BR112021006797B1 - Aparelho e método para realizar reações químicas em um fluido do processo, uso do aparelho e arranjo - Google Patents

Aparelho e método para realizar reações químicas em um fluido do processo, uso do aparelho e arranjo Download PDF

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Abstract

DISPOSITIVO ROTATIVO PARA REALIZAÇÃO DE REAÇÕES QUÍMICAS. A presente invenção refere-se a um aparelho (100) para realizar reações químicas em um fluido do processo, compreendendo um eixo central (1) com uma série de rotores axial-radiais (3) montados no mesmo, uma pluralidade de palhetas estacionárias (2) dispostas a montante do rotor e um espaço de mistura (4) disposto a jusante do rotor, em que o espaço de mistura é configurado para converter a energia mecânica transmitida ao fluido do processo pelo rotor em energia interna do dito fluido do processo e para estabelecer condições para que ocorra pelo menos uma reação química no fluido do processo. Arranjo, método e usos relacionados do aparelho são ainda fornecidos.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se ao campo das turbomáquinas rotativas. Em particular, a invenção refere-se a um aparelho rotativo para a realização de reações químicas, arranjo relacionado, método e usos.
ANTECEDENTES
[002] As reações químicas, em particular, uma variedade de processos térmicos e termoquímicos, como pirólise ou craqueamento, são tradicionalmente utilizadas em refinarias de petróleo e usinas petroquímicas. Com o aumento da demanda por energia em todo o mundo devido a preços instáveis e requisitos de política ambiental restritiva, a indústria de petróleo e gás enfrenta uma série de desafios, como o desenvolvimento de tecnologias de produção com maior eficiência energética e pegada ambiental reduzida. Essas também são questões a serem consideradas para o desenvolvimento de um dos principais processos petroquímicos - produção em grande escala de olefinas inferiores (de baixo peso molecular).
[003] Olefinas de baixo peso molecular, tais como etileno, propileno e butilenos, são componentes primários da indústria petroquímica e servem como blocos de construção básicos na produção comercial de plásticos, polímeros, elastômeros, borrachas, espumas, solventes e produtos químicos intermediários, bem como de fibras, incluindo fibras de carbono e revestimentos. As tecnologias existentes para a produção de olefinas inferiores, que compreendem a pirólise de hidrocarbonetos de peso médio, tais como a nafta ou o gasóleo e hidrocarbonetos leves como pentanos, butanos, propano e etano, até componentes leves polimerizáveis substancialmente insaturados, são comumente implementadas em fornos tubulares. Os últimos impõem severas restrições nos processos de pirólise: devido ao fato de a operação ser baseada na transferência de calor, a manutenção de uma distribuição de temperatura satisfatória no interior dos tubos do reator continua a ser um desafio.
[004] No geral, o craqueamento de hidrocarbonetos é tipicamente otimizado pela regulação de pelo menos uma temperatura de processo, tempo (s) de permanência e pressão parcial de hidrocarbonetos. Em fornos de craqueamento convencionais, a capacidade de controle sobre os parâmetros cinéticos mencionados acima é restrita devido às limitações impostas pelas estruturas das soluções de reatores existentes.
[005] Por exemplo, em reatores tubulares convencionais, a energia térmica é fornecida a um espaço de reação através das paredes do reator, em que o aparelho do reator atua como um trocador de calor. Uma vez que a transferência de calor das paredes do tubo para o fluido do processo tem seus limites físicos, em alguns casos, é impossível aumentar a temperatura de modo a atingir o resultado de reação desejado. Além disso, alterar/controlar a pressão no espaço de reação dos reatores tubulares (axiais) convencionais é um desafio.
[006] Assim, devido à taxa de aquecimento da matéria-prima insuficiente em fornos tubulares, a duração do processo de pirólise aumenta, o que resulta em uma situação, que quando formadas em estágios iniciais, as olefinas permanecem no forno do reator por um tempo suficientemente longo para começar a entrar em reações secundárias, assim reduzindo consideravelmente o resultado de um produto alvo. Um dos produtos secundários é o coque, que causa problemas de transferência de calor em tubos e o entupimento do equipamento a jusante.
[007] Além disso, em soluções de reatores existentes, os gradientes de temperatura são muito altos. Assim, a temperatura ao longo das paredes do reator é tipicamente muito alta em comparação ao seu centro (como visto ao longo de toda a câmara de reação). Como o fluxo de fluido é mais rápido no centro do que nas áreas adjacentes às paredes do reator, um grande gradiente de temperatura causa graves problemas de coqueificação.
[008] Além do mais, em soluções de reator existentes, os tempos de permanência (tempos que o fluido do processo contendo a matéria- prima gasta no espaço de reação) permanecem fora do escopo de otimização.
[009] A tecnologia tradicional não oferece soluções razoáveis para os problemas mencionados acima, devido ao fato que os fornos de pirólise convencionais já atingiram os seus limites técnicos, em termos da modificação das taxas de transferência de calor e/ou ajuste dos parâmetros da temperatura de reação e do resultado da reação, adequadamente.
[0010] O processo tradicional para a produção de hidrocarbonetos de baixo peso molecular por degradação térmica encontra assim um problema principal de falta de capacidade de controle ao longo de todo o processo, daí uma série de problemas secundários surge como segue: 1. fator de desempenho fraco para reatores de forno tubular, 2. perda de matéria-prima valiosa, 3. longos tempos de reação, 4. altas taxas de reações secundárias, 4. alto consumo de energia, 5. rendimento e seletividade do produto não ótimos (menos que o possível).
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0011] Um objetivo da presente invenção é resolver ou pelo menos mitigar cada um dos problemas decorrentes das limitações e desvantagens da técnica relacionada. O objetivo é alcançado por várias modalidades de um aparelho para a realização de reações químicas em um fluido do processo, arranjo relacionado, método e usos. Desse modo, em um aspecto da invenção, um aparelho para realizar reações químicas em um fluido do processo é fornecido, de acordo com o que é definido na reivindicação independente 1.
[0012] Na modalidade, o dito aparelho compreende um eixo central com uma série de rotores radiais-axiais montados no mesmo, cada dito rotor compreende uma pluralidade de lâminas de rotor axial-radial dispostas sobre uma circunferência de um disco montado sobre o eixo central, uma pluralidade de palhetas estacionárias dispostas a montante do rotor e um espaço de mistura fornecido como um espaço de mistura sem palhetas ou com palhetas disposto a jusante do rotor, em que o espaço de mistura é configurado para converter a energia mecânica transmitida para o fluido do processo pelo rotor em energia interna do dito fluido do processo e para estabelecer condições para que ocorra pelo menos uma reação química no fluido do processo.
[0013] Na modalidade, o dito aparelho compreende pelo menos dois rotores montados no eixo central, um após o outro.
[0014] A pluralidade de palhetas estacionárias, a pluralidade de lâminas do rotor axial-radial e o espaço de mistura estabelecem, em algumas modalidades, um estágio de processo configurado para mediar um ciclo de conversão de energia completo.
[0015] Na modalidade, no dito aparelho, as palhetas estacionárias são, de preferência, palhetas de guia de entrada configuradas para direcionar um fluxo do fluido do processo para o rotor em uma direção predeterminada, de modo a controlar a capacidade de entrada de trabalho específica do rotor. As ditas palhetas estacionárias são, de preferência, ainda configuradas para dirigir o fluxo do fluido do processo, com um pré-redemoinho, para o rotor em uma direção essencialmente ao longo de um plano axissimétrico meridional axial X - r.
[0016] Na modalidade, no dito aparelho, as lâminas do rotor são configuradas, após a rotação do rotor, para receber o fluxo do fluido do processo essencialmente axial das palhetas estacionárias e para girar ainda mais o dito fluxo, com um redemoinho, em uma direção essencialmente radial, assim transmitindo energia mecânica ao fluido do processo aumentando a velocidade tangencial do mesmo.
[0017] Na modalidade, no dito aparelho, o rotor é ainda configurado, em termos de perfis e dimensões das lâminas do rotor e sua disposição no disco, para controlar a entrada de energia mecânica para o fluido do processo.
[0018] Na modalidade, o pelo menos um rotor fornecido no aparelho compreende uma proteção configurada para cobrir a pluralidade de lâminas do rotor.
[0019] Na modalidade, no dito aparelho, o espaço de mistura é de preferência configurado para converter a energia cinética ou energia mecânica do fluido do processo em energia interna do dito fluido do processo. O dito espaço de mistura é preferencialmente estabelecido por um conduíte que compreende pelo menos uma seção de curva seguida por uma seção de canal de retorno. Na modalidade, o espaço de mistura dentro de cada estágio é configurado ajustável em termos de sua geometria e/ou parâmetros dimensionais. No dito espaço de mistura, qualquer uma da seção de curva e da seção do canal de retorno é, de preferência, configurada de forma ajustável em termos de pelo menos forma, comprimento, seção transversal e disposição espacial dentro do aparelho.
[0020] Em algumas modalidades, o espaço de mistura compreende ainda pelo menos um componente adicional incluindo, mas não se limitando a uma palheta ou palhetas estacionárias, um dispositivo criador de turbulência, um dispositivo regulador, uma gaze, um guia de fluxo, fendas e componentes inseríveis e/ou removíveis e similares. O espaço de mistura pode compreender ainda um difusor, que pode ser com ou sem palhetas.
[0021] Na modalidade, as palhetas estacionárias e/ou as lâminas do rotor dentro do dito aparelho são preferencialmente configuradas para variar dentro de cada estágio em termos de pelo menos dimensões, alinhamento e disposição espacial das mesmas, conforme predefinido ou conforme fabricado. Na modalidade, as ditas palhetas estacionárias e/ou as lâminas do rotor são configuradas individualmente ajustáveis dentro de cada estágio, em termos de pelo menos dimensões, alinhamento e disposição espacial das mesmas, durante a operação do aparelho.
[0022] Na modalidade, o aparelho ainda compreende um alojamento configurado para encerrar o eixo central e o pelo menos um estágio.
[0023] Na modalidade, o aparelho é configurado como uma estrutura modular, em que o alojamento é estabelecido por um número de módulos dispostos um após o outro. O aparelho é ainda configurado para compreender pelo menos um módulo sem exaustão e um módulo de exaustão.
[0024] Na modalidade, o módulo de exaustão compreende pelo menos uma linha de saída para descarga de fluido do processo disposta na direção circunferencial em relação a um eixo horizontal do aparelho definido pelo eixo central, e em cujo módulo de exaustão o espaço de mistura é um espaço de mistura de exaustão fornecido dentro da linha de saída. O dito módulo de exaustão pode compreender ainda pelo menos um componente adicional incluindo, mas não se limitando a uma porta de injeção, um tubo, um tubo de distribuição e semelhantes.
[0025] Em algumas modalidades, na estrutura modular acima mencionada, o estágio é estabelecido por pelo menos um módulo.
[0026] Na modalidade, o aparelho é ainda configurado para compreender um módulo de entrada disposto mais a montante em uma direção de fluxo de fluido e configurado para receber um fluido do processo contendo matéria-prima através de pelo menos uma linha de entrada disposta em uma direção circunferencial em relação a um eixo horizontal do aparelho definido pelo eixo central.
[0027] Na modalidade, o estágio é estabelecido pelo módulo de entrada e o módulo de exaustão.
[0028] Na modalidade, o número de módulos dentro da estrutura modular é ajustável pela adição, substituição e/ou remoção do pelo menos um módulo sem exaustão fornecido entre o módulo de entrada e o módulo de exaustão.
[0029] Na modalidade, o alojamento do aparelho é configurado para unir estreitamente as palhetas estacionárias, as lâminas do rotor axial- radial e o espaço de mistura.
[0030] Em outra modalidade, o alojamento compreende ainda uma porção superior e uma porção inferior, como visto ao longo de uma seção transversal horizontal do aparelho, e em que a dita porção superior é configurada para abranger pelo menos a seção de curva do canal que forma o espaço de mistura dentro de cada módulo.
[0031] Na modalidade, a dita porção superior é ainda configurada para abranger pelo menos uma parte da seção do canal de retorno.
[0032] Na modalidade, a dita porção superior do alojamento, dentro de cada módulo individual, é configurada destacável e substituível.
[0033] Na modalidade, no dito aparelho, o alojamento pode ser ainda configurado com paredes com espessura de no máximo 30 mm, de preferência, dentro de uma faixa de 5 a 20 mm.
[0034] Na modalidade, o aparelho é configurado com uma série de superfícies catalíticas.
[0035] Na modalidade, no dito aparelho, cada estágio do processo e/ou cada módulo é estabelecido, em termos de sua estrutura e/ou controlabilidade sobre o seu funcionamento, independentemente dos outros estágios e/ou módulos.
[0036] Na modalidade, o aparelho ainda compreende uma instalação adicional, tal como uma instalação de refinaria e/ou de trocador de calor, que pode ser ligada a pelo menos um módulo sem exaustão disposto entre o módulo de entrada e o módulo de exaustão.
[0037] Em outro aspecto, o uso do dito aparelho para craqueamento térmico ou termoquímico de matéria-prima contendo hidrocarbonetos é fornecido, de acordo com o que é definido na reivindicação independente 35.
[0038] Em outro aspecto, um arranjo compreendendo pelo menos dois aparelhos de acordo com algum aspecto anterior é fornecido, de acordo com o que é definido na reivindicação independente 37.
[0039] Em ainda outro aspecto, um método para realizar reações químicas em um fluido do processo é fornecido, de acordo com o que é definido na reivindicação independente 39.
[0040] A utilidade da presente invenção surge de uma variedade de razões, dependendo de cada modalidade particular da mesma. A estrutura modular do reator, de acordo com a presente revelação, permite o fornecimento de soluções adequadas customizadas de forma a atender demandas específicas do cliente. Assim, a solução aqui revelada permite a adição e remoção, opcionalmente acompanhada pela substituição, de módulos separados dentro do reator, permitindo assim a modificação de uma série de estágios do processo dentro do mesmo. Por exemplo, um dispositivo de reator inicialmente de estágio único pode ser facilmente expandido para uma estrutura que compreende dois ou mais estágios, em um evento se a estrutura de estágio único se revelar incapaz de transferir a quantidade necessária de energia em um estágio.
[0041] Além de ser modular, a presente solução também é totalmente escalonável; portanto, o reator revelado neste documento pode ser configurado para instalações de refinamento de essencialmente qualquer tamanho e capacidade. Por escalabilidade nos referimos à modificação do tamanho de um dispositivo de reator individual (e sua capacidade, de acordo). O reator é escalonável em uma escala muito maior em comparação com as máquinas existentes; em geral, a escalabilidade dos reatores é proporcional aos seus requisitos de força e/ou uma velocidade de eixo/rotor.
[0042] O fornecimento do aparelho de reator como uma solução modular permite ainda adquirir uma série de benefícios em termos de melhoria da sua funcionalidade do processo. Em particular, a estrutura revelada por meio deste permite controlar os tempos de permanência (tempo que o fluido do processo contendo matéria-prima passa no espaço de reação) com precisão extremamente alta. Isso é obtido pelo ajuste fino de parâmetros de configuração relacionados à geometria e/ou tridimensionais do(s) espaço(s) de mistura. O tempo de permanência afeta a proporção dos produtos primários em relação aos secundários a uma temperatura constante. Assim, com tempos de permanência curtos, as reações primárias que resultam na formação dos produtos alvo (aqui, olefinas leves) dominam; ao passo que tempos de permanência mais longos levam a um aumento nas reações secundárias, resultando na formação de coque.
[0043] Um controle adicional sobre os tempos de permanência pode ser obtido, dentro de cada módulo ou um grupo de módulos, substituindo as porções predeterminadas do alojamento. O fornecimento de módulos substituíveis e/ou porções substituíveis dentro dos mesmos permite facilitar a manutenção do reator e fornece uma solução eficaz para o problema de entupimento/coqueificação.
[0044] Em reatores tubulares convencionais, o calor é transferido através da parede do tubo para o fluido (portanto, fundamentalmente os ditos reatores são dispositivos trocadores de calor). Na solução fornecida neste documento, o reator é configurado para inserir energia no(s) fluido(s) de reação/fluido(s) de processo internamente e diretamente por meio de ações aerodinâmicas.
[0045] Como resultado, o presente dispositivo de reator tem uma temperatura de superfície mais baixa do que a temperatura máxima nos fluidos de reação. Isso, por um lado, reduz a temperatura máxima no reator e, por outro lado, reduz a chance de coque se formar e se depositar nas superfícies sólidas do reator.
[0046] A presente solução permite atingir uma temperatura de superfície significativamente mais baixa e uma diferença de temperatura mais baixa no fluido do processo em comparação com dispositivos de reator convencionais. Assim, o aparelho de reator aqui apresentado permite controlar a temperatura do fluido, pelo que a uniformidade da temperatura pode ser melhorada e a diferença de temperatura pode ser reduzida, em conformidade.
[0047] A entrada de energia para os fluidos reagentes é ainda altamente controlável.
[0048] Nas configurações exemplificativas, o reator de acordo com a presente revelação é vantajosamente fornecido como um reator com alta taxa de fluxo com a capacidade dentro de uma faixa de 1 a 100 kg/s. Conforme mencionado acima, a solução apresentada aqui é totalmente escalonável; portanto, a capacidade do reator depende muito de seu tamanho. Faixas exemplares incluem 10 a 15 kg/s, 25 a 50 kg/s ou 75 a 100 kg/s. Na verdade, o reator pode ser configurado de modo a atingir um valor de capacidade superior a 100 kg/s; no entanto, redimensionar o aparelho para um tamanho e/ou volume maior pode ser, em alguns casos, restrito por seus requisitos de força e velocidade, bem como por considerações de efetividade de custo.
[0049] As seguintes vantagens da presente solução em relação às máquinas convencionais, por exemplo, soluções axiais e toroidais, podem ser ainda identificadas: - capacidade de entrada de trabalho melhorada (cerca de 400% em comparação com as soluções da técnica anterior); - compacidade (menores custos de fabricação); - é evitada a mistura do fluxo entre os estágios; - os tempos de permanência, pressão e temperatura, que em conjunto contribuem para o rendimento, são controláveis com alta precisão em cada estágio. Nenhum dos conceitos existentes permite controlar todos os três parâmetros mencionados acima; - uniformidade circunferencial na distribuição da temperatura, a folga é menor; a coqueificação é reduzida.
[0050] Os termos "pirólise" e "craqueamento" são utilizados nesta revelação em grande parte como sinônimos em relação ao processo de degradação térmica de compostos contendo hidrocarbonetos mais pesados em compostos contendo hidrocarbonetos mais leves.
[0051] A expressão "um número de" refere-se aqui a qualquer número inteiro positivo começando de (1), por exemplo, a um, dois ou três. A expressão "uma pluralidade de" refere-se aqui a qualquer número inteiro positivo começando de dois (2), por exemplo, a dois, três ou quatro.
[0052] Os termos "primeiro" e "segundo" são usados neste documento para meramente distinguir um elemento de outro elemento sem indicar qualquer ordem ou importância particular, a menos que explicitamente declarado de outra forma.
[0053] Os termos “fluido” e “fluido do processo” referem-se, na presente revelação, em grande parte, a uma matéria gasosa, tal como, por exemplo, fluxo gasoso de matéria-prima guiado através do interior do aparelho de reator, de preferência, na presença de diluente.
[0054] O termo "gaseificado" é utilizado neste documento para indicar a matéria sendo convertida em uma forma gasosa por qualquer meio possível.
[0055] O termo "hidrodinâmico" é utilizado neste documento para indicar a dinâmica de fluidos, que são, nesta revelação, amplamente representados por gases. Portanto, o dito termo é utilizado nesta revelação como um sinônimo do termo "aerodinâmico".
[0056] Diferentes modalidades da presente invenção se tornarão evidentes por consideração à descrição detalhada e desenhos anexos.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0057] As figuras 1A e 1B ilustram um aparelho 100 de acordo com alguma modalidade.
[0058] As figuras 2A e 2B ilustram um aparelho 100A de acordo com algumas outras modalidades.
[0059] A figura 3 é uma vista em corte transversal de um módulo de exaustão do aparelho, de acordo com algumas modalidades.
[0060] A figura 4 é uma vista parcial através de um corte transversal mostrando elementos estacionários e relacionados ao rotor dentro do aparelho, de acordo com algumas modalidades. A direção de rotação, as velocidades angular (Q, ®) e tangencial na entrada (n®) e na saída (r2®) são indicadas.
[0061] A figura 5 mostra uma modalidade do aparelho que compreende ainda uma instalação adicional, tal como um sistema de resfriamento.
[0062] As figuras 6A e 6B ilustram esquematicamente configurações exemplares para elementos estacionários e relacionados com o rotor; a figura 6C ilustra esquematicamente um estágio de processo exemplar do aparelho, de acordo com alguma modalidade.
DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES
[0063] As modalidades detalhadas da presente invenção são reveladas neste documento com referência aos desenhos anexos. Os mesmos caracteres de referência são usados em todos os desenhos para se referir aos mesmos elementos.
[0064] As figuras 1A e 2A ilustram em 100, 100A um conceito que baseia várias modalidades de um aparelho de reator para a realização de reações químicas em um fluido do processo, a seguir, o reator, de acordo com várias modalidades.
[0065] O reator 100, 100A é configurado como uma turbomáquina radial que geralmente segue um projeto para compressores centrífugos ou bombas centrífugas. O termo “centrífugo” implica que o fluxo de fluido dentro do dispositivo é radial; portanto, o aparelho pode ser referido, na presente revelação, como um "aparelho de fluxo radial".
[0066] O reator 100, 100A é configurado para realizar pelo menos uma reação química em um fluido do processo. Em algumas modalidades exemplares, o reator é configurado para conversão térmica ou termoquímica de matéria-prima contendo hidrocarboneto, em particular, matéria-prima contendo hidrocarboneto fluidizado. Por "matéria-prima contendo hidrocarbonetos" nos referimos aqui à matéria- prima orgânica fluidificada que compreende principalmente carbono e hidrogênio. Em alguns casos, no entanto, o reator pode ser configurado para processar a matéria prima contendo oxigênio, tal como derivados de hidrocarbonetos contendo oxigênio, matéria-prima com base em celulose e/ou matérias-primas com base em óleo vegetal. A aplicabilidade do reator aqui proposto se estende, portanto, além dos limites impostos pela definição convencional de matérias-primas de hidrocarbonetos.
[0067] O reator 100, 100A é configurado para processar matéria- prima gaseificada, em que o fluido do processo é fornecido na forma gasosa. Em configurações alternativas, o processamento de matéria- prima essencialmente líquida não é excluído.
[0068] Em reações de pirólise, a matéria-prima normalmente contém diluente(s), para melhorar o rendimento do produto. O reator 100, 100A é vantajosamente configurado para receber matéria-prima diluída por pelo menos um diluente, de preferência, um diluente gasoso, tal como vapor (água), nitrogênio (N2) ou argônio, por exemplo. Em alguns casos, o diluente é um meio gasoso inerte (por exemplo, nitrogênio, argônio) que possui essencialmente zero reatividade em relação aos reagentes e aos produtos de reação. Qualquer outro diluente adequado, de preferência, um diluente gasoso pode ser utilizado. Portanto, o fluido do processo propagado através do dispositivo 100, 100A compreende o dito pelo menos um diluente.
[0069] O reator 100, 100A, portanto, compreende um eixo central 1 disposto ao longo de um eixo horizontal (longitudinal) (X - X'; fluxo do fluido do processo ao longo do eixo horizontal é indicado pela seta), e um número de unidades de rotores, a seguir, rotores, montados no dito eixo 1. Em algumas configurações, o reator compreende pelo menos um rotor; nas configurações preferidas, o reator compreende dois ou mais rotores montados no eixo central em ordem sequencial (um após o outro).
[0070] O reator 100, 100A compreende ainda pelo menos uma unidade de acionamento (não mostrada), tal como um motor elétrico, uma turbina a vapor ou uma turbina a gás, configurada para girar o eixo e os rotores montados nele.
[0071] Cada dita unidade de rotor compreende uma pluralidade de lâminas de rotor 3 dispostas ao longo da circunferência de um disco 3a montado no eixo central 1. Juntas, a dita pluralidade de lâminas de rotor dispostas no disco estabelece um conjunto de lâminas de rotor ou uma cascata de lâminas de rotor. As ditas lâminas de rotor 3 podem ser configuradas como lâminas de rotor axial-radiais; alternativamente, as lâminas do rotor podem ser configuradas como lâminas do rotor principalmente radiais. A definição das lâminas do rotor axial-radiais pode ser explicada a seguir. Como mostrado na figura 4, o fluido do processo entra no rotor axialmente em uma direção essencialmente horizontal X - X' (com ou sem redemoinhos tangenciais) e deixa o rotor predominantemente em uma direção que é, quando vista em um plano meridional, principalmente radial (isto é, radialmente para fora do eixo horizontal X - X' definido pelo eixo central do dispositivo). A vista meridional (bidimensional) é mostrada como um corte transversal horizontal através do reator 100, 100A. Uma lâmina de rotor principalmente radial é ilustrada na figura 6C. Em geral, as lâminas do rotor 3 são lâminas do impulsor centrífugas de alta carga para uma entrada de trabalho de alto estágio. O rotor pode ser configurado para conter lâminas divisoras, o que aumenta ainda mais a capacidade de entrada de trabalho. Rotores com lâminas divisoras são descritos mais abaixo com referência à figura 6B.
[0072] O reator 100, 100A compreende ainda uma pluralidade de palhetas estacionárias (estator) 2 dispostas a montante do rotor. Juntas, a dita pluralidade de palhetas estacionárias estabelece uma cascata de palhetas do estator (um estator), fornecida como um conjunto essencialmente anular a montante do rotor.
[0073] Em configurações preferidas, o reator 100, 100A compreende ainda um espaço de mistura 4 disposto a jusante do rotor.
[0074] Os termos “a montante” e “a jusante” referem-se aqui ao arranjo espacial e/ou funcional de partes ou componentes estruturais com relação a uma parte ou componente predeterminado, por este meio, o rotor, em uma direção de fluxo do fluido do processo ao longo do reator (juntamente o eixo X - X', figuras 1A, 2A).
[0075] As palhetas estacionárias 2 são vantajosamente fornecidas como palhetas de orientação (entrada) (IGV) configuradas, em termos de perfis, dimensões e disposição das mesmas em torno do eixo central, para dirigir o fluxo do fluido do processo para o rotor, em uma direção predeterminada, tal como para controlar e, em alguns casos, maximizar a capacidade de entrada de trabalho específica do rotor. Fornecido como uma estrutura estacionária, o estator 2 não adiciona energia para o fluido do processo. No entanto, as palhetas do estator são configuradas de modo a adicionar um pré-redemoinho necessário/exigido ao fluido do processo e permitir que o rotor maximize a entrada de energia (mecânica) no dito fluido do processo. Isso é obtido dimensionando as palhetas do estator, de modo a forçar o fluido do processo a entrar no rotor em ângulo e velocidade predeterminados e necessários (por parâmetros de processo, por exemplo). O ângulo em que o fluido entra nas lâminas do rotor (um ângulo de entrada) é o parâmetro mais essencial aqui, pois dele depende quanta energia o rotor 3 (disposto a jusante do estator 2) irá transmitir ao fluido.
[0076] As palhetas estacionárias 2 são ainda configuradas de modo a direcionar o fluxo do fluido do processo para o rotor em uma direção essencialmente ao longo de um plano axissimétrico meridional X - r (figuras 1A, 4).
[0077] O fluxo do fluido do processo, assim, entra a pluralidade de lâminas de rotor 3 na direção essencialmente axial (mostrado pela seta ao longo do plano X - X', figuras 1A, 2A). As lâminas de rotor axial- radiais 3 são ainda configuradas, mediante rotação do rotor, para receber o dito fluxo do fluido do processo essencialmente axial das palhetas estacionárias 2 e para transformar ainda mais o dito fluxo em uma direção essencialmente radial (figura 4), transmitindo assim energia mecânica para o fluido do processo aumentando a velocidade tangencial (velocidade circunferencial) do mesmo. O aumento da velocidade tangencial, portanto, resulta em um aumento da energia cinética do fluido, de acordo.
[0078] É feita referência à figura 4, que mostra uma disposição das palhetas do estator 2 e das lâminas do rotor 3 em relação uma à outra. A direção de rotação do rotor em torno do eixo horizontal (X) é indicada pela seta. A velocidade angular do rotor é indicada por Q (a, ômega); ao passo que a velocidade tangencial ou velocidade circunferencial da lâmina é igual a r m, em que r é um raio do rotor. A Figura 4 mostra triângulos vetoriais para o fluxo do fluido entrando no rotor (ri m, Vi, Wi) e para o mesmo saindo do rotor (r2 a, V2, W2), em que o vetor W é a velocidade relativa (fluxo), o vetor V é a velocidade absoluta (fluxo) também indicativa da direção do fluxo, e em que: V = W + (r ω)
[0079] A partir da figura 4, pode-se observar que o fluxo do fluido essencialmente axial (V1) que sai do estator 2 e entra no rotor 3, é ainda guiado pelas lâminas do rotor, após a rotação do dito rotor, radialmente para fora do eixo horizontal (X) definido pelo eixo central do dispositivo (V2; fluxo saindo das lâminas do rotor). O termo "radial" ou "radialmente" é utilizado na presente revelação para indicar direções essencialmente ortogonais ao eixo horizontal (longitudinal) (X) do dispositivo 100 definido pelo eixo central 1.
[0080] Em alguns casos, a velocidade circunferencial das lâminas do rotor é adaptada para ser de pelo menos 150 m/s. Em alguns casos, a dita velocidade circunferencial pode ser ajustada para uma faixa entre 150 e 350 m/s. A redução da velocidade circunferencial abaixo da taxa de 150 m/s não é desejada, uma vez que a capacidade de carga do rotor fica então muito baixa.
[0081] Por meio deste, o rotor é configurado, em termos de perfis e dimensões das lâminas do rotor e sua disposição no disco, para maximizar a entrada de energia mecânica para o fluido do processo.
[0082] Em alguns casos, é preferido que o pelo menos um rotor compreenda ainda uma proteção 3b configurada para cobrir a pluralidade das lâminas do rotor 3. Rotores não protegidos tendem a ser menos eficientes devido às altas perdas associadas ao fluxo de vazamento (fluxo que “vaza” sobre as lâminas rotativas descobertas), em alguns casos, o fluxo de vazamento reverso. A tampa do rotor, como a proteção 3b, evita efetivamente ou pelo menos minimiza esse vazamento. Além disso, a proteção evita o refluxo de fluido e a mistura de fluxo prejudicial que, de outra forma, pode ocorrer entre os estágios.
[0083] Em alguns casos, prefere-se que o mesmo aparelho 100, 100A compreenda ambos rotores protegidos e desprotegidos. Rotores desprotegidos permitem operar o rotor em velocidade de rotação mais alta, pelo que, uma configuração com uma série de rotores desprotegidos seguido por uma série de rotores protegidos pode ser benéfica, em termos de ajuste das condições de reação, em configurações de "vários rotores" (por exemplo, compreendendo pelo menos cinco rotores dispostos sequencialmente em um eixo central).
[0084] Enquanto o rotor é configurado para transmitir energia mecânica para o fluido do processo, a câmara de mistura 4, situada a jusante do rotor é ainda configurada para converter a energia mecânica do fluido do processo em energia interna do dito fluido do processo. No espaço de mistura 4, o fluxo do fluido em alta velocidade que chega vindo do rotor é difundido com o aumento da entropia significativo, através do qual o fluxo dissipa a energia cinética na energia interna dos fluidos da reação (processo), assim provendo a energia térmica necessária para quebrar as ligações químicas entre longas cadeias de carbono - hidrogênio (C - H). Um aumento na energia interna do fluido resulta em um aumento da temperatura do fluido. Portanto, os compostos de alto peso molecular que ocorrem no fluido do processo são efetivamente reduzidos.
[0085] Ao contrário, em reatores tubulares convencionais, a energia mecânica é convertida em calor e transferida através da parede do tubo. Fundamentalmente, o dito reator tubular convencional é um dispositivo de trocador de calor. No entanto, o presente aparelho 100, 100A é configurado para adicionar energia diretamente às moléculas. A energia mecânica, portanto, se dissipa por meio das ações aerodinâmicas.
[0086] No reator 100, 100A, a pluralidade de palhetas estacionárias 2 (a montante do rotor), a pluralidade de lâminas de rotor axial-radiais 3 e o espaço de mistura 4 estabelecem, assim, um estágio de processo (doravante, o estágio), configurado para mediar um ciclo completo de conversão de energia. Durante o ciclo de conversão de energia, a energia mecânica do fluido é convertida em energia cinética e, posteriormente - em energia interna do fluido, seguida pelo aumento da temperatura do fluido e ocorrência de reações químicas no dito fluido.
[0087] Com referência às figuras 1B e 2B, o espaço de mistura é estabelecido aqui por um conduíte que compreende pelo menos uma seção de curva 41 seguida por uma seção de canal de retorno 42. Dentro de cada estágio, o dito espaço de mistura 4 é configurado ajustável em termos de sua geometria e/ou parâmetros dimensionais. Assim, qualquer uma da seção de curva 41 e da seção de canal de retorno 42 dentro do espaço de mistura 4 são ajustáveis em termos de pelo menos forma, comprimento, seção transversal e sua disposição espacial dentro do aparelho 100, 100A.
[0088] A seção de curva 41 é vantajosamente fornecida como uma curva em U; no entanto, outras configurações, como uma curva em forma de S, por exemplo, não são excluídas.
[0089] Pela variação dos parâmetros acima mencionados do espaço de mistura 4, os tempos de permanência (tempos que o fluxo do processo gasta em cada espaço de mistura) e o rendimento da reação podem ser controlados com alta precisão. Por exemplo, o aumento do comprimento e/ou do diâmetro da seção de curva 41 e/ou da seção de canal de retorno 42 permite maximizar e/ou acelerar o aumento de entropia do fluido do processo, o que, por sua vez, cria condições para transferência rápida de energia mecânica do rotor para o fluido. O espaço de mistura 4 estabelece, assim, um espaço de reação, no qual ocorre(m) principalmente a(s) reação(ões) química(s).
[0090] O espaço de mistura 4 compreende ainda pelo menos um componente adicional incluindo, mas não se limitando a uma palheta ou palhetas estacionárias para controlar a direção do fluxo absoluto, um dispositivo de intensificação de turbulência (um dispositivo criador de turbulência), um dispositivo de regulação, uma gaze, um guia de fluxo, fendas e componentes inseríveis e/ou removíveis e semelhantes (não mostrados). Os componentes adicionais podem ser benéficos em termos de maximização do aumento da entropia do fluido do processo. Os componentes adicionais mencionados permitem ainda uma capacidade de ajuste adicional dos espaços de mistura, também durante a operação do reator.
[0091] Em algumas configurações, o dispositivo 100, 100A compreende um difusor 4b, conforme ilustrado na figura 2B e figuras 6A e 6B. O difusor é vantajosamente disposto a jusante do rotor 3, dentro do espaço de mistura 4, na seção de curva 41 e/ou em pelo menos uma porção da seção de canal de retorno 42. O difusor pode ser configurado como um difusor com palhetas compreendendo uma pluralidade de palhetas estacionárias 4b, também referidas como palhetas guia de saída (figuras 6A, 6B), ou como um difusor sem palhetas. As palhetas estacionárias do difusor podem ser dispostas diretamente na parede que define um interior do espaço de mistura e/ou conectadas ao mesmo por meio de arranjos auxiliares, tais como anéis, suportes e semelhantes.
[0092] As figuras 6A e 6B ilustram esquematicamente configurações exemplares para as lâminas do rotor 3 e as palhetas estacionárias 4b (palhetas do difusor) dispostas a jusante do rotor e sua disposição em relação uma à outra. Parâmetros operacionais exemplificativos para o rotor mostrado nas figuras 6A e 6B estão resumidos na Tabela 1 abaixo. Tabela 1. Parâmetros operacionais exemplares para o rotor 3 (figuras 6A, 6B).
Figure img0001
[0093] * em que a entrada (uma borda dianteira) e a saída (uma borda traseira) são definidas na direção de fluxo do fluido (direções de fluxo do fluido aproximadas são indicadas nas figuras 6A, 6B por setas tracejadas; a direção de rotação do rotor é mostrada por uma seta horizontal sólida).
[0094] A figura 6B mostra uma configuração alternativa para a passagem do rotor, compreendendo uma pluralidade de lâminas divisoras 31 alternando com as lâminas principais do rotor 3. As lâminas divisoras 31 são configuradas para reduzir o carregamento da lâmina na parte traseira da lâmina e para melhorar a entrada de trabalho e capacidades de fluxo direto. Em configurações exemplares, o número típico das lâminas do rotor é 64 (32 lâminas principais + 32 lâminas divisoras).
[0095] As lâminas do rotor podem ser configuradas de modo a estabelecer um modo de fluxo obstruído na entrada do rotor, em que a capacidade de fluxo pode ser controlada com precisão. Na maioria das condições de operação, a obstrução também é obtida na entrada da palheta do estator, pelo que a capacidade de fluxo absoluto do estator pode ser controlada por um aumento da pressão de estagnação real através do rotor (levando em consideração as perdas no espaço de mistura sem palhetas 4). O modo de fluxo obstruído é aqui um modo associado a uma capacidade de fluxo limitada na entrada de uma fileira de lâminas onde a velocidade do fluxo é supersônica.
[0096] A figura 6C ilustra esquematicamente uma vista meridional do estágio do processo (redemoinho do fluxo de entrada não é mostrado). A entrada e a saída do estágio são marcadas por setas. A figura 6C mostra assim o rotor 3 e a parte do espaço de mistura 4 onde se localizam as palhetas do difusor (palhetas guias de saída) 4b. O espaço sem palhetas dentro do espaço de mistura 4 permite a mistura. O projeto do estágio, conforme mostrado na figura 6C, tem vazão nominal de 60 kg/s, que é equivalente a 216 toneladas de matéria-prima por hora.
[0097] Como pode ser visto a partir da figura 6C, um espaço sem palhetas relativamente grande (4) é definido entre a borda traseira da lâmina do rotor 3 e a borda dianteira da palheta guia de saída estacionária 4b para permitir a mistura adicional do fluxo fluídico, pelo qual a pressão de estagnação é reduzida.
[0098] As dimensões, o alinhamento e a disposição espacial das palhetas estacionárias 2 (a montante do rotor), das lâminas do rotor 3 e/ou das palhetas estacionárias 4b (a jusante do rotor) são, de preferência, individualmente ajustáveis dentro de cada estágio por projeto (pela fabricação) ou por operação. Assim, as palhetas estacionárias e/ou as lâminas do rotor podem variar dentro de cada estágio em termos de pelo menos dimensões, alinhamento e disposição espacial das mesmas, conforme predefinido (configurado antes e/ou durante a operação) ou conforme fabricado. Além de serem variáveis de estágio a estágio, as ditas palhetas estacionárias e/ou lâminas do rotor podem ser configuradas fixas (não ajustáveis) e ajustáveis individualmente durante o funcionamento do dispositivo.
[0099] O aquecimento do fluido do processo no reator 100, 100A a uma temperatura desejada, tal como 900 ou 1000 graus Celsius é preferencialmente conduzido durante os dois ou três estágios iniciais. Depois disso, a temperatura é mantida essencialmente constante até a saída (descarga).
[00100] O aparelho 100, 100A compreende ainda um invólucro ou alojamento 20 com pelo menos uma entrada 11 e pelo menos uma saída 12. O alojamento 20 é configurado para encerrar o eixo central 1 e pelo menos um estágio.
[00101] Na configuração mostrada na figura 1A, o alojamento 20 tem uma seção transversal essencialmente constante ao longo de todo o seu comprimento.
[00102] Algumas configurações complementares do dispositivo representado por 100 incluem a provisão do alojamento em forma de um cone (truncado) (não mostrado).
[00103] Na configuração mostrada na figura 2A, o alojamento 20 é fornecido como um espaço confinado que engloba (estreitamente junta) as palhetas estacionárias, as lâminas de rotor axial-radiais e o espaço de mistura formando pelo menos um estágio de processo. A forma interior e, opcionalmente, a externa do dito alojamento é configurada para seguir essencialmente a forma dos elementos que constituem o dito estágio do processo. Portanto, em alguns casos, o alojamento 20 tem uma área de seção transversal variável em todo o seu interior (figura 2A).
[00104] É feita uma referência às figuras 1B, 2A que mostram o reator 100, 100A configurado como uma estrutura modular, em que o alojamento 20 é estabelecido pelo número de módulos 20A, 20B, 20C, 20D dispostos um após o outro. As configurações mostradas nas figuras 1B, 2A são exemplares em termos do número e arranjo dos módulos, já que os últimos podem variar dependendo de uma implementação particular do reator 100, 100A.
[00105] O reator 100, 100A é ainda configurado de modo a compreender pelo menos um módulo sem exaustão e um módulo de exaustão. Pelos módulos sem exaustão nos referimos, por este meio, a entidades estruturais que permitem a circulação do fluxo do fluido do processo a partir do montante para jusante. O módulo de exaustão é o módulo por meio do qual o fluxo de fluido contendo o produto é descarregado do reator 100, 100A.
[00106] O módulo de exaustão 22 compreende pelo menos uma linha de saída 12, configurada como um tubo ou um cano, por exemplo, para descarga do fluido do processo contendo o produto, a dita linha 12 disposta em uma direção circunferencial em relação ao eixo horizontal (X - X') definido pelo eixo central. Nas figuras 1A, 2A, a linha de saída 12 fica disposta em uma direção essencialmente vertical em relação ao eixo horizontal X - X'.
[00107] O módulo de exaustão 22 contém um rotor 3 e um espaço de mistura configurado como um espaço de mistura de exaustão 4a fornecido dentro da linha de saída 12. A vista em corte transversal para o módulo de exaustão 22 é proporcionada pela figura 3. O dito módulo de exaustão 22 compreende ainda pelo menos um componente adicional configurado para injeção e/ou retirada de fluido, como uma porta, um tubo, um tubo de distribuição e semelhantes (não mostrado).
[00108] O reator 100, 100A compreende ainda um módulo de entrada 21 posicionado mais a montante em uma direção do fluxo do fluido do processo. Na maioria dos casos, o dito módulo de entrada é fornecido como um primeiro módulo em uma sequência. O módulo de entrada 21 é configurado para receber um fluido do processo contendo matéria-prima por meio de pelo menos uma linha de entrada 11 (a entrada) disposta em uma direção circunferencial em relação ao eixo horizontal X - X'.
[00109] O módulo de entrada pode compreender ainda uma porta de entrada adicional 13, tal como uma entrada em espiral para produzir um fluxo altamente turbilhonado para o rotor.
[00110] Em alguns casos, o reator 100, 100A é configurado como um aparelho de estágio único. Em tal caso, o estágio é estabelecido pelo módulo de entrada 21 e o módulo de exaustão 22.
[00111] No entanto, se a quantidade necessária de energia não pode ser transferida em um estágio, então é necessário um dispositivo de vários estágios. Nesse caso, o reator 100, 100A é configurado como uma estrutura modular de múltiplos estágios, em que o estágio é estabelecido pelo pelo menos um módulo sem exaustão (20A, 20B, 20C, 20D, etc.). O reator de vários estágios pode ser estabelecido por pelo menos dois estágios. Em alguns casos, o aparelho de vários estágios pode compreender pelo menos um estágio estabelecido pelo módulo sem exaustão 20A (20B, 20C, 20D), o módulo de entrada 21 e o módulo de saída (exaustão) 22. Para uma pessoa versada na técnica, é claro que o reator 100, 100A pode ser implementado com um número de módulos sem exaustão que excede aquele mostrado nas figuras 1B, 2A.
[00112] Os módulos (sem exaustão) 20A, 20B, 20C, 20D dispostos entre o módulo de entrada 21 e o módulo de saída 22 podem ser ainda referidos como módulos centrais.
[00113] O reator 100A, 100A configurado de acordo com as modalidades descritas aqui acima tem tolerância para variações de parâmetros de projeto relativamente amplas. Em especial, uma solução de vários estágios pode ser configurada com um número de estágios, cada um tendo diferente taxa de fluxo de volume/capacidade de fluxo de volume. Assim, os requisitos de entrada de trabalho e/ou tempos de permanência podem ser ajustados/regulados separadamente dentro de cada estágio.
[00114] Em todas as configurações 100, 100A, a taxa de fluxo de massa é facilmente ajustável, opcionalmente por estágio, alterando o tamanho do rotor (diâmetro, aumento quádruplo) e/ou a altura da lâmina (aumento linear). A altura variável para as lâminas do rotor pode ser alcançada ajustando a localização axial do disco do rotor 3a, o que permite alterar as taxas de fluxo de volume através dos diferentes estágios com projeto semelhante. A modificação da altura de lâmina (rotor) de uma maneira indicada acima permite aumentar a capacidade de fluxo de volume através do reator, já que a tensão de disco irá alocar para o fim do processo reativo (ou seja, no final do aparelho reator), onde tanto a temperatura quanto os requisitos de entrada de trabalho são os mais elevados.
[00115] Uma vez que o desempenho do rotor é pouco afetado pelo aumento da altura da lâmina, o reator de fluxo radial pode ser projetado com a(s) unidade(s) de rotor compreendendo uma pluralidade de lâminas principais com lâminas divisoras (por exemplo, solução 32 + 32), o que permite escalabilidade aprimorada.
[00116] Os módulos 20A, 20B, 20C, 20D, 21, 22 são interconectados por meio de pelo menos um mancal 5 opcionalmente combinado com vedação(ões) associada(s) (não mostrado). A estrutura modular permite ajustar o número de módulos dentro da mesma por adição, substituição e/ou remoção do pelo menos um módulo sem exaustão fornecido entre o módulo de entrada e o módulo de exaustão.
[00117] O eixo central 1 pode ainda ser configurado em pelo menos duas partes unidas por um acoplamento apropriado, tal como uma junta Hirth, por exemplo (não mostrado). A utilização de engrenagem(s) Hirth é particularmente benéfica, pois os elementos de acoplamento fornecidos com essas engrenagens são autocentrados durante a rotação (do eixo) por sua forma e por mecanismo de força aplicada.
[00118] Em várias configurações, o alojamento 20 compreende ainda uma porção superior e uma porção inferior, como visto ao longo de um corte horizontal do reator (divisão horizontal). As figuras 1B, 2B mostram, em 20D, o alojamento que compreende a porção superior 201 e a porção inferior 202.
[00119] A dita porção superior 201 é configurada para abranger pelo menos a seção de curva 41 do canal que forma o espaço de mistura 4 no interior de cada estágio correspondente e/ou o módulo. Em alguns casos, a porção superior 201 pode ser configurada de modo a abranger ainda mais pelo menos uma parte da seção de canal de retorno 42 e do disco do rotor.
[00120] Em uma série de configurações, a dita porção superior 201 do alojamento, dentro de cada módulo individual, pode ser implementada de forma destacável e substituível. Tal arranjo permite ajuste adicional de parâmetros de reação; além disso, ele oferece uma abordagem simples e econômica para resolver completamente um problema de coqueificação. Por exemplo, as figuras 1B, 2B (caixa tracejada) mostram as porções superiores 201 do módulo exemplar 20D, englobando a seção de curva 41 do espaço de mistura 4. Dentro da caixa tracejada 201, o item mais inferior abrange apenas a parte de curva 41 (tal como a curva em U, por exemplo), do espaço de mistura. Por conseguinte, o tempo de permanência do fluido do processo dentro do módulo que compreende a porção (superior) 201 supracitada é reduzido.
[00121] O item mais superior dentro da mesma caixa tracejada 201 (figuras 1B, 2B) compreende a seção de curva 41 (tal como a curva em U, por exemplo) e, adicionalmente, uma parte da porção de canal de retorno 42, do espaço de mistura 4. Por conseguinte, o tempo de permanência do fluido do processo dentro do módulo que compreende tal porção (superior) 201 pode ser aumentado.
[00122] Ao substituir as porções superiores 201 individualmente dentro de cada módulo, os tempos de permanência podem ser controlados com alta precisão. Além disso, o arranjo permite facilitar a manutenção do reator e/ou fornece uma solução para um problema de entupimento/coqueificação. Na verdade, a remoção de módulos individuais e/ou partes dos mesmos (por exemplo, desmontagem das porções superiores 201 dentro dos módulos individuais), seguida de limpeza e/ou substituição, é uma alternativa consideravelmente mais simples, rápida e econômica do que o serviço e a manutenção de todo o dispositivo (vários estágios).
[00123] O reator 100, 100A é ainda configurado de modo a compreender o alojamento 20 com paredes tendo espessura de no máximo 30 mm, de preferência, dentro de uma faixa de 5 a 20 mm.
[00124] Por ter paredes muito finas, é mais fácil conseguir ou manter a integridade mecânica das mesmas. Tal invólucro com paredes finas é mais fácil de preaquecer. Além disso, a utilização de chapas de metal finas permite uma redução significativa do estresse térmico, pelo que os custos de construção e manutenção também podem ser reduzidos, de acordo.
[00125] O conceito do reator 100, 100A de acordo com a presente revelação permite controlar (monitorar e ajustar/modificar) com uma precisão extremamente elevada os parâmetros relacionados com o processo de reação dentro de cada estágio individual e/ou o seu módulo. Assim, no reator 100, 100A cada estágio do processo e/ou cada módulo é estabelecido, em termos de sua estrutura e/ou controlabili- dade sobre a(s) operação(ões) do mesmo, independentemente dos outros estágios e/ou módulos.
[00126] A capacidade de ajuste estrutural/dimensional de componentes estacionários e relacionados ao rotor em cada estágio individual, bem como a capacidade de ajuste dimensional do espaço de mistura dentro de cada estágio individual e/ou módulo permitem ajustar as características operativas/funcionais do processo (reação) em relação a cada estágio individual e/ou módulo. Conforme descrito acima, ao modificar os componentes estruturais supracitados dentro de cada estágio e/ou módulo, os parâmetros relacionados ao fluxo de fluido (volume, velocidade, tempos de permanência e semelhantes) podem ser controlados por estágio e/ou módulo com alta precisão.
[00127] Ainda, o reator 100, 100A pode ainda compreender uma variedade de meios para estabelecer a capacidade de controle sobre a pressão e a distribuição da temperatura dentro de cada estágio e/ou módulos. Assim, o reator pode compreender meios para alívio de pressão (elementos de perda de pressão) em cada estágio individual ou em um número de estágios selecionados, vantajosamente colocados dentro de cada espaço de mistura 4 (de preferência, nas seções de canal de retorno 42). O último permite operar o reator 100, 100A em baixa pressão (atmosférica) que é igual a 1.01325 bar (absoluto, abs) ou em uma faixa de vácuo de 1 a 0 bar abs.
[00128] O(s) espaço(s) de mistura 4, conforme descrito acima, pode(m) ser configurado(s) para manter a pressão no nível necessário ao longo dos estágios. Isso permite, por exemplo, atingir grandes variações de pressão em todo o reator 100, 100A, em comparação com as soluções axiais, por exemplo.
[00129] Ao controlar a queda de pressão e a temperatura, o rendimento da reação pode ser gerenciado com melhor controlabilidade.
[00130] No geral, ajustando os espaços de mistura 4 em termos de vários parâmetros estruturais, em particular, a seção transversal/área de mistura e comprimento/volume, a capacidade de controle dos tempos de permanência, da pressão e da temperatura é nitidamente melhorada. Os parâmetros relacionados aos espaços de mistura mencionados acima podem ser alterados independentemente. Tempos de permanência curtos, a baixa pressão e alta temperatura (todos controláveis em cada estágio) contribuem de forma eficaz para uma elevada conversão e o rendimento e reduzir a coqueificação.
[00131] Além disso, o reator 100, 100A pode ainda compreender meios para ajustar a pressão através do rotor em todos os estágios ou em um número de estágios selecionados, em conformidade (não mostrado).
[00132] Em algumas configurações, o reator 100, 100A pode compreender ainda meios para aumentar a pressão (não mostrado) em estágio(s) de processo específico(s). Por exemplo, com o aumento da pressão no estágio final do processo (por exemplo, no módulo sem exaustão disposto diretamente a montante do módulo de exaustão e/ou no módulo de exaustão) para um valor predeterminado, os tempos de permanência no dito último estágio do processo podem ser minimizados, pelo que o rendimento poderia ser aumentado, de acordo. Assim, o fornecimento de alta pressão no dito estágio final é responsável por uma redução significativa no fluxo volumétrico, o que permite a redução do tamanho do equipamento a jusante (por exemplo, equipamento de resfriamento) em conformidade. A economia associada pode afetar amplamente o investimento de capital.
[00133] Em alguns casos, é preferido o aumento da pressão para 2 a 4 bar abs; no entanto, o ajuste do valor da pressão depende muito do rendimento desejado. O aumento de pressão é de preferência implementado em uma temperatura essencialmente constante.
[00134] Em vista da termodinâmica, é preferível realizar reações de pirólise para a produção de olefinas leves a baixa pressão, em que os processos de condensação indesejados são prejudicados. Por esta razão, os fornos tubulares convencionais operam quase na pressão atmosférica na saída. No entanto, devido à ausência de ferramentas para o controle eficaz da pressão em fornos convencionais de craqueamento de hidrocarbonetos, a operação a uma pressão tão baixa (atmosférica) em todo o aparelho do reator ainda não foi possível. A solução atual permite, entre outras coisas, uma flexibilidade melhorada no ajuste dos parâmetros de pressão em todo o aparelho do reator.
[00135] De maneira semelhante, a pressão parcial de hidrocar- bonetos pode ser ajustada em cada estágio pelo fornecimento de um meio de injeção de diluente (portas, válvulas, respiradouros e semelhantes) dentro de cada estágio e/ou módulo. À medida que o teor de diluente aumenta, a pressão parcial do hidrocarboneto é reduzida, em conformidade, o que é responsável pelo rendimento melhorado do(s) produto(s) alvo, tal como olefina(s) leve(s), e por depósitos de coque diminuídos. Por exemplo, foi demonstrado e reconhecido que após a redução da pressão parcial (por exemplo, de 30 psia ou cerca de 207 kPa para 10 psia ou cerca de 69 kPa), o rendimento máximo do produto de hidrocarboneto pode ser significativamente melhorado em taxas de conversão essencialmente altas (cerca de 80%).
[00136] Além de diluentes, a injeção de matérias-primas e/ou outros reagentes pode ser implementada em relação a cada estágio e/ou módulo individual, a fim de otimizar os rendimentos da reação.
[00137] Uma referência é ainda feita à figura 5 que mostra o aparelho de reator exemplar 100 compreendendo uma instalação adicional de refinaria e/ou de trocador de calor 6. Deve ficar claro que o dispositivo representado em 100A também pode compreender a mesma instalação. A instalação adicional 6 é de preferência conectável a pelo menos um módulo sem exaustão (central) 20A, 20B, 20C, 20D fornecido entre o módulo de entrada 21 e o módulo de exaustão 22 por um tubo de distribuição/um arranjo de tubulação 7. O dito tubo de distribuição compreende pelo menos uma linha configurada como um braço de conduíte 7a, por exemplo, para a retirada do fluido do processo vindo do reator e para guiar o dito fluido do processo para a instalação 6 e pelo menos uma linha 7b para guiar o fluido do processo de volta para o reator.
[00138] Em algumas modalidades, a instalação adicional 6 é configurada como uma instalação de trocador de calor que resfria o fluido do processo guiado no seu interior através do pelo menos um conduíte 7a. A título de exemplo, a instalação 6 pode ser disposta para resfriar o fluido do processo aquecido de 900-1000 graus Celsius para cerca de 700 graus Celsius. O fluido resfriado é ainda direcionado para o reator através do conduíte 7b. O resfriamento do processo essencialmente em um "ponto médio" da reação permite uma otimização adicional dos rendimentos da reação.
[00139] O arranjo acima mencionado é particularmente vantajoso para conduzir a degradação térmica de matérias-primas de derivados de biomassa.
[00140] Em algumas outras modalidades, a instalação adicional 6 pode ser configurada como uma instalação de refinaria configurada para a extração e/ou a recuperação de hidrogênio, por exemplo. Nesse caso, o fluido do processo que chega (ou seja, o fluido do processo extraído do dispositivo 100, 100A) é submetido a um tratamento de desidrogenação ou uma série de tratamentos, seguido pelo direcionamento do fluido desidrogenado de volta para o dispositivo através da tubulação 7b. Tal arranjo permite a recuperação adicional de hidrogênio (H2).
[00141] Em algumas modalidades, a instalação 6 pode ser configurada de modo a combinar a instalação do trocador de calor e de extração de hidrogênio. Na verdade, o sistema 6 pode abranger ainda qualquer outra instalação de refinaria e/ou de extração.
[00142] Em alguns casos, o fluido do processo é extraído e retornado ao mesmo módulo sem exaustão. Em alguns outros casos, o fluido do processo é retornado a qualquer módulo sem exaustão disposto subsequentemente ao módulo de extração. É preferível que ambos os módulos de "extração" e "retorno" sejam dispostos entre o módulo de entrada e o módulo de exaustão e/ou antes do último estágio do processo.
[00143] É preferível que todo o fluido do processo seja conduzido para o sistema de resfriamento 6, assim essencialmente "esvaziando" o reator. No entanto, a retirada parcial do material não está excluída. Em qualquer caso, pelo menos uma partição pode ser disposta dentro do reator 100, 100A para guiar (total ou parcialmente) o fluxo de processo para o sistema de resfriamento 6 e/ou para evitar a mistura do fluido resfriado com o mesmo aquecido.
[00144] Depois de conectar os pelo menos dois aparelhos de reator 100, 100A em paralelo ou em série, um conjunto de reator pode ser estabelecido (não mostrado). A conexão entre os ditos aparelhos pode ser mecânica e/ou funcional. A conexão funcional (em termos de química, por exemplo) pode ser estabelecida mediante a associação entre pelo menos dois reatores individuais, fisicamente integrados ou não integrados individuais 100, 100A. Em um último caso, a associação entre os pelo menos dois aparelhos 100, 100A pode ser estabelecida por meio de uma série de instalações auxiliares (não mostradas). Em algumas configurações, o arranjo compreende os pelo menos dois aparelhos conectados de modo a espelhar um ao outro, pelo que os ditos pelo menos dois aparelhos são pelo menos funcionalmente conectados por meio de seus eixos centrais. Tal configuração espelhada pode ser ainda definida como tendo os pelo menos dois aparelhos 100, 100A conectados mecanicamente em série (em uma sequência), enquanto a conexão funcional (por exemplo, química) pode ser vista como uma conexão em paralelo (em matrizes).
[00145] Em alguns casos, o arranjo “espelhado” acima mencionado pode ainda ser modificado para incluir pelo menos duas entradas e um módulo de exaustão comum (descarga) colocado, essencialmente, no centro do arranjo.
[00146] Em um aspecto adicional, o uso do aparelho de reator 100, 100A é fornecido para craqueamento térmico ou termoquímico de matéria-prima contendo hidrocarbonetos.
[00147] Em modalidades selecionadas, o reator 100, 100A pode ser configurado para executar pelo menos um procedimento selecionado a partir do grupo que consiste em: processamento de matéria-prima de hidrocarboneto de preferência contendo frações de hidrocarboneto de peso médio e leve; processamento de matéria-prima gaseificada contendo carboidratos, processamento de matéria-prima gaseificada contendo glicerídeo e/ou ácido graxo e processamento de matéria- prima gaseificada de biomassa celulósica. Por meio deste, o reator 100, 100A é configurável para processar materiais de matéria-prima contendo oxigênio derivados de matéria-prima de base biológica, por exemplo. As áreas de aplicação possíveis incluem o refino de matéria à base de biomassa ou derivada de biomassa para produzir combustíveis renováveis em processos como hidrogenação catalítica direta de óleo vegetal ou gorduras animais em alcanos correspondentes, por exemplo. Além disso, o reator pode ser configurado para valorização (aprimoramento ou refinamento de matéria gasosa) de gás de pirólise de base biológica ou gás de síntese.
[00148] Em outro aspecto, um método para realizar reações químicas em um fluido do processo é fornecido, o dito método compreendendo pelo menos as seguintes etapas:
[00149] a. obter um aparelho de reator 100, 100A compreendendo: um eixo central 1 com uma série de rotores axial-radiais montados no mesmo, cada dito rotor compreende uma pluralidade de lâminas de rotor axial-radiais 3 dispostas sobre a circunferência de um disco montado no eixo central, uma pluralidade de palhetas estacionárias 2 dispostas a montante do rotor e um espaço de mistura 4 disposto a jusante do rotor, em que a pluralidade de palhetas estacionárias 2, a pluralidade de lâminas de rotor axial-radiais 3 e o espaço de mistura 4 estabelecem um estágio de processo;
[00150] b. ajustar a velocidade de rotação do rotor para uma velocidade predeterminada ou uma faixa de velocidade para atingir a taxa de fluxo do fluido do processo que satisfaça os requisitos impostos pelo processo;
[00151] c. ajustar um nível de preaquecimento do fluido do processo contendo a matéria-prima e
[00152] d. direcionar um fluxo do fluido do processo contendo a matéria-prima subsequentemente através do pelo menos um estágio tal que, no espaço de mistura, a energia mecânica transmitida ao fluido do processo pelo rotor seja convertida em energia interna do dito fluido do processo, promovendo assim a ocorrência de reações químicas no fluido do processo.
[00153] Pelo ajuste de um nível de preaquecimento do fluido do processo contendo a matéria-prima, a iniciação da reação pode ser controlada com elevada precisão, permitindo assim optimizar o rendimento da reação e a constituição do produto.
[00154] Em algumas modalidades, a matéria-prima compreende hidrocarbonetos. Em alguns casos, a matéria-prima compreende pelo menos uma alimentação de alcano (etano, propano, butano), alimentação de nafta, óleo de gás e/ou qualquer outra alimentação adequada para a produção de hidrocarbonetos, essencialmente de baixo peso molecular, de preferência insaturados, tais como olefinas (etileno, propileno, butileno) e acetileno.
[00155] É preferido que os tempos de permanência e/ou o rendimento sejam individualmente ajustáveis dentro de cada estágio, modificando modularmente a geometria e/ou os parâmetros dimensionais do espaço de mistura 4. Conforme revelado acima, por tal arranjo, o entupimento/coqueificação pode ser evitado ou pelo menos consideravelmente reduzido. Além disso, o ajuste dos tempos de permanência e da entrada de trabalho em estágios particulares permite controlar o rendimento de um produto particularmente preferido da reação.
[00156] Em outras modalidades, a taxa de fluxo do fluido do processo contendo a matéria-prima é ajustável durante a operação. Isso poderia ser implementado por uma configuração de palheta estacionária de ângulo variável, por exemplo. Tal controlabilidade é particularmente importante para controlar os processos em instalações de etileno.
[00157] Em algumas modalidades, o método compreende ainda aumentar a pressão no módulo sem exaustão disposto a montante do módulo de exaustão e/ou no módulo de exaustão.
[00158] Em ainda outras modalidades, o método pode compreender ainda a retirada do fluido do processo do reator 100, 100A por meio de pelo menos uma linha de retirada de fluido 7a e guiar o dito fluido do processo para um sistema de resfriamento 6, no qual o fluido do processo é resfriado, e subsequente orientação do fluido do processo resfriado de volta para o reator por meio de pelo menos uma linha de retorno de fluido 7b.
[00159] É claro para um versado na técnica que, com o avanço da tecnologia, as ideias básicas da presente invenção podem ser implementadas de várias maneiras. A invenção e suas modalidades podem geralmente variar dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims (42)

1. Aparelho (100, 100A) para realizar reações químicas em um fluido do processo caracterizado pelo fato de que compreende: um eixo central (1) com um número de rotores axial-radiais montados no mesmo, cada dito rotor compreende uma pluralidade de lâminas de rotor axial-radiais (3) dispostas sobre uma circunferência de um disco (3) montado sobre o eixo central, uma pluralidade de palhetas estacionárias (2) dispostas a montante do rotor, e um espaço de mistura (4) fornecido como um espaço de mistura sem palhetas e/ou com palhetas disposto a jusante do rotor, em que o espaço de mistura é configurado para converter a energia mecânica transmitida ao fluido do processo pelo rotor em energia interna do dito fluido do processo e para estabelecer condições para que ocorra pelo menos uma reação química no fluido do processo.
2. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos dois rotores montados no eixo central um após o outro.
3. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de palhetas estacionárias (2), a pluralidade de lâminas de rotor axial-radiais (3) e o espaço de mistura (4) estabelecem um estágio do processo, configurado para mediar um ciclo completo de conversão de energia, e em que o aparelho (100, 100A) compreende pelo menos um estágio do processo.
4. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as palhetas estacionárias são palhetas guias de entrada configuradas para dirigir um fluxo do fluido do processo para o rotor em uma direção predeterminada para controlar a capacidade de entrada de trabalho específica do rotor.
5. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as palhetas estacionárias são configuradas para dirigir o fluxo do fluido do processo, com um pré- redemoinho, para o rotor em uma direção essencialmente ao longo de um plano axissimétrico meridional X - r.
6. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as lâminas do rotor são configuradas, mediante rotação do rotor, para receber o fluxo do fluido do processo essencialmente axial vindo das palhetas estacionárias e ainda girar o dito fluxo, com um redemoinho, em uma direção essencialmente radial, assim transmitindo a energia mecânica para o fluido do processo através do aumento da velocidade tangencial do mesmo.
7. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que perfis e dimensões das lâminas do rotor e disposição dos mesmos no disco são configurados para controlar a entrada de energia mecânica para o fluido do processo.
8. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um rotor compreende uma proteção (3b) configurada para cobrir a pluralidade das lâminas do rotor (3).
9. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espaço de mistura é configurado para converter energia cinética ou energia mecânica do fluido do processo em energia interna do dito fluido do processo.
10. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o espaço de mistura (4) é estabelecido por um conduíte que compreende pelo menos uma seção de curva (41), seguida por uma seção de canal de retorno (42).
11. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que geometria e/ou parâmetros dimensionais do espaço de mistura (4) dentro de cada estágio do processo são configurados para serem ajustáveis.
12. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que forma, comprimento, seção transversal e disposição espacial dentro do aparelho de qualquer uma da seção de curva (41) e da seção do canal de retorno (42) dentro do espaço de mistura (4) são ajustáveis.
13. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espaço de mistura (4) ainda compreende pelo menos um componente adicional, incluindo, mas não limitado a uma palheta ou palhetas estacionárias, um dispositivo criador de turbulência, um dispositivo regulador, uma gaze, um guia de fluxo, e uma fenda.
14. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o espaço de mistura (4) compreende um difusor (4b).
15. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o dito difusor (4b) é com palhetas ou sem palhetas.
16. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as dimensões, o alinhamento e a disposição espacial das palhetas estacionárias (2) e/ou das lâminas do rotor (3) variam dentro de cada estágio do processo, como predefinido ou como fabricado.
17. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que, durante o funcionamento do aparelho, as dimensões, o alinhamento e a disposição espacial das palhetas estacionárias (2) e/ou das lâminas do rotor (3) são ajustáveis individualmente dentro de cada estágio do processo.
18. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um alojamento (20) configurado para conter o eixo central e o pelo menos um estágio do processo.
19. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que é configurado como uma estrutura modular, em que o alojamento (20) é estabelecido pelo número de módulos (21, 20A, 20B, 20C, 20D, 22) dispostos um após o outro.
20. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos um módulo sem exaustão (20A, 20B, 20C, 20D) e um módulo de exaustão (22).
21. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o módulo de exaustão (22) compreende pelo menos uma linha de saída (12) para a descarga do fluido do processo disposta na direção circunferencial em relação a um eixo horizontal do aparelho definido pelo eixo central, e em cujo módulo de exaustão o espaço de mistura é um espaço de mistura de exaustão (4a) fornecido dentro da linha de saída.
22. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o módulo de exaustão (22) ainda compreende pelo menos um componente adicional, incluindo, mas não limitando a uma porta de injeção, um tubo, e um tubo de distribuição.
23. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que, dentro da dita estrutura modular, o pelo menos um estágio do processo é estabelecido por o pelo menos um módulo.
24. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um módulo de entrada (21) disposto mais a montante em uma direção de fluxo de fluido e configurado para receber um fluido do processo contendo a matéria- prima através de pelo menos uma linha de entrada (11) disposta em uma direção circunferencial em relação a um eixo horizontal do aparelho definido pelo eixo central.
25. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um estágio do processo é estabelecido pelo módulo de entrada (21) e o módulo de exaustão (22).
26. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o número de módulos dentro da estrutura modular é ajustável por adição, substituição e/ou remoção do pelo menos um módulo sem exaustão (20A, 20B, 20C, 20D) fornecido entre o módulo de entrada (21) e o módulo de exaustão (22).
27. Aparelho (100A), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que um interior do alojamento (20) é configurado para juntar estreitamente as palhetas estacionárias (2), as lâminas do rotor axial-radiais (3) e o espaço de mistura (4).
28. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o alojamento (20) ainda compreende uma porção superior (201) e uma porção inferior (202), como visualizado ao longo de uma seção transversal horizontal do aparelho, e em que a dita porção superior é configurada para abranger pelo menos a seção de curva (41) do canal que forma o espaço de mistura (4) dentro de cada módulo.
29. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que a dita porção superior (201) é ainda configurada para abranger pelo menos uma parte da seção de canal de retorno (42).
30. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que a dita porção superior (201) do alojamento, dentro de cada módulo individual, é configurada destacável e substituível.
31. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é configurado com um número de superfícies catalíticas.
32. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o alojamento (20) é configurado com paredes que têm uma espessura de no máximo 30 mm.
33. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a estrutura e/ou capacidade de controle sobre o funcionamento de cada estágio do processo e/ou de cada módulo é estabelecido independentemente dos outros estágios e/ou módulos.
34. Aparelho (100, 100A), de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que ainda compreende uma instalação adicional de refinaria e/ou de um trocador de calor (6) conectável ao pelo menos um módulo sem exaustão (20A, 20B, 20C, 20D) disposto entre o módulo de entrada (21) e o módulo de exaustão (22).
35. Uso do aparelho como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é para craqueamento térmico ou termoquímico de matéria-prima contendo hidrocarbonetos.
36. Uso, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que é para a execução de pelo menos um procedimento selecionado do grupo que consiste em: processamento de matéria- prima de hidrocarboneto contendo frações de hidrocarbonetos de pesos leve e médio, processamento de matéria-prima gaseificada contendo carboidrato, processamento de matéria-prima gaseificada contendo glicerídeo e/ou ácido graxo e processamento de material gaseificado de biomassa celulósica.
37. Arranjo caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos dois aparelhos, como definidos na reivindicação 1, conectados funcionalