BR112019005684A2 - reator químico catalítico de fluxo axial-radial com duas camadas de catalisador - Google Patents

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Abstract

a presente invenção se refere a um reator de fluxo axial-radial compreendendo um leito catalítico (1) de uma configuração cilíndrica oca, possuindo um eixo geométrico vertical (2), uma base (5), uma seção de entrada de gás radial (3b), uma seção de entrada de gás axial (6) e uma seção de saída de gás radial (4b). em concordância com a presente invenção, o leito catalítico (1) compreende: uma primeira região anular cilíndrica (10) contendo uma camada de um primeiro catalisador (a) e uma camada de um segundo catalisador (b), a camada do primeiro catalisador (a) estando acima da camada do segundo catalisador (b); uma segunda região anular cilíndrica (9) coaxial para a primeira região anular e contendo somente o primeiro catalisador (a).

Description

REATOR QUÍMICO CATALÍTICO DE FLUXO AXIAL—RADIAL COM DUAS CAMADAS DE CATALISADOR
CAMPO DE APLICAÇÃO [0001] A presente invenção se refere para o campo de reatores químicos catalíticos. A presente invenção em particular se refere para o campo de reatores que envolvem a utilização de dois diferentes catalisadores.
ESTADO DA TÉCNICA
[0002] Alguns processos químicos requerem que um
fluxo de gás venha a passar em seqüência através de um
primeiro catalisador e subseqüentemente através de um
segundo catalisador.
[0003] O fluxo de gás adentrando pode consistir, por exemplo, de uma mistura de reagentes ou de um fluxo de gás a ser condicionado.
[0004] Um exemplo de considerável importância prática é a remoção de óxidos de nitrogênio NOX e óxido nitroso N2O a partir de fluxos de gás. Um fluxo de gás contendo NOX e N2O pode ser produzido por combustão ou por um processo industrial. Por exemplo, a síntese de ácido nítrico libera uma corrente de gás residual (off-gas) contendo NOX e N2O.
[0005] Os processos para remoção de referidos poluentes compreende uma passagem através de um catalisador de maneira tal a decompor N2O para nitrogênio e oxigênio e uma passagem através de um outro catalisador de maneira tal a reagir N2O e NOX residual com um agente de redução adequado.
[0006] É conhecido, conseqüentemente, concretizar reatores químicos compreendendo dois leitos catalíticos
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2/18 dispostos de maneira tal a serem atravessados em seqüência por um fluxo de gás adentrando.
[0007] Leitos catalíticos podem ser distinguidos em concordância com a direção do fluxo de gás transversal, por exemplo, axial ou radial.
[0008] Um leito catalítico radial, em particular, é delimitado por duas paredes cilíndricas coaxiais que definem uma seção de entrada e uma seção de saída, respectivamente. O fluxo de gás passa através do catalisador radialmente a partir do exterior em direção do interior (passagem para dentro) ou vice e versa a partir do interior em direção do exterior (passagem para fora).
[0009] A configuração de leito radial possui uma série de vantagens reconhecidas, mas também possui uma desvantagem. A parte de topo do leito catalítico é submetida para assentamento (decantação) do catalisador, que compacta sob seu próprio peso, deixando um espaço livre que forma um caminho contornando (bypassing) o leito catalítico. É, conseqüentemente, necessário que as seções de entrada e de saída não venham a se estender até o topo do leito catalítico para evitar que gás venha a ser direcionado para referido caminho de contorno (bypass), mas, conseqüentemente, a parte superior do leito catalítico permanece substancialmente não utilizada.
[0010] Em outras palavras, em um leito catalítico puramente radial, uma porção de catalisador possui a função de vedação do contorno (bypass) , mas não contribui para a reação química desejada. Segue-se que, para o mesmo desempenho, um maior volume do leito e do reator, e bem como uma maior quantidade de catalisador. Ambos destes
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3/18 fatores aumentam os custos do equipamento. Uma outra desvantagem, de uma natureza de construção, é a de que o fechamento de topo de leitos catalíticos, novamente de maneira tal a prevenir contorno (bypassing) parcial do leito, tem que ser à prova de gás. Isto significa que a cobertura de fechamento dos leitos é mais pesada, mais complexa em projeto e mais dispendiosa. As operações para abertura e para fechamento dos leitos são também mais longas e mais complexas.
[0011] As desvantagens descritas acima são solucionadas por leitos catalíticos de fluxo axial-radial. Um leito catalítico de fluxo axial-radial possui uma seção de entrada radial e também uma seção de entrada axial que é tipicamente formada pelo anel de topo do leito. A seção de saída geralmente é radial. O gás adentrando é alimentado parcialmente através da seção de entrada radial e parcialmente através da seção de entrada axial; no interior do leito, conseqüentemente, um fluxo misturado compreendendo um componente radial e um componente axial é formado.
[0012] Um leito catalítico axial-radial proporciona as vantagens de um leito radial evitando a desvantagem anteriormente mencionada, na medida em que a parte de topo do leito catalítico é também convencionalmente explorada (devido para o fato da entrada axial) e o assentamento do catalisador não provoca contorno (bypassing) .
[0013] Entretanto, a configuração de leito axialradial, em concordância com o estado da técnica, não é considerada como sendo adequada para os processos do tipo
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4/18 considerado aqui que requer que o fluxo venha a passar através de dois catalisadores. 0 fluxo axial-radial requer a disposição dos dois catalisadores de uma maneira concêntrica; com esta disposição de leito coaxial, entretanto, parte do gás axialmente adentrando deveria entrar em contato diretamente com o segundo catalisador e deixar o leito substancialmente sem ter passado através do primeiro catalisador, ao contrário para o processo desejado. Por esta razão, até agora, a tecnologia de reator axial-radial tem sido considerada como sendo não adequada para aplicação para reatores com camadas de catalisador concêntricas.
[0014] O pedido de patente japonês número JP-S61171530 apresenta um vaso de reforma compreendendo uma tubulação de introdução de agente de oxidação imersa em um catalisador de combustão contido em uma tubulação de partição, e um catalisador de reforma na fenda entre a tubulação de partição e o container.
[0015] O pedido de patente internacional número WO 99/20384 apresenta um reator de fluxo radial com leitos catalíticos coaxiais.
[0016] O pedido de patente internacional número WO 01/23080 apresenta um reator de fluxo axial-radial ou radial com um leito catalítico de um catalisador único e em que um espaço entre a superfície exterior do leito catalítico e as paredes interiores do reator é preenchido com material particulado.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0017] A presente invenção tem como objetivo o de superar as desvantagens do estado da técnica por provisão
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5/18 de uma configuração de leito catalítico de fluxo axialradial adequada para reações que venham a requerer a passagem em seqüência através de dois catalisadores.
[0018] O objetivo da presente invenção é conseguido com um reator catalítico adaptado para processar um fluxo de gás por passagem seqüencial através de um primeiro catalisador e de um segundo catalisador, referido reator compreendendo um leito catalítico de uma configuração cilíndrica oca, possuindo um eixo geométrico vertical, uma base, uma seção de entrada de gás radial, uma seção de entrada de gás axial e uma seção de saída de gás radial, em que a seção de entrada de gás e a seção de saída de gás são dispostas para proporcionar um fluxo axial-
radial através do leito catalítico, e em que a seção de
entrada axial está em uma superfície superior do leito
catalítico;
o reator sendo caracterizado pelo fat o de que
referido leito catalítico compreende:
uma primeira porção anular cilíndrica se estendendo a partir da base do leito catalítico para a seção de entrada axial, e contendo somente o primeiro catalisador;
uma segunda porção anular cilíndrica se estendendo a partir da base do leito catalítico para a seção de entrada axial, referida segunda porção anular sendo coaxial para a primeira porção anular e contendo uma camada do primeiro catalisador e uma camada do segundo catalisador, a camada do primeiro catalisador estando acima da camada do segundo catalisador.
[0019] Preferivelmente, uma fronteira entre
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6/18 referida primeira porção anular e referida segunda porção anular é uma superfície cilíndrica vertical. Referida superfície é permeável a gás. Preferivelmente, referida superfície possui um eixo geométrico vertical paralelo para o eixo geométrico do reator.
[0020] O primeiro catalisador é adaptado para catalisar uma primeira reação química e o segundo catalisador é adaptado para catalisar uma segunda reação, referida primeira reação e referida segunda reação sendo diferentes. Em uma concretização preferida da presente invenção, a primeira reação e a segunda reação são reações para remover N2O e/ou NOX a partir do fluxo de gás de entrada.
[0021] A seção de entrada de gás radial e a seção de saída de gás radial preferivelmente compreendem, ou são representadas por, uma parede ou sistema de parede permeável a gás cilíndrica. Uma parede permeável a gás, por exemplo, é proporcionada com perfurações (furos) ou fendas de um tamanho adequado para possibilitação de que gás venha a passar através e ao mesmo tempo para retenção do catalisador.
[0022] Em uma concretização preferida da presente invenção, a seção de entrada radial e a seção de saída radial compreendem, ou são representadas por, paredes cilíndricas com uma porção superior, proximal para a seção de entrada axial de topo, que não é permeável a gás. Desta maneira, a entrada axial do gás e a formação do fluxo misturado axial-radial desejado são facilitadas. Em algumas concretizações da presente invenção, um sistema de parede cilíndrica dupla pode ser proporcionado. Um exemplo de um
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7/18 sistema de parede dupla adequado é descrito na patente européia número EP 2 014 356.
[0023] A seção de entrada axial pode ser formada pela superfície de topo (anel de topo) do leito catalítico. Referida superfície de topo do leito catalítico pode ser uma superfície aberta em algumas concretizações da presente invenção. Em algumas concretizações da presente invenção, a seção de entrada axial inclui uma cobertura permeável a gás, por exemplo, uma cobertura perfurada.
[0024] A seguir estão concretizações preferidas adicionais da presente invenção.
[0025] Na segunda porção anular cilíndrica, a camada do segundo catalisador (camada de fundo) pode se estender a partir da base do leito catalítico para um nível de fronteira pré-determinado, e a camada do primeiro catalisador (camada superior) pode se estender acima da camada do segundo catalisador, a partir de referido nível de fronteira até a seção de entrada axial.
[0026] Preferivelmente, o volume do segundo catalisador na segunda porção anular do leito catalítico conta por pelo menos 50% do volume total da segunda porção anular. Mais preferivelmente, referido volume de segundo catalisador é de 50% até 95%, ainda mais preferivelmente de 60% até 90% do volume total da segunda porção anular. Estas concretizações preferidas proporcionam uma quantidade suficiente de ambos os catalisadores levando em conta o fluxo axial-radial.
[0027] A seção de saída de gás, em uma concretização preferida da presente invenção, é localizada inteiramente abaixo de referido nível de fronteira, isto é,
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8/18 em correspondência da camada do segundo catalisador. Mais preferivelmente, o reator compreende uma parede ou sistema de parede cilíndrica possuindo uma porção superior à prova de gás e uma porção inferior permeável a gás. A porção de parede superior e não permeável se estende a partir da seção de entrada axial pelo menos para referido nível de fronteira entre os dois catalisadores; a porção permeável a gás inferior (abaixo do nível de fronteira) proporciona referida seção de saída de gás. A porção de parede permeável a gás pode ser, por exemplo, uma porção de parede perfurada. Preferivelmente, somente o segundo catalisador está em contato com referida porção de parede perfurada.
[0028] Pode ser apreciado que a camada superior de primeiro catalisador (na segunda porção anular do leito catalítico) é uma região de fluxo predominantemente axial.
[0029] Em algumas concretizações da presente invenção, o reator pode compreender um defletor flutuante que se estende pelo menos na segunda porção anular cilíndrica e separa a camada do primeiro catalisador a partir da camada do segundo catalisador. A provisão deste defletor flutuante, entretanto, não é essencial para a presente invenção. Referido defletor flutuante pode ser apropriado, por exemplo, para manter uma boa separação entre o primeiro catalisador e o segundo catalisador se o catalisador tende a se misturar. Em algumas concretizações da presente invenção, os dois catalisadores não significativamente se misturam durante operação (por exemplo, devido para o fato de seu tamanho de partícula) e o defletor flutuante não é necessário. O defletor flutuante é também permeável para gás, por exemplo, compreendendo
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9/18 perfurações (furos) ou fendas apropriadas.
[0030] Em concordância com uma concretização adicional da presente invenção, a primeira porção anular e a segunda porção anular são separadas por um defletor de separação permeável a gás. Em uma concretização mais preferida da presente invenção, referido defletor de separação se estende a partir do fundo do leito catalítico até a seção de entrada, de uma maneira tal que o leito catalítico é completamente dividido em duas porções coaxiais, uma porção contendo unicamente o primeiro catalisador, e a outra porção contendo uma camada de primeiro catalisador acima de uma camada de segundo catalisador.
[0031] Em uma concretização particularmente preferida da presente invenção, referido leito catalítico é do tipo de fluxo axial-radial para dentro. Em concordância com isso, referida primeira porção anular é uma região externa do leito catalítico e referida segunda porção anular é uma região interna do leito catalítico. A primeira porção é disposta coaxialmente em torno da segunda porção. Por conseqüência, o fluxo direcionado internamente (para
dentro) cruza (atravessa) em seqüência o primeiro
catalisador e o segundo catalisador.
[0032] Uma aplicação preferida da presente
invenção diz respeito para a remoção de poluentes de N2O e de óxidos de nitrogênio NOX a partir de uma corrente gasosa. Em um tal caso, em uma concretização preferida da presente invenção, o primeiro catalisador é adequado para decompor N2O para nitrogênio e oxigênio e o segundo catalisador é adequado para reagir NOX e N2O com um agente
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10/18 de redução. Referido agente de redução é preferivelmente amônia.
[0033] Em uma aplicação particularmente preferida da presente invenção, o referido fluxo de gás contendo NOX e N2O é uma corrente de gás residual (offgas) produzida em um processo de síntese de ácido nítrico.
[0034] Um aspecto adicional da presente invenção é um processo para a remoção de óxidos de nitrogênio NOX e óxido nitroso N2O a partir de uma corrente de gás, em concordância com as reivindicações de patente anexadas.
[0035] O leito catalítico da presente invenção compreende uma região superior que está em uma comunicação direta com a seção de entrada de gás e que contém somente o primeiro catalisador. Uma segunda região do leito catalítico, que está abaixo de referida região superior, contém duas camadas dispostas concentricamente do primeiro catalisador e do segundo catalisador. Somente esta segunda região está em uma comunicação direta com a seção de saída de gás.
[0036] Conseqüentemente, uma corrente de gás adentrando o leito catalítico por intermédio da seção de entrada radial ou axial encontra seqüencialmente uma camada do primeiro catalisador e uma camada do segundo catalisador, o primeiro catalisador sendo atravessado em primeiro lugar.
[0037] Ainda aspectos adicionais e concretizações preferidas da presente invenção são como segue.
1. Um aspecto da presente invenção é um reator catalítico adaptado para processar um fluxo de gás por passagem seqüencial através de um primeiro catalisador e de
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11/18 um segundo catalisador;
referido reator compreendendo um leito catalítico de uma configuração cilíndrica oca, possuindo um eixo geométrico vertical e possuindo pelo menos uma seção de entrada radial lateral e em uma seção de entrada axial de topo de maneira tal a determinar um fluxo axial-radial através do leito catalítico, e possuindo uma seção de saída, em que:
referido leito catalítico compreende uma primeira
zona de cabeça que é adjacente para referida seção de
entrada axial de topo, , e uma segunda zona abaixo de
referida zona de cabeça;
referi da zona de cabeça do leito catalítico
contém unicamente o primeiro catalisador e não se volta para referida seção de saída do leito catalítico, de maneira tal que o gás efluente de referida zona de cabeça passa para a segunda zona subjacente do leito catalítico;
referida segunda zona do leito catalítico contém uma camada do primeiro catalisador e uma camada do segundo catalisador, referidas camadas sendo dispostas coaxialmente uma em torno da outra.
2. Uma concretização adicional da presente invenção é um reator de acordo com anterior ponto 1. ; compreendendo um defletor de separação permeável a gás (8) entre referidas duas camadas coaxiais (9, 10) da segunda zona (14) do leito catalítico.
3. Uma concretização adicional da presente invenção é um reator de acordo com o anterior ponto 2.; em que o defletor de separação se estende também para a zona de cabeça do leito catalítico, o leito catalítico, por
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12/18 consequência, sendo dividido em duas porções coaxiais, a primeira de referidas porções coaxiais contendo somente o primeiro catalisador, a segunda de referidas porções coaxiais contendo uma camada de segundo catalisador até um nivel pré-determinado e contendo uma camada de referido primeiro catalisador acima de referido nivel.
4. Uma concretização adicional da presente invenção é um reator de acordo com o anterior ponto 3.; em que a segunda porção coaxial compreende um defletor flutuante que separa a camada de primeiro catalisador a partir da camada de segundo catalisador.
5. Uma concretização adicional da presente invenção é um reator de acordo com qualquer um dos anteriores pontos 1. até 4.; em que referido leito catalítico é do tipo de fluxo axial-radial para dentro e em que, na segunda zona do leito catalítico contendo duas camadas coaxiais do primeiro catalisador e do segundo catalisador, o primeiro catalisador é situado externamente do segundo catalisador.
6. Uma concretização adicional da presente invenção é um reator de acordo com qualquer um dos anteriores pontos 1. até 5.; em que a seção de entrada axial de topo do leito catalítico é uma seção de topo aberta ou possui uma cobertura permeável a gás.
7. Uma concretização adicional da presente invenção é um reator de acordo com qualquer um dos anteriores pontos 1. até 6.; em que o primeiro catalisador é adequado para decompor N0x para nitrogênio e oxigênio e o segundo catalisador é adequado para reagir N0x e N20 com um agente de redução.
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13/18 [0038] A presente invenção, em suas várias concretizações, tem capacidade para explorar as vantagens do leito catalítico de fluxo misturado axial-radial também em processos que requerem a passagem de um gás através de dois catalisadores em seqüência. A disposição em camadas do primeiro catalisador e do segundo catalisador previne que o gás de entrada venha a contornar (bypassing) o primeiro catalisador. Em particular, a disposição da presente invenção proporciona que a seção superior do leito catalítico, próxima para a entrada de gás axial, venha a conter somente o primeiro catalisador, de maneira tal que o gás de entrada tem que passar através do primeiro catalisador antes que venha a alcançar a camada do segundo catalisador. As vantagens compreendem em particular: eficiente utilização do catalisador, uniformidade da reação química, consumo uniforme do catalisador, relação (proporção) vantajosa de massa de catalisador para volume (portanto, custos) do aparelho.
[0039] As vantagens da presente invenção irão se tornar mais evidentes com o auxílio da descrição detalhada a seguir.
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0040] Assim, a presente invenção irá agora ser explanada mais precisamente, em maiores detalhes, pela descrição de diferentes concretizações da presente invenção e com referência para os Desenhos das Figuras acompanhantes. Nos Desenhos das Figuras acompanhantes:
[0041] A Figura 1 é um diagrama simplificado de um leito catalítico de camada dupla em concordância com uma concretização da presente invenção; e:
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14/18 [0042] A Figura 2 é um esboço de um reator compreendendo o leito catalítico da Figura 1.
[0043] Os Desenhos das Figuras acompanhantes são unicamente representações esquemáticas/diagramáticas e a presente invenção não é limitada para as concretizações exemplificativas preferidas neles representadas.
DESCRIÇÃO DE CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS DA INVENÇÃO [0044] A Figura 1 mostra um diagrama de um leito catalítico (1) com uma forma cilíndrica oca que se estende em torno de um eixo geométrico vertical (2).
[0045] O leito catalítico (1) está contido no interior de um reator químico R (Figura 2). Referido reator possui uma concha pressurizada (20) preferivelmente possuindo um eixo geométrico coincidindo com o eixo geométrico vertical (2).
[0046] O leito catalítico (1) é delimitado por uma parede cilíndrica externa (3) , uma parede cilíndrica interna (4), uma base (5) e uma superfície de topo (anel) (6) .
[0047] As paredes cilíndricas (3) e (4) possuem porções contínuas (3a, 4a) e porções (3b, 4b) que são permeáveis para gases, por exemplo, perfuradas. A superfície ou anel (6) é pelo menos parcialmente permeável a gás. Em algumas concretizações da presente invenção, a
superfície (6) é uma superfície de topo aberta do leito
catalítico (D .
[0048] Um fluxo de gás suprido para 0 leito
catalítico (D compreende uma fração (Fr) que adentra o
leito catalítico (1) radialmente através da porção de parede perfurada (3b) e uma fração (Fa) que adentra o leito
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15/18 catalítico (1) axialmente através da superfície anular (6).
[0049] Um fluxo axial-radial misturado (F), indicado pelas flechas, é estabelecido no interior do leito catalítico (1) como um resultado dos fluxos (Fr, Fa). O gás deixando o leito catalítico (1) passa através da porção de parede perfurada (4b) e é coletado no interior de um tubo central (7).
[0050] As porções de parede permeáveis a gás (3b) e (4b) definem, respectivamente, uma seção de entrada radial e uma seção de saída radial do leito catalítico (1). Neste exemplo, o fluxo radial é direcionado em direção do eixo geométrico vertical (2) e, conseqüentemente, é chamado de fluxo radial para dentro. A superfície anular (6) ao invés disso forma uma seção de entrada axial do leito catalítico (1).
[0051] O leito catalítico (1) compreende um defletor de partição permeável a gás (8) substancialmente paralelo para as paredes cilíndricas (3) e (4) . O defletor de partição (8) define duas porções anulares cilíndricas do leito catalítico (1), a saber, uma primeira porção externa (9) e uma segunda porção interna (10) . Referidas porções (9) e (10) possuem uma forma cilíndrica oca e são coaxiais.
[0052] A porção externa (9) é preenchida inteiramente com um primeiro catalisador (A).
[0053] A porção interna (10) é preenchida com um segundo catalisador (B) até um nível pré-definido (11) . Acima do nível (11) a porção interna (10) é preenchida com o primeiro catalisador (A) , isto é, o mesmo catalisador como aquele da porção externa (9) . O nível (11) forma uma fronteira entre as camadas de catalisador (A) e (B) na
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16/18 porção interna (10).
[0054] A porção interna (10), conseqüentemente, contém duas camadas de catalisador dispostas uma sobre o topo da outra, isto é, a camada de catalisador (B) na zona de fundo/central e a camada de catalisador (A) na zona de topo (12) acima do nível (11) e acima do catalisador (B).
[0055] Devido para o fato desta disposição, o leito catalítico global (1) possui uma zona de cabeça (13), situada entre a seção de entrada (6) e o nível (11), contendo somente o catalisador (A) , e uma zona subjacente (14), contendo duas camadas coaxiais de catalisador (A) e de catalisador (B).
[0056] O nível (11) em algumas concretizações da presente invenção é definido por um defletor de separação flutuante, preferivelmente uma malha (rede) metálica. Em outras concretizações da presente invenção, um defletor de separação físico não é necessário, isto é, o catalisador (A) na zona (12) é derramado diretamente sobre a camada previamente carregada de catalisador (B); conseqüentemente, a fronteira (11) irá ser compreendida como um plano de interface e de separação entre os dois catalisadores. Isto é possível quando os dois catalisadores substancialmente não se misturam durante operação e são adequadamente compactados.
[0057] A zona de cabeça (13) possui uma profundidade (a), mensurada ao longo da direção do eixo geométrico vertical (2) a partir da seção de entrada axial (6) . No exemplo, referida profundidade (a) é também a altura da zona (12) preenchida com catalisador (A), situada acima da camada de catalisador (B).
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17/18 [0058] A porção de parede à prova de gás (4a) se estende por uma distância (b). A extremidade inferior da porção de parede (4a) está preferivelmente abaixo do nivel (11) . Quando a extremidade inferior da porção de parede (4a) está abaixo do nivel (11), a zona de cabeça (13) não se volta diretamente para a porção de parede perfurada (4b) e, conseqüentemente, o efluente da zona superior (13), independentemente da distância a partir do eixo geométrico vertical (2), sempre passa através do catalisador (B) antes que o mesmo venha a alcançar a seção de saida (4b) e venha
a deixar o leito catalítico (1) •
[0059] Como pode ser observado a partir da Figura
1, todo o gás adentrando o leito catalítico (D passa
seqüenciaImente através do catalisador (A) e então,
através do catalisador (B) antes de alcançar a se ção de
saida (4b) . Isto é verdade, em particular, também para o fluxo (F*) adentrando próximo para o eixo geométrico vertical (2) que atravessa o catalisador (A) na zona (12) e atravessa o catalisador (B) antes de fluir para fora através da parede perfurada (4b). Na zona de cabeça (13) do leito catalítico (1), o fluxo é predominantemente axial enquanto nas partes inferiores do leito catalítico (1) e próximo para a seção de saída (4b) o componente radial se torna substancial.
[0060] Pode ser apreciado que na ausência da camada de catalisador (A) na zona (12), o fluxo F* próximo para o eixo geométrico deveria encontrar substancialmente somente o catalisador (B) para o detrimento da eficiência de reator. A presente invenção evita esta desvantagem: na zona superior de fluxo axial (13), o gás adentrando
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18/18 axialmente passa através do primeiro catalisador (A), e bem como o gás adentrando radialmente a partir da parede permeável (30). Então, todo o gás parcialmente condicionado passa através do segundo catalisador (B) na rota em direção da seção de saida (4b).
[0061] Em concordância com isso, a presente invenção consegue a meta de aplicação da configuração de fluxo misturado axial-radial, juntamente com suas vantagens, para os processos que requerem uma passagem seqüencial através de dois catalisadores (A) e (B) . A presente invenção assegura que todo o gás de entrada venha a passar através dos dois catalisadores como é desejado, prevenindo dessa forma contorno (bypassing) do primeiro catalisador (A).
[0062] Um reator (R) compreendendo o leito catalítico (1) previamente descrito é adicionalmente ilustrado na Figura 2. As flechas na Figura 2 mostram o fluxo axial-radial no reator (R).

Claims (15)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Reator catalítico adaptado para processar um fluxo de gás por passagem seqüencial através de um primeiro catalisador (A) e de um segundo catalisador (B);
    referido reator compreendendo um leito catalítico (1) de uma configuração cilíndrica oca, possuindo um eixo geométrico vertical (2), uma base (5), uma seção de entrada de gás radial (3b), uma seção de entrada de gás axial (6) e uma seção de saída de gás radial (4b), disposta para determinar um fluxo axial-radial através do leito catalítico (1), a seção de entrada axial (6) estando em uma extremidade superior do leito catalítico (1);
    o reator sendo caracterizado pelo fato de que referido leito catalítico (1) compreende:
    uma primeira porção anular cilíndrica (9) se estendendo a partir de referida base (5) do leito catalítico (1) para a seção de entrada axial (6), e contendo somente o primeiro catalisador (A);
    uma segunda porção anular cilíndrica (10) se estendendo a partir de referida base (5) do leito catalítico (1) para a seção de entrada axial (6), referida segunda porção anular (10) contendo uma camada de referido primeiro catalisador (A) e uma camada de referido segundo catalisador (B), a camada do primeiro catalisador (A) estando acima da camada do segundo catalisador (B), e referida primeira porção anular (9) e referida segunda porção anular (10) sendo dispostas coaxialmente uma em torno da outra.
  2. 2. Um reator de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro catalisador (A) é
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    2/6 intencionado para catalisar uma primeira reação química e o segundo catalisador (B) é intencionado para catalisar uma segunda reação, referida primeira reação e referida segunda reação sendo diferentes.
  3. 3. Um reator de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que uma fronteira entre referida primeira porção anular e referida segunda porção anular é uma superfície cilíndrica vertical.
  4. 4. Um reator de acordo com quaisquer das reivindicações 1 até 3, caracterizado pelo fato de que:
    na segunda porção anular (10), a camada do segundo catalisador (B) se estende a partir da base (5) do leito catalítico para um pré-determinado nível de fronteira (11), e a camada do primeiro catalisador (A) se estende acima da camada do segundo catalisador (B) a partir de referido nível de fronteira (11) para a seção de entrada axial (6).
  5. 5. Um reator de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que referida seção de saída de gás (4b) é uma superfície cilíndrica localizada inteiramente abaixo de referido nível de fronteira (11).
  6. 6. Um reator de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que:
    o reator compreende uma parede cilíndrica (4) possuindo uma porção superior (4a) que é não permeável a gás e se estende pelo menos a partir da seção de entrada axial (6) para referido nível de fronteira (11), uma porção inferior permeável a gás (4b) que está abaixo de referido nível de fronteira (11) e proporciona referida seção de saída de gás radial (6).
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    3/6
  7. 7. Um reator de acordo com quaisquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que:
    o reator compreende um defletor flutuante (11) que separa a camada do primeiro catalisador (A) a partir da camada do segundo catalisador (B) na segunda porção anular (10) .
  8. 8. Um reator de acordo com quaisquer das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que:
    a primeira porção anular (9) e a segunda porção anular (10) são separadas por um defletor de separação permeável a gás (8).
  9. 9. Um reator de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que referido defletor de separação (8) se estende a partir da base (5) do leito catalítico (1) até a seção de entrada axial (6).
  10. 10. Um reator de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que referido leito catalítico (1) é do tipo de fluxo axialradial para dentro, referida primeira porção anular (9) é uma região externa do leito catalítico (1), referida segunda porção anular (10) é uma região interna do leito catalítico (1).
  11. 11. Um reator de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que referida seção de entrada de gás axial (6) do leito catalítico (1) é uma seção de topo aberta do leito catalítico (1) ou inclui uma cobertura permeável a gás.
  12. 12. Um reator de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o primeiro catalisador (A) é adequado para decompor N2O
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    4/6 para nitrogênio e oxigênio e o segundo catalisador (B) é adequado para reagir N0x e N20 com um agente de redução.
  13. 13. Um reator catalítico adaptado para processar um fluxo de gás por passagem seqüencial através de um primeiro catalisador e de um segundo catalisador;
    referido reator compreendendo um leito catalítico (1) de uma configuração cilíndrica oca, possuindo um eixo geométrico vertical e possuindo pelo menos uma seção de entrada radial lateral e em uma seção de entrada axial de topo (6) de maneira tal a determinar um fluxo axial-radial através do leito catalítico (1), e possuindo uma seção de saída, caracterizado pelo fato de que:
    referido leito catalítico compreende uma primeira zona de cabeça (13) que é adjacente para referida seção de entrada axial de topo (6), e uma segunda zona (14) abaixo de referida zona de cabeça (13);
    referida zona de cabeça do leito catalítico contém unicamente o primeiro catalisador e não se volta para referida seção de saída do leito catalítico, de maneira tal que o gás efluente de referida zona de cabeça passa para a segunda zona subjacente do leito catalítico;
    referida segunda zona do leito catalítico contém uma camada do primeiro catalisador e uma camada do segundo catalisador, referidas camadas sendo dispostas coaxialmente uma em torno da outra;
    o reator adicionalmente compreende um defletor de separação permeável a gás (8) entre referidas duas camadas coaxiais da segunda zona do leito catalítico;
    em que referido defletor de separação se estende também para a zona de cabeça do leito catalítico, o leito
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    5/6 catalítico, por conseqüência, sendo dividido em duas porções coaxiais, a primeira de referidas porções coaxiais (9) contendo somente o primeiro catalisador, a segunda de referidas porções coaxiais (10) contendo uma camada de segundo catalisador até um nível pré-definido e contendo uma camada de primeiro catalisador acima de referido nível;
    em que a segunda porção coaxial opcionalmente
    compreende um defletor flutuante que separa a camada de primeiro catalisador a partir da camada de segundo catalisador; em que referido leito catalítico é do tipo de fluxo axial-radial para dentro e em que, na segunda zona do
    leito catalítico contendo duas camadas coaxiais do primeiro catalisador e do segundo catalisador, o primeiro catalisador sendo situado externamente do segundo catalisador;
    em que o primeiro catalisador é adequado para decompor N2O para nitrogênio e oxigênio e o segundo catalisador é adequado para reagir NOX e N2O com um agente de redução.
  14. 14. Processo para a remoção de óxidos de nitrogênio NOX e óxido nitroso N2O a partir de uma corrente de gás, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: introdução da corrente de gás em um reator conforme definido na reivindicação 12 ou na reivindicação 13 e contendo um leito catalítico com duas porções anulares coaxiais; passagem da corrente de gás de entrada através de um primeiro catalisador contido na primeira porção anular do leito catalítico, e/ou contido na camada superior da segunda porção anular do leito catalítico; passagem do
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    6/6 efluente gasoso parcialmente condicionado assim obtido através de um segundo catalisador contido na camada de fundo de referida segunda porção anular; recuperação de um gás condicionado a partir de referida camada de fundo de catalisador.
  15. 15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que referida corrente de gás contendo N0x e N20 é uma corrente de gás residual (offgas) produzida em um processo de síntese de ácido nítrico.
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