 500oC, preferivelmente 550oC, mais preferivelmente 570oC, a 760oC. O tempo médio de contato deve ser suficientemente longo para desidrogenar quantidades aceitáveis da alimentação de hidrocarbonetos de partida, mas não tanto que resulte em quantidades inaceitáveis de subprodutos. Embora o tempo de contato requerido esteja relacionado com a alimentação específica, catalisador(es) e temperatura(s) de reação, em modalidades preferidas da invenção, o tempo de contato dentro do reator de desidrogenação é inferior a 60 segundos, de preferência inferior a 10 segundos, mais preferencialmente inferior a 8 segundos, e ainda mais preferencialmente inferior a 7 segundos. Os tempos de contato podem, portanto, variar de cerca de 0,5 ou cerca de 1 a cerca de 10 segundos, de preferência de cerca de 0,5 ou cerca de 1 a cerca de 8 segundos, e mais preferencialmente de cerca de 0,5, ou cerca de 1 a cerca de 7 segundos.
[00028] O tempo de residência médio do catalisador dentro do reator é de preferência inferior a cerca de 500 segundos, de preferência de cerca de 5 a cerca de 240 segundos, mais preferencialmente de cerca de 20 a cerca de 150 segundos, e ainda mais preferencialmente de cerca de 25 a cerca de 100 segundos. A aplicação destes tempos tende a diminuir a quantidade de catalisador necessário para o processo, permitindo estoques de catalisadores reduzidos. Tais inventários, por sua vez, oferecem a vantagem de reduzir os custos operacionais e de capital, em comparação com alguns processos da técnica anterior.
[00029] Nos tempos de residência do catalisador fornecidos e nos tempos de contato médios no reator de desidrogenação, a temperatura aplicada da mistura de reação, que pode ser fornecida na maior parte pelo catalisador quente fresco ou reativado, é desejavelmente de cerca de 500oC a cerca de 800oC, de preferência de cerca de 550oC a cerca de 760oC, e ainda mais preferencialmente de cerca de 600oC a cerca de 760oC. Os versados na técnica entenderão que a reação de desidrogenação dos compostos acima mencionados é inerentemente endotérmica e que alguma flexibilidade dentro dessas faixas de temperatura pode, em alguns casos, ser obtida por modificação apropriada de outras variáveis de acordo com as necessidades do design geral do processo de uma instalação.
[00030] As temperaturas também serão afetadas pelo tipo de reator de desidrogenação usado no processo inventivo. Podem ser utilizados diversos tipos, desde que ofereçam um contato fluidizado entre a alimentação de hidrocarbonetos inicial e a alimentação do catalisador. Exemplos de tipos de reator adequados podem incluir um reator fluidizado de co-corrente ou contracorrente, um reator de subida, um reator de descida, um reator de leito fluidizado rápido, um reator de leito borbulhante, um reator turbulento ou uma combinação dos mesmos. Em uma modalidade preferida, o reator é uma combinação de um leito fluidizado rápido ou reator turbulento na sua porção inferior, e um reator vertical na sua seção superior. Em uma outra modalidade, um reator rápido, fluidizado ou turbulento, pode ser ligado a um reator de subida separado através de um tronco. O reator pode ser, em certas modalidades, um reator de parede quente ou um reator de parede fria, e em ambos os casos pode ser revestido de refratário. Pode ser fabricado com materiais convencionais utilizados em craqueamento catalítico fluido (FCC) ou processamento petroquímico, como, por exemplo, aço inoxidável ou aço carbono, e é desejavelmente uma qualidade capaz de suportar as variáveis de processamento, incluindo temperatura, pressão e taxas de fluxo. Em modalidades particulares, nas quais o reator é um reator fluidizado com fluxo ascendente em co-corrente, a temperatura mais alta no reator de desidrogenação será encontrada na sua extremidade inferior e, à medida que a reação prossegue e o catalisador e a mistura de reação ascendem, a temperatura diminuirá em um gradiente em direção à extremidade superior do reator. Ver, por exemplo, a Patente US 8.669.406 (B2) cuja divulgação é aqui incorporada por referência na sua totalidade. As dimensões do reator geralmente dependem do projeto do processo da instalação aplicável e, em geral, levam em consideração a capacidade proposta ou a vazão da mesma, a velocidade espacial horária ponderal (WHSV), a temperatura, a pressão, a eficiência do catalisador e as razões unitárias de alimentação convertida em produtos com uma seletividade desejada.
[00031] Em modalidades mais particulares, o reator pode compreender duas seções definíveis, de modo que a seção inferior pode operar de uma maneira que é ou se aproxima de isotérmica, tal como em um reator de fluxo rápido ou de fluxo ascendente turbulento, enquanto a seção superior pode operar em mais de uma maneira de fluxo de conexão, como em um reator de subida. Por exemplo, na modalidade particular anteriormente descrita, o reator de desidrogenação pode compreender uma seção inferior que funciona como um leito fluidizado ou turbulento rápido e a seção superior funciona como um reator vertical, com o resultado de que o catalisador médio e o fluxo de gás se movem simultaneamente para cima. Como o termo é usado aqui, "média"se refere ao fluxo líquido, ou seja, o fluxo ascendente total menos o fluxo retrógrado ou reverso, como é típico do comportamento das partículas fluidizadas em geral.
[00032] A pressão de operação aplicável do reator de desidrogenação é ampla, permitindo a otimização baseada, em modalidades nas quais o processo inventivo é aplicado em uma instalação adaptada, sobre a economia aplicável como permitido por qualquer equipamento existente que será usado para a adaptação. Isso ficará bem dentro da compreensão geral do versado qualificado. Em geral, a pressão pode variar de 6,0 a 44,7 libras por polegada quadrada absolutos (psia, cerca de 41,4 kilopascais, kPa, 308,2 kPa), mas é preferido para a maioria das modalidades, incluindo desidrogenação de C3 e C4, que uma faixa selecionada mais estreita, de 15 a 35 psia, (cerca de 103,4 kPa a cerca de 241,3 kPa) seja empregada, mais preferivelmente de 15 a 30 psia (cerca de 103,4 kPa a cerca de 206,8 kPa), ainda mais preferencialmente de 17 a 28 psia (cerca de 117,2 kPa a cerca de 193,1 kPa), e mais preferencialmente de 19 a 25 psia (cerca de 131,0 kPa a cerca de 172,4 kPa).
[00033] A WHSV para o processo de desidrogenação pode variar convenientemente de aproximadamente 0,1 libra (lb) a cerca de 100 lb de alimentação de hidrocarboneto por hora (h) por libra de catalisador no reator (alimentação em lb/h/catalisador em lb). Por exemplo, onde um reator compreende uma porção inferior que funciona como um reator rápido ou turbulento e uma porção superior que funciona como um reator vertical, a velocidade superficial do gás pode variar dentro de cerca de 2 pés por segundo (pés/s, cerca de 0,61 metro por segundo, m/s) a cerca de 80 pés/s (cerca de 24,38 m/s), de preferência de cerca de 3 pés/s (cerca de 0,91 m/s) a 10 pés/s (cerca de 3,05 m/s), na parte inferior do reator e de 30 pés/s (cerca de 9,14 m/s) a cerca de 70 pés/s (cerca de 21,31 m/s) na porção superior do reator. Em modalidades alternativas, mas menos preferidas, uma configuração do reator que é totalmente de um tipo de subida pode operar a uma única velocidade de gás superficial elevada, por exemplo, em algumas modalidades pelo menos 30 pés/s (cerca de 9,15 m/s).
[00034] No reator de desidrogenação, a alimentação de catalisador para a relação de alimentação de hidrocarbonetos varia de cerca de 2 a cerca de 100 em peso a peso (p/p). Em uma modalidade particular para desidrogenação de propano, a razão varia entre cerca de 5 e cerca de 40; mais preferencialmente de cerca de 10 a cerca de 36; e mais preferencialmente de cerca de 12 a cerca de 24.
[00035] Note-se que, em modalidades, tais como no reator de duas partes descrito acima, o fluxo de catalisador é preferencialmente de aproximadamente 1 libra por metro quadrado-segundo (lb/pé2-s) (4,89 kg/m2-s) a cerca de 20 lb/pé2-s (97,7 kg/m2-s) na porção inferior do reator, e de aproximadamente 10 lb/pé2-s (48,9 kg/m2-s) a cerca de 200 lb/pé2-s (489 kg/m2-s) na parte superior do reator. Em um reator inferior, um fluxo de catalisador superior a cerca de 200 lb/pé2-s podem ser empregados, mas geralmente não são preferidos. Os versados na técnica serão capazes de adequar adequadamente o fluxo de catalisador com base em WHSV e razão de alimentação de catalisador para alimentação de hidrocarbonetos.
[00036] Quando o dispositivo de contato de sólidos de fluidos é utilizado como combustor, uma porção do catalisador pelo menos parcialmente desativado é transferida para uma modalidade do dispositivo de contato de sólidos de fluidos e a porção do catalisador pelo menos parcialmente desativado é aquecida a uma temperatura de 500oC a 850oC para queimar o coque depositado no catalisador, utilizando o calor gerado pela própria combustão de coque e combustível suplementar, o aquecimento resultando em um catalisador aquecido e desativado (no caso de desidrogenação, mas não quando utilizado em conexão com craqueamento catalítico fluido ou metanol para operações de olefinas).
[00037] Para o caso em que o dispositivo de contato de sólidos de fluidos é utilizado como combustor em um processo de desidrogenação, o catalisador parcialmente desativado é aquecido a uma temperatura de pelo menos 660oC mas não mais que 850oC, preferivelmente de 700oC a 770oC, e mais preferivelmente de 720oC a 750oC. Novamente, quanto ao reator de desidrogenação, é preferido que o combustor, que serve como parte da área de regeneração e em que o coque seja queimado (isto é, oxidado com um gás contendo oxigênio) para formar CO2, compreende uma seção inferior que opera como um leito fluidizado rápido, turbulento ou borbulhante, e uma seção superior que funciona como um tubo ascendente. Isso permite que o combustor funcione com um catalisador médio e o fluxo de gás se mova simultaneamente para cima. Nesta configuração, os internos são críticos para quebrar as bolhas e promover a mistura de combustível, ar e catalisador. Outra configuração possível, concebida para permitir um fluxo médio de catalisador para baixo e um fluxo médio de gás para cima, compreende um leito fluidizado rápido, turbulento ou borbulhante. Independentemente da configuração, o calor para a combustão do regenerador provém de uma combinação de combustão do coque depositado, ou seja, o próprio coque fornece calor como resultado da reação de oxidação e combustão de um combustível suplementar para processos que não produzem coque suficiente para conduzir a reação no reator. Como o termo é usado aqui, "suplemento" significa combustível diferente do próprio coque.
[00038] A WHSV para esse processo no combustor pode variar convenientemente de cerca de 0,1 a cerca de 100 lb de ar + alimentação de combustível por hora (h) por lb de catalisador no combustor (lb de alimentação/h/lb de catalisador). Por exemplo, onde um combustor compreende uma porção inferior que funciona como um reator rápido ou turbulento e uma porção superior que funciona como um reator vertical, a velocidade superficial do gás pode variar dentro de cerca de 1 pés por segundo (pés/s, cerca de 0,3 metro por segundo, m/s) a cerca de 80 pés/s (cerca de 24,38 m/s), de preferência de cerca de 2 pés/s (cerca de 0,61 m/s) a 10 pés/s (cerca de 3,05 m/s), na parte inferior do reator e de 20 pés/s (cerca de 6,09 m/s) a cerca de 70 pés/s (cerca de 21,31 m/s) na porção superior do combustor. Em modalidades alternativas, mas menos preferidas, uma configuração do combustor que é totalmente de um tipo de subida pode operar a uma única velocidade de gás superficial elevada, por exemplo, em algumas modalidades pelo menos 30 pés/s (cerca de 9,15 m/s).
