BR112020011805A2 - conversor catalítico de múltiplos leitos - Google Patents

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Pierdomenico BIASI
Davide Carrara
Sergio Panza
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Casale Sa
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Abstract

Um conversor catalítico de múltiplos leitos compreendendo: uma pluralidade de leitos catalíticos (4, 5, 6) que são atravessados em série por um gás de processo, sequencialmente a partir de um primeiro leito catalítico (4) até um último leito catalítico (6) da dita pluralidade, e pelo menos um trocador de calor entre leitos (7) posicionado entre um primeiro leito catalítico (4) e um segundo leito catalítico (5) da dita pluralidade, em que pelo menos o último leito catalítico (6) da dita pluralidade é adiabático e é feito de catalisador fino com um tamanho de partícula não maior que 2 mm.

Description

"CONVERSOR CATALÍTICO DE MÚLTIPLOS LEITOS"
DESCRIÇÃO Campo de aplicação
[0001] A invenção refere-se ao campo técnico de conversores catalíticos de múltiplos leitos. Em particular, a invenção refere-se a conversores de múltiplos leitos com resfriador no meio e a um método de reformação deles. Técnica anterior
[0002] Um conversor catalítico de múltiplos leitos do tipo considerado neste documento compreende: uma pluralidade de leitos catalíticos adiabáticos com fluxo radial ou axial-radial dispostos em série para que o efluente de um leito seja reagido ainda mais no leito subsequente, trocadores de calor entre leitos dispostos entre leitos consecutivos para resfriar o efluente de um leito antes da admissão no leito subsequente e, opcionalmente, um trocador de calor de fundo após o último leito da dita pluralidade.
[0003] Os conversores deste tipo são amplamente utilizados, por exemplo, para a síntese de amônia a partir de um gás de síntese de reposição contendo hidrogênio e nitrogênio. A conversão do dito gás de reposição em amônia exibe os melhores desempenhos em relação aos catalisadores à base de ferro. Catalisadores alternativos podem ser selecionados entre modificados à base de ferro, promovidos à base de ferro, promovidos à base de ferro com nanopartículas, ferro-cobalto, suportados em cobalto, promovidos por rutênio e suportados em rutênio.
[0004] A composição do catalisador não é o único fator que influencia os desempenhos de um processo; o tamanho e a forma das partículas de catalisador também desempenham um papel significativo.
[0005] Os catalisadores com partículas finas são vantajosos para os propósitos do processo pois, para o mesmo volume disponível para o leito catalítico, diminuem o problema relacionado às limitações de difusão, asseguram um contato mais próximo e mais uniforme com os reagentes e melhoram a eficiência de desempenho e o rendimento de conversão do processo. No entanto, o tamanho menor das partículas de catalisador tende a aumentar as quedas de pressão do conversor. Além disso, as pequenas partículas de catalisador são problemáticas de reter. Um catalisador é normalmente retido por um coletor permeável a gases tendo aberturas adequadas. Um catalisador fino requer pequenas aberturas que estão mais sujeitas ao risco de obstrução, o que aumentaria ainda mais a queda de pressão e reduziria o desempenho. Além disso, para uma dada seção transversal de fluxo passante de gás, seria necessário que aberturas menores estivessem em maior número e mais próximas uma da outra, enfraquecendo estruturalmente o próprio coletor.
[0006] A técnica anterior atual utiliza catalisadores com partículas que variam de 1,5 a 3 mm, que são consideradas a melhor solução em termos de atividade do catalisador e quedas de pressão do conversor. As ditas dimensões são atualmente preferidas, em particular para um catalisador para a síntese de amônia.
[0007] O WO 2005/047216 divulga um reator de fluxo axial para a hidrogenação de olefinas compreendendo vários estágios onde o catalisador empregado possui tamanho de partícula diferente e/ou forma diferente em pelo menos dois estágios.
[0008] A EP 1 661 860 divulga um conversor tubular de fluxo axial para a síntese de amônia e divulga ainda que o dito conversor pode ser instalado como um recurso complementar a uma planta existente. No entanto, uma reformação com base no complemento (isto é, instalação de um novo aparelho), em geral, é cara.
[0009] A JP 2007 277160 também divulga um reator catalítico. Sumário da invenção
[0010] O objetivo da presente invenção é proporcionar um conversor catalítico de múltiplos leitos, que seja capaz de melhorar a eficiência de desempenho e o rendimento de conversão do processo, ao mesmo tempo minimizando as quedas de pressão do conversor. Um outro objetivo da presente invenção é proporcionar um conversor catalítico de múltiplos leitos, em que a retenção mecânica e estrutural das partículas de catalisador seja fácil de realizar e não afete adversamente a função e a confiabilidade dos coletores de leitos catalíticos.
[0011] Estes objetivos são atingidos com um conversor catalítico de múltiplos leitos de acordo com a reivindicação 1. As características preferidas do dito conversor são indicadas nas reivindicações dependentes.
[0012] O dito conversor catalítico de múltiplos leitos compreende: uma pluralidade de leitos catalíticos que são atravessados em série por um gás de processo, sequencialmente a partir de um primeiro leito catalítico até um último leito catalítico da dita pluralidade,
pelo menos um trocador de calor entre leitos posicionado entre um primeiro leito catalítico e um segundo leito catalítico da dita pluralidade e disposto para remover o calor do gás de processo que sai do primeiro leito antes de entrar no segundo leito, o conversor sendo caracterizado por pelo menos o último leito catalítico da dita pluralidade ser adiabático e ser feito de catalisador fino com um tamanho de partícula não maior que 2 mm.
[0013] O termo "adiabático" significa que os ditos leitos catalíticos não compreendem meios para resfriar diretamente o catalisador (por exemplo, um trocador de calor imerso no catalisador), o que significa que o calor produzido pela reação é totalmente transferido para o efluente.
[0014] Todos os ditos leitos catalíticos são atravessados pelo gás de processo com fluxo radial ou fluxo axial-radial. Cada um dos leitos catalíticos do conversor compreende pelo menos um distribuidor de gás e pelo menos um coletor de gás dispostos para proporcionar que o leito catalítico seja atravessado pelo gás de processo com fluxo radial ou fluxo axial-radial. O distribuidor de gás e o coletor de gás podem estar na forma de paredes permeáveis a gás cilíndricas.
[0015] De acordo com várias modalidades, o dito catalisador fino tem um tamanho de partícula de 0,5 mm a 2 mm, 1 mm a 2 mm, 0,5 mm a 1,5 mm, 0,5 mm a 1,3 mm. Em uma modalidade preferida, o tamanho de partícula é 1,0 mm a 1,4 mm, particular e preferivelmente 1,3 mm ou cerca de 1,3 mm. As faixas acima mencionadas para o tamanho do catalisador são particularmente, mas não exclusivamente, preferidas para um catalisador para a síntese de amônia.
[0016] O termo "tamanho de partícula" significa uma dimensão característica das partículas de catalisador. Para partículas esféricas ou substancialmente esféricas, o dito tamanho é o diâmetro. Para partículas de uma forma não esférica ou irregular, o tamanho das partículas pode ser representado por um diâmetro médio. De preferência, o dito diâmetro médio é o diâmetro médio de Sauter (SMD), que é definido na literatura como o diâmetro de uma esfera que tem a mesma razão de volume/superfície que uma partícula de interesse. Por conseguinte, o diâmetro médio de Sauter pode ser calculado como uma função da área da superfície e do volume das partículas. O valor médio de interesse pode ser determinado mediante a medição de várias partículas.
[0017] Um catalisador tendo um tamanho de partícula não maior que 2 mm significa neste relatório descritivo um catalisador em que o tamanho de partícula de pelo menos 90%, preferivelmente pelo menos 95% e mais preferivelmente pelo menos 99% das partículas de catalisador não é maior que 2 mm. Um catalisador que satisfaz a condição acima mencionada é denominado catalisador fino. Um catalisador de acordo com esta definição é obtenível através da passagem das partículas de catalisador através de uma ou mais peneiras adequadas. Por exemplo, uma peneira pode ser ajustada para permitir a passagem apenas de partículas de catalisador menores que um tamanho necessário. Em algumas modalidades, o tamanho das partículas de catalisador pode ter uma distribuição estatística, por exemplo, uma distribuição normal (curva
Gaussiana) em torno de um tamanho nominal.
[0018] De acordo com algumas modalidades da invenção, apenas o último leito catalítico da dita pluralidade é feito de catalisador fino, sendo o(s) outro(s) leito(s) catalítico(s) feito(s) de um catalisador mais grosseiro com um tamanho de partícula maior. Em algumas modalidades, este catalisador tem um tamanho de partícula maior que 2 mm e preferivelmente não maior que 3 mm.
[0019] De acordo com uma primeira modalidade da invenção, a dita pluralidade de leitos catalíticos compreende, ou consiste em, um primeiro leito catalítico e um segundo leito catalítico, que são atravessados sequencialmente, sendo o primeiro leito catalítico isotérmico ou pseudoisotérmico e sendo o segundo leito catalítico adiabático e feito de catalisador fino. Em uma modalidade particular, o dito primeiro leito catalítico também é feito de catalisador fino.
[0020] O termo "isotérmico ou pseudoisotérmico" significa um leito catalítico incluindo um trocador de calor imerso no catalisador, para remover o calor e controlar a temperatura do leito sob operação, sendo a dita temperatura mantida substancialmente constante ou dentro de uma faixa-alvo. O dito trocador de calor inclui corpos de troca de calor que podem ser tubos ou preferivelmente placas atravessadas por um meio de resfriamento. Um leito catalítico adiabático, em contraste, não possui trocador de calor imerso no catalisador.
[0021] De acordo com uma segunda modalidade da invenção, a dita pluralidade de leitos catalíticos contém apenas leitos catalíticos adiabáticos. De preferência, a dita pluralidade compreende três leitos catalíticos adiabáticos, que são atravessados sequencialmente a partir do primeiro até o terceiro leito catalítico.
[0022] De acordo com a invenção, o terceiro leito catalítico da sequência acima mencionada de três leitos adiabáticos é feito de um catalisador fino. O segundo leito catalítico pode ser feito de catalisador fino ou um catalisador grosseiro, isto é, incluindo partículas maiores que 2 mm, por exemplo, até 3 mm. O primeiro leito catalítico da dita sequência é feito preferivelmente de um catalisador grosseiro para limitar a queda de pressão.
[0023] A requerente constatou que o uso do catalisador fino no terceiro leito e, possivelmente, no segundo leito proporciona um rendimento de conversão global significativamente maior às custas de uma queda de pressão aceitável. Em comparação com este esquema, verificou-se que o uso do catalisador fino também no primeiro leito resultaria em um aumento significativo da queda de pressão, por um lado, e em uma vantagem insignificante de rendimento de conversão, por outro lado, como será mais evidente a partir do exemplo 1 abaixo.
[0024] Em algumas modalidades, o dito pelo menos um trocador de calor entre leitos é do tipo casco e tubo. Em outras modalidades preferidas, o dito pelo menos um trocador de calor entre leitos compreende uma pluralidade de placas empilhadas, em que as placas adjacentes definem lacunas que são atravessadas alternadamente pelo efluente de um leito e um meio de resfriamento.
[0025] Os leitos catalíticos da dita pluralidade têm uma geometria circular-cilíndrica e, mais preferivelmente, uma anular-cilíndrica com uma cavidade axial central onde o dito pelo menos um trocador de calor entre leitos é acomodado. Por conseguinte, os ditos leitos catalíticos compreendem um coletor externo e um coletor interno, sendo os ditos coletores cilíndricos, coaxiais e permeáveis a gases. Os ditos coletores são feitos vantajosamente com paredes perfuradas.
[0026] Um aspecto da invenção refere-se à retenção do catalisador fino.
[0027] De preferência, cada um dos leitos catalíticos do conversor da invenção possui uma geometria anular-cilíndrica e compreende um coletor externo permeável a gases e um coletor interno permeável a gases, sendo os ditos coletores cilíndricos e coaxialmente dispostos um ao redor do outro para definir a forma anular-cilíndrica de um leito catalítico. O coletor externo e o coletor interno de cada leito catalítico contendo catalisador fino incluem, de preferência, quaisquer de: uma parede sólida perfurada; uma parede com fendas; um filtro de fibra de metal sinterizado; uma parede feita com uma malha estreitamente ligada, combinada com pelo menos uma parede feita com malhas mais abertas e/ou uma placa com fenda.
[0028] Em uma modalidade preferida, os coletores que limitam o(s) leito(s) catalítico(s) feito(s) de catalisador fino compreendem uma parede feita com uma malha estreitamente ligada, combinada com pelo menos uma parede feita com malhas mais abertas ou com uma placa com fenda. De preferência, os ditos coletores compreendem três paredes feitas com malha, em particular uma parede interna e uma parede externa feitas com malhas mais abertas e uma parede central feita com uma malha estreitamente ligada.
[0029] As malhas da malha estreitamente ligada são significativamente menores que as partículas de catalisador, de modo a serem impermeáveis ao catalisador. Com um catalisador tendo um tamanho de partícula de 1-2 mm, as ditas malhas são vantajosamente menores que 1 mm; com um catalisador tendo um tamanho de partícula de 0,5-1 mm, as ditas malhas são vantajosamente menores que 0,5 mm.
[0030] Essa combinação de paredes permite reter os leitos catalíticos e, ao mesmo tempo, proporciona resistência mecânica aos coletores.
[0031] Em uma modalidade adicional, os coletores que limitam o(s) leito(s) catalítico(s) feito(s) de catalisador fino compreendem apenas placas com fendas, ou seja, chapas metálicas perfuradas com um tamanho de fenda menor que o tamanho das partículas de catalisador. Com um catalisador tendo um tamanho de partícula de 1,5-2 mm, as ditas fendas são preferivelmente não maiores que 1,4 mm, mais preferivelmente de 0,55 a 0,7 mm; com um catalisador tendo um tamanho de partícula de 0,5-1 mm, as ditas fendas são de preferência de 0,25 a 0,4 mm.
[0032] Nas modalidades preferidas, o conversor de múltiplos leitos da invenção é um conversor para a síntese de amônia ou a síntese de metanol ou para uma reação de deslocamento de água-gás ou um reator para a remoção de óxidos de nitrogênio.
[0033] Outro objetivo da presente invenção é um método de reformação de acordo com as reivindicações. Em um conversor compreendendo pelo menos três leitos catalíticos adiabáticos, o dito método inclui a substituição do catalisador do último leito catalítico, tendo um tamanho de partícula maior que 2 mm, por um novo catalisador tendo um tamanho de partícula menor que não seja maior que 2 mm.
[0034] O método é vantajosamente realizado em um conversor incluindo pelo menos três leitos catalíticos. Um formato de três leitos é um arranjo comum dos conversores antigos existentes e, portanto, é necessário um método de reformação adaptado para atualizar esse tipo de conversor. De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, o dito método de reformação também compreende a etapa de substituição do primeiro e do segundo leitos adiabáticos por um único leito isotérmico, incluindo um trocador de calor imerso no catalisador. De preferência, o dito método de reformação compreende a etapa de carregar o catalisador tendo um tamanho de partícula não maior que 2 mm também dentro do dito leito catalítico isotérmico.
[0035] Outras características preferidas do método de reformação estão especificadas nas reivindicações dependentes.
[0036] Nas modalidades que incluem a substituição dos leitos adiabáticos por um único leito catalítico isotérmico, o dito leito isotérmico recém- instalado é maior que o primeiro e o segundo leitos adiabáticos anteriores. Este método tem a vantagem que o volume usado anteriormente para a passagem do gás de processo do primeiro leito para o segundo leito é tornado disponível para o catalisador. Esse volume adicional compensa o volume ocupado pelo trocador de calor imerso no catalisador. Como resultado, o volume disponível para acomodar o catalisador no novo leito isotérmico permanece substancialmente inalterado em relação ao volume de catalisador dos dois leitos adiabáticos anteriores.
[0037] Deve-se notar que a invenção proporciona um método para reformar um conversor existente e aumentar o seu desempenho, sem a necessidade de um complemento caro.
[0038] O uso de um leito catalítico isotérmico, para substituir os leitos adiabáticos, permite controlar a temperatura dentro de um pequeno intervalo, idealmente próximo da temperatura da taxa máxima de reação, que corresponde à maior conversão possível para um dado volume de catalisador. Portanto, para um dado volume de catalisador, os desempenhos do processo em um leito isotérmico são muito melhores do que em um leito adiabático, e a substituição do primeiro e do segundo leitos adiabáticos por um único leito isotérmico proporciona uma exploração ideal do primeiro leito, que é o mais crítico, sendo alimentado com a carga nova e mais reativa.
[0039] As vantagens da invenção surgirão mais claramente a partir da descrição detalhada que se segue. Breve descrição dos desenhos
[0040] A Fig. 1 é um esquema simplificado de um conversor de amônia de múltiplos leitos, de acordo com a técnica anterior.
[0041] A Fig. 2 é um esquema do conversor da Fig. 1 após uma reformação de acordo com uma modalidade da invenção.
[0042] A Fig. 3 mostra uma vista esquemática em corte transversal de um leito catalítico do conversor da
Fig. 2, de acordo com uma modalidade da invenção. Descrição detalhada da invenção
[0043] A Fig. 1 ilustra um conversor de múltiplos leitos 1, por exemplo, um conversor de amônia, incluindo um vaso 2 e um cartucho catalítico 3 compreendendo três leitos catalíticos adiabáticos 4, 5, 6 dispostos em série, dois trocadores de calor entre leitos 7, 8 e, opcionalmente, um trocador de calor de fundo 9. De acordo com o exemplo da figura, os ditos trocadores de calor 7, 8, 9 são trocadores de calor de placas; alternativamente, eles podem ser trocadores de calor de casco e tubo.
[0044] Cada leito 4, 5, 6 é atravessado por um fluxo radial para dentro ou axial-radial misto e tem uma forma cilíndrica anular com uma cavidade axial central 10. Os trocadores de calor de placas 7, 8, 9 estão dispostos nas ditas cavidades centrais 10 para proporcionar resfriamento entre leitos dos produtos gasosos que se expandem de um leito catalítico para outro.
[0045] Os ditos leitos catalíticos 4, 5, 6 são adiabáticos, uma vez que não contêm meios de resfriamento e o calor da reação é totalmente transferido para a corrente gasosa de reagentes e produtos.
[0046] Os ditos leitos catalíticos 4, 5, 6 contêm partículas de catalisador com uma forma irregular e um tamanho maior que 2 mm. As ditas partículas de catalisador são, por exemplo, à base de ferro.
[0047] Cada leito catalítico 4, 5, 6 compreende duas paredes coaxiais permeáveis ao gás que definem, respectivamente, uma parede interna de retenção 11 e uma parede externa de retenção 12. A parede externa 12 atua como um distribuidor do gás que entra no leito catalítico. A parede interna 11 atua como um coletor dos produtos gasosos que saem do leito catalítico. As ditas paredes 11, 12 são providas de orifícios ou aberturas de um tamanho adequado, para que sejam permeáveis ao gás e, ao mesmo tempo, sejam capazes de reter mecânica e estruturalmente o catalisador. As ditas duas paredes de retenção coaxiais também são referidas como coletor externo e coletor interno.
[0048] Um gás de reposição novo (MUG) é alimentado ao conversor 1 através da entrada de gás 13 e entra no primeiro leito 4 passando pelo coletor externo 12; o efluente do primeiro leito 4 entra no primeiro trocador entre leitos 7 passando pelo coletor interno 11 e é resfriado enquanto flui através das placas do dito trocador 7; o efluente resfriado entra no segundo leito 5 através do respectivo coletor externo 12. Da mesma forma, o efluente do segundo leito 5 é resfriado no segundo trocador de calor entre leitos 8 antes de entrar no terceiro leito 6 e o efluente do terceiro leito 6 é resfriado no trocador de calor de fundo 9 antes de sair do conversor 1 pela saída
14.
[0049] O reator da Fig. 1 é conhecido na técnica e não precisa ser descrito em mais detalhes.
[0050] A Fig. 2 mostra o reator 100 conforme reformado de acordo com uma modalidade da invenção. Em particular, o reator 100 resulta da reformação do reator 1 por meio das seguintes etapas: substituir o primeiro e o segundo leitos adiabáticos por um leito individual 15 e instalar um trocador de calor de placas 16 que inclui uma pluralidade de placas de troca de calor 17 dentro do novo leito individual 15, para que ele opere isotermicamente; substituir os dois trocadores de calor entre leitos por um único trocador de calor 18; carregar o novo leito catalítico 15 com um catalisador fino tendo um tamanho de partícula não maior que 2 mm e uma distribuição de tamanho gaussiana, por exemplo, entre 1 e 2 mm; substituir o catalisador contido no terceiro leito adiabático por um catalisador do mesmo tipo, mas tendo um tamanho de partícula mais fino, em que as partículas não são maiores que 2 mm.
[0051] Apesar da instalação das placas de troca de calor 17 subtrair o volume disponível para o catalisador, o volume de catalisador do novo leito isotérmico 16 permanece inalterado em relação ao volume de catalisador dos leitos adiabáticos 4, 5, porque o volume do reator usado anteriormente para a passagem do efluente do primeiro leito 4 para o segundo leito 5 está agora carregado com catalisador.
[0052] O reator 1 também foi reformado pela instalação de novos coletores internos 20 e coletores externos 21 capazes de reter as partículas de catalisador mais finas recém-carregadas. Os ditos novos coletores internos e externos 20, 21 são ilustrados na Fig. 3 com referência ao leito catalítico adiabático 6. Os novos coletores 20, 21 também são instalados para limitar o catalisador contido no leito isotérmico 15.
[0053] As placas de troca de calor 17 são dispostas radialmente no leito isotérmico 15. Cada uma das ditas placas 17 é atravessada internamente por um meio de resfriamento, como a água. Como resultado, o primeiro leito catalítico 15 do conversor reformado 100 opera de maneira isotérmica e a temperatura do primeiro leito 15 pode ser controlada com um grau adicional de liberdade regulando o fluxo do meio de resfriamento e/ou a temperatura através das placas 17.
[0054] A Fig. 3 mostra de forma esquemática uma vista em seção transversal do leito catalítico adiabático 6 do reator reformado 100 de acordo com a Fig. 2, em que o coletor externo 21 (distribuidor) e o coletor interno 20 estão visíveis. O distribuidor 21 e o coletor 20 compreendem paredes cilíndricas coaxiais que são permeáveis ao gás como resultado de orifícios ou aberturas. De acordo com o exemplo da figura, os ditos distribuidor 21 e coletor 20 compreendem três paredes feitas com malha, em particular uma parede interna 22 e uma parede externa 23 feitas com malhas mais abertas e uma parede central 24 feita com uma malha estreitamente ligada; uma parede sólida perfurada ou com fendas ou ambas está proporcionando a resistência estrutural ao leito catalítico. Exemplos Exemplo 1
[0055] A Tabela 1 a seguir refere-se a um conversor catalítico de múltiplos leitos de uma planta de amônia com uma capacidade de 1850 toneladas métricas por dia (MTD) de amônia produzida e com um teor inerte de 11% na entrada do conversor. O dito conversor contém três leitos adiabáticos em série contendo catalisador à base de ferro. O primeiro leito tem um volume de 5 m3, o segundo leito, um volume de 8 m3 e o terceiro leito, um volume de 31 m3.
[0056] A Tabela 1 compara os valores de quedas de pressão e rendimentos de conversão para as seguintes configurações do conversor e considerando o seu efeito no ciclo de síntese:
1.1 Conversor da técnica anterior, em que todos os leitos contêm um catalisador relativamente grosso. Cada leito compreende partículas de catalisador que variam de 1,5 mm a 3 mm de tamanho.
1.2 Conversor de acordo com a invenção, em que o primeiro e o segundo leitos contêm catalisador com partículas de 1,5 mm a 3 mm e o terceiro leito contém um catalisador fino com partículas de 1 mm a 2 mm, ou seja, o terceiro leito não contém partículas com mais de 2 mm .
1.3 Conversor de acordo com a invenção, em que o primeiro leito contém o catalisador grosso de 1,5 mm a 3 mm e o segundo leito e o terceiro leito contêm um catalisador fino com partículas de 1 mm a 2 mm.
1.4 Conversor em que todos os leitos contêm um catalisador fino com partículas de 1 mm a 2 mm.
1.1 1.2 1.3 1.4 Catalisador Catalisador Catalisador Catalisador grosso em fino no 3o fino no 2o e fino em todos os leito no 3o leitos todos os leitos leitos (técnica anterior) Queda de (5) (4,9) (5,1– 5,2) (5,5– 5,6) pressão [kPa
(bar)] Conversão 17,4 18,5 18,9 19,1 [%mol] Tabela 1
[0057] A tabela mostra que a configuração 1.2 do conversor, em que o catalisador fino é usado apenas no terceiro leito, permite obter um rendimento de conversão geral maior e quedas de pressão menores que a configuração
1.1, em que todos os leitos contêm o catalisador grosso. A queda de pressão menor é devida à circulação diminuída, consequentemente à maior conversão de amônia.
[0058] A configuração 1.3 do conversor, em que o catalisador fino é usado tanto no segundo leito quanto no terceiro leito, permite obter uma conversão global maior que a configuração 1.1 e a configuração 1.2. Nesse caso, as quedas de pressão são apenas ligeiramente aumentadas e esse aumento é considerado aceitável, tendo em vista o aumento significativo do rendimento de conversão.
[0059] A configuração 1.4 mostra que o uso do catalisador fino em todos os leitos resulta em um maior rendimento de conversão, mas também acarreta um aumento significativo das quedas de pressão, que não é compensado pela maior conversão. Exemplo 2
[0060] A Tabela 2 a seguir refere-se a um conversor catalítico de múltiplos leitos de uma planta de amônia com uma capacidade de 1935 toneladas métricas por dia (MTD) de amônia produzida, com um teor inerte de 15,5% na entrada do conversor e uma pressão de entrada de 24.353 kPa (248,5 bar).
[0061] A Tabela 2 compara os valores de quedas de pressão e rendimentos de conversão para as seguintes configurações do conversor:
2.1 Conversor da técnica anterior compreendendo três leitos adiabáticos, em que todos os leitos contêm um catalisador relativamente grosso e cada leito contém partículas que variam de 1,5 mm a 3 mm.
2.2 Conversor de acordo com a invenção compreendendo três leitos adiabáticos, em que o primeiro e o segundo leitos contêm o catalisador grosso e o terceiro leito contém um catalisador fino com partículas de 1 mm a 2 mm.
2.3 Conversor de acordo com a invenção compreendendo um primeiro leito isotérmico e um segundo leito adiabático, em que o primeiro isotérmico contém substancialmente o mesmo volume de catalisador que os primeiros dois reatores adiabáticos conforme a configuração
2.2, o primeiro leito isotérmico contém um catalisador grosso de 1,5 a 3 mm e o segundo leito adiabático contém um catalisador fino com partículas de 1 mm a 2 mm.
2.4 Conversor de acordo com a invenção compreendendo um primeiro leito isotérmico e um segundo leito adiabático, ambos contendo um catalisador fino com partículas de 1 mm a 2 mm, em que o primeiro leito isotérmico contém substancialmente o mesmo volume de catalisador que os primeiros dois leitos adiabáticos da configuração 2.2.
2.1 2.2 2.3 2.4 3 leitos 3 leitos 1o leito 1o leito adiabáticos adiabáticos isot. + 2o isot. + 2o leito leito adiab. adiab.
Catalisador Catalisador Catalisador Catalisador grosso em fino no 3o fino no 2o fino em todos os leito leito todos os leitos leitos (técnica anterior) Queda de 4,2 4,0 3,8 3,7 pressão [kPa (bar)] Conversão 18,6 19,5 20 20,5 [%mol] Tabela 2
[0062] Para a configuração 2.2 do conversor, em que o catalisador fino é usado apenas no terceiro leito de uma série de três leitos adiabáticos, aplicam-se as mesmas considerações da configuração 1.2 do Exemplo 1.
[0063] Na configuração 2.3, o uso de catalisador grosso no primeiro leito isotérmico e catalisador fino no segundo leito adiabático permite um aumento significativo no rendimento de conversão e uma diminuição nas quedas de pressão.
[0064] Na configuração 2.4, o uso de catalisador fino no primeiro leito isotérmico e no segundo leito adiabático permite um aumento adicional no rendimento de conversão e uma diminuição nas quedas de pressão. Exemplo 3
[0065] A Tabela 3 a seguir refere-se a um conversor catalítico de múltiplos leitos de uma planta de amônia com capacidade de 1935 toneladas métricas por dia (MTD) de amônia produzida, com um teor inerte de 15,5% na entrada do conversor e uma pressão de entrada de 24.353 kPa (248,5 bar).
[0066] O dito conversor contém três leitos adiabáticos em série e a Tabela 3 compara os valores de quedas de pressão e rendimentos de conversão para as seguintes configurações:
3.1 Conversor com trocadores de calor entre leitos de casco e tubo.
3.2 Conversor com trocadores de calor entre leitos de placas.
3.1 3.2 3 leitos 3 leitos adiabáticos adiabáticos (trocadores de calor de placas) Catalisador grosso Catalisador fino (1– (1,5 a 3 mm) em 2 mm) no 3o leito todos os leitos Queda de 4,2 2,5 pressão [kPa (bar)] Conversão 18,6 19,5 [%mol] Tabela 3
[0067] A tabela mostra que, para a configuração
3.2 com trocadores de calor entre leitos de placas, as quedas de pressão são muito menores e o rendimento de conversão é significativamente maior que a configuração 3.1 com trocadores de calor entre leitos de casco e tubo.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES
1. Um conversor catalítico de múltiplos leitos compreendendo: uma pluralidade de leitos catalíticos (4, 5, 6) que são atravessados em série por um gás de processo, sequencialmente a partir de um primeiro leito catalítico (4) até um último leito catalítico (6) da dita pluralidade, pelo menos um trocador de calor entre leitos (7) posicionado entre um primeiro leito catalítico (4) e um segundo leito catalítico (5) da dita pluralidade e disposto para remover o calor do gás de processo que sai do primeiro leito antes de entrar no segundo leito , o conversor sendo caracterizado por pelo menos o último leito catalítico (6) da dita pluralidade ser adiabático e ser feito de um catalisador fino com um tamanho de partícula não maior que 2 mm, e cada um dos leitos catalíticos (4, 5, 6) compreender pelo menos um distribuidor de gás e pelo menos um coletor de gás dispostos para proporcionar que o leito catalítico seja atravessado pelo gás de processo com um fluxo radial ou fluxo axial-radial.
2. Conversor de acordo com a reivindicação 1, em que o dito catalisador fino tem um tamanho de partícula de 0,8 mm a 1,4 mm, preferivelmente de 1,0 mm a 1,4 mm.
3. Conversor de acordo com a reivindicação 1, em que o dito catalisador fino tem um tamanho de partícula de 1,3 mm ou cerca de 1,3 mm.
4. Conversor de acordo com quaisquer das reivindicações anteriores, em que apenas o último leito catalítico (6) da dita pluralidade é feito de catalisador fino, sendo o(s) outro(s) leito(s) catalítico(s) feito(s) de catalisador com maior tamanho de partícula.
5. Conversor de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 3, em que a dita pluralidade de leitos catalíticos é feita de um primeiro, um segundo e um terceiro leitos catalíticos, que são atravessados sequencialmente a partir do primeiro até o terceiro leito, em que todos os ditos leitos catalíticos são adiabáticos, em que o segundo leito catalítico (5) e o terceiro leito catalítico (6) são feitos de catalisador fino e o primeiro leito catalítico (4) é feito de um catalisador com um tamanho de partícula maior.
6. Conversor de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 3, em que a dita pluralidade compreende um primeiro e um segundo leitos catalíticos, que são atravessados sequencialmente, o primeiro leito catalítico (15) compreendendo um trocador de calor (16) imerso no catalisador, o segundo leito catalítico (6) sendo adiabático e feito de catalisador fino.
7. Conversor de acordo com a reivindicação 6, em que também o dito primeiro leito catalítico (15) é feito de catalisador fino.
8. Conversor de acordo com quaisquer das reivindicações anteriores, em que o dito pelo menos um trocador de calor entre leitos (7) inclui uma pluralidade de placas empilhadas, em que as lacunas entre as placas adjacentes são alternadamente atravessadas pelo gás de processo e um meio de resfriamento.
9. Conversor de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que os ditos leitos catalíticos têm uma geometria anular-cilíndrica e compreendem um coletor externo permeável ao gás (12) e um coletor interno permeável ao gás (11), sendo os ditos coletores cilíndricos e coaxiais, em que o coletor interno (20) e o coletor externo (21) de cada leito catalítico contendo catalisador fino incluem quaisquer de: uma parede sólida perfurada; uma parede com fendas; um filtro de fibra de metal sinterizado; uma parede feita com uma malha estreitamente ligada combinada com pelo menos uma parede feita com malhas mais abertas e/ou uma placa com fenda.
10. Método para reformar um conversor catalítico de múltiplos leitos (1), em que o dito conversor compreende: pelo menos três leitos catalíticos (4, 5, 6) que são atravessados em série por um fluxo radial ou um fluxo axial-radial de um gás de processo, sequencialmente a partir de um primeiro leito catalítico (4) até um último leito catalítico (6) da dita pluralidade; pelo menos um primeiro trocador de calor entre leitos (7) ou um primeiro extintor com uma corrente de gás disposta entre um primeiro leito catalítico (4) e um segundo leito catalítico (5) para resfriar o efluente do dito primeiro leito antes da admissão no segundo leito, e um segundo trocador de calor entre leitos (8) ou um segundo extintor com uma corrente de gás disposta entre o segundo leito catalítico (5) e um terceiro leito catalítico (6) para resfriar o efluente do dito segundo leito antes da admissão no terceiro leito em que os ditos leitos catalíticos são feitos de catalisador com um tamanho de partícula maior que 2 mm,
o método sendo caracterizado por: substituir o catalisador de pelo menos o último leito catalítico adiabático (6) por catalisador tendo um tamanho de partícula não maior que 2 mm.
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por substituir o catalisador de pelo menos o último leito catalítico adiabático (6) por catalisador tendo um tamanho de partícula de 0,8 mm a 1,4 mm, preferivelmente de 1,0 mm a 1,4 mm, mais preferivelmente de 1,3 mm ou cerca de 1,3 mm.
12. Método de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado por remover o primeiro e o segundo leitos adiabáticos e o primeiro e o segundo trocadores de calor entre leitos ou extintores e instalar um leito isotérmico individual (15) para substituir os ditos primeiro e segundo leitos adiabáticos, o dito leito isotérmico (15) contendo um trocador de calor (16) e o dito trocador de calor compreendendo preferivelmente uma pluralidade de placas de troca de calor (17) imersas no catalisador do dito leito isotérmico (15).
13. Método de acordo com a reivindicação 10 ou 11, o primeiro leito adiabático e o segundo leito adiabático tendo uma geometria anular-cilíndrica e acomodando um primeiro trocador de calor entre leitos e um segundo trocador de calor entre leitos que são coaxiais, o método sendo caracterizado por substituir o primeiro e o segundo leitos adiabáticos por um leito isotérmico individual (15) contendo um trocador de calor (16) e por substituir o primeiro e o segundo trocadores de calor entre leitos por um novo trocador de calor entre leitos (18)
coaxial e interno ao dito leito isotérmico (15).
14. Método de acordo com a reivindicação 12 ou 13, em que o dito leito catalítico isotérmico individual (15) é maior que o primeiro leito catalítico adiabático e o segundo leito catalítico adiabático antecedentes, de modo que o volume usado para acomodar o catalisador seja substancialmente inalterado.
15. Método de acordo com quaisquer das reivindicações 12 a 14, compreendendo a etapa de carregar o catalisador tendo um tamanho de partícula não maior que 2 mm dentro do dito leito catalítico isotérmico individual (15).
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