[00039] Note-se que, em modalidades, tais como no reator de duas partes descrito acima, o fluxo de catalisador é preferencialmente de aproximadamente 1 libra por metro quadrado-segundo (lb/pe2-s) (4,89 kg/m2-s) a cerca de 20 lb/pé2-s (97,7 kg/m2-s) na parte inferior do combustor, e de cerca de 10 lb/pé2-s (48,9 kg/m2-s) a cerca de 200 lb/pé2-s (489 kg/m2-s) na parte superior do combustor. Em um combustor inferior, um fluxo de catalisador superior a cerca de 200 lb/pé2-s podem ser empregados, mas geralmente não são preferidos. Os versados na técnica serão capazes de adequar adequadamente o fluxo de catalisador com base em WHSV e razão de alimentação de catalisador para alimentação de combustível de ar/suplementar.
[00040] A pressão no combustor varia de 15 a 50 psia e mais preferencialmente de 25 psia a 40 psia.
[00041] Quando o dispositivo de contato de sólidos de fluidos é usado como um condicionador de catalisador, o catalisador aquecido, adicionalmente desativado, é submetido a uma etapa de condicionamento que compreende a manutenção do catalisador aquecido e desativado adicional a uma temperatura de pelo menos 660oC (para um processo de desidrogenação) ou de pelo menos 500°C (para um processo FCC ou metanol para olefinas) enquanto se expõe o catalisador aquecido e desativado para um fluxo de um gás contendo oxigênio por um período de tempo.
[00042] O condicionamento também ocorre dentro da área de regeneração do processo e pode ser realizado em uma zona de reativação compreendendo, por exemplo, um leito fluidizado rápido, turbulento ou borbulhante. Em uma modalidade particularmente preferida, a configuração da zona de reativação permite um fluxo médio de catalisador para baixo e um fluxo médio de gás para cima, isto é, fluxos correspondentes aos do combustor, mas outras configurações também são possíveis. Esta etapa de condicionamento em um processo de desidrogenação de olefina pode compreender a manutenção do catalisador aquecido e desativado adicional a uma temperatura de pelo menos 660oC, mas não mais que 850oC, preferivelmente 700oC a 770oC, e mais preferencialmente de 720oC a 750oC, enquanto o expondo a um fluxo de um gás contendo oxigênio. O condicionamento é realizado de forma desejável de tal modo que o catalisador tenha um tempo médio de residência do catalisador no gás contendo oxigênio durante mais de dois minutos. Opcionalmente, o catalisador regenerado pode ser separado, utilizando um gás que não contenha mais de 0,5 por cento em mol (% em mol) de oxigênio, para remover moléculas de gás que contenham oxigênio que residam entre as partículas de catalisador e/ou dentro das partículas de catalisador.
[00043] A velocidade superficial do gás no dispositivo inventivo, quando utilizada como condicionador catalítico, pode variar entre 0,05 a 4 pés/s, ou em alternativa, de 0,05 a 2 pés/s, ou em alternativa, de 2 a 4 pés/s, ou em alternativa, de 0,1 a 1 pé/s, ou em alternativa, de 0,2 a 0,5 pés/s.
[00044] O fluxo de catalisador no dispositivo inventivo quando utilizado como um condicionador catalítico varia entre 0,1 a 20 lb/pé2s, ou em alternativa, de 0,1 a 10 lb/pé2s, ou em alternativa, de 10 a 20 lb/pé2s,ou em alternativa, de 0,5 a 5 lb/pé2s.
[00045] A pressão no dispositivo inventivo, quando utilizada como condicionador de catalisador, varia de 15 a 50 psia, ou em alternativa, de 15 a 32 psia, ou em alternativa, de 33 a 50 psia ou, alternativamente, de 25 psia a 40 psia.
[00046] O dispositivo de contato de sólidos de fluidos também pode ser usado como um removedor de reator. Em tal aplicação, o fluxo de catalisador no dispositivo varia entre 5 a 50 lb/pé2s, ou em alternativa, de 5 a 25 lb/pé2s, ou em alternativa, de 25 a 50 lb/pé2s, ou em alternativa, de 10 a 40 lb/pé2s. A velocidade superficial do gás no separador do reator varia de 0,1 a 4 pés/s, ou em alternativa, de 0,1 a 2 pés/s, ou em alternativa, de 2 a 4 pés/s, ou em alternativa, de 0,2 a 1,5 pés/s. A pressão para o separador de reator varia de 6,0 a cerca de 44,7, ou em alternativa, de 6 a 25 psia, ou em alternativa, de 25 a 44,7 psia, ou em alternativa, de 15 psia a 35 psia. A temperatura no separador do reator varia de 400 a 750°C, ou em alternativa, de 400 a 575°C, ou em alternativa, de 575 a 750°C, ou em alternativa, de 450 a 650°C.
[00047] A presente invenção pode ser concretizada de outras formas sem se afastar do espírito e dos atributos essenciais da mesma e, consequentemente, deve ser feita referência às reivindicações anexas, em vez de ao relatório descritivo anterior, como indicando o escopo da invenção.
Claims (8)
1. Dispositivo de contato de sólidos de fluidos, caracterizadopelo fato de compreender: - um recipiente (10); - uma primeira seção de conjunto de grade que compreende uma pluralidade de cordas horizontais (30) espaçadas horizontalmente separadas umas das outras e uma pluralidade de plataforma(s) de grade (40) inserida(s) entre as cordas horizontais (30); - em que cada corda horizontal (30) compreende um membro estrutural com resistência mecânica suficiente para suportar forças fluidizadas no recipiente (10) e cada plataforma de grade (40) é unida a uma ou mais cordas horizontais (30) de maneira a impedir o movimento ascendente da plataforma de grade (40); - uma pluralidade de cadeiras (50) unidas direta ou indiretamente a uma superfície interna do recipiente (10) e espaçadas circunferencialmente para suportar o membro estrutural; e - em que cada elemento estrutural é suportado sobre uma ou mais da pluralidade de cadeiras (50), e sendo que o membro estrutural compreender uma placa inferior (32), um placa central estendendo-se para acima a partir da linha central da placa inferior (32), e capeada por uma placa superior (37) e sendo que a plataforma de grade (40) são suportadas sobre as placas inferiores (32) e/ou placas superiores (37).
2. Dispositivo de contato de sólidos de fluidos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de compreender ainda uma ou mais seções de conjunto de grade adicionais espaçadas verticalmente separadas uma da outra e da primeira seção de conjunto de grade.
3. Dispositivo de contato de sólidos de fluidos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as plataformas de grade (40) compreenderem um ou mais do grupo que consiste em grades subterrâneas, bifurcações, estruturas de embalagem ou qualquer estrutura que forma uma obstrução de fluxo e é capaz de quebrar bolhas.
4. Dispositivo de contato de sólidos de fluidos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de uma velocidade da ranhura de gás ser inferior a 8 pés/s.
5. Dispositivo de contato de sólidos de fluidos, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o dispositivo (10) ser um reator, um combustor, um condicionador de catalisador ou um separador de catalisador.
6. Dispositivo de contato de sólidos de fluidos, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o reator (10), combustor, condicionador de catalisador ou separador de catalisador ser utilizado num processo de desidrogenação em que um ou mais do grupo que consiste em etano, propano, butano, n-butano, iso-butano, isobuteno, n-buteno, etilbenzeno, cumeno e qualquer combinação de dois ou mais dos mesmos são utilizados como matéria prima.
7. Dispositivo de contato de sólidos de fluidos, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o dispositivo (10) ser um reator ou um combustor e exibir condições de fluxo ascendente de co-corrente.
8. Dispositivo de contato de sólidos de fluidos, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o dispositivo (10) ser um condicionador de catalisador ou separador de catalisador e exibir condições de fluxo em contracorrente.
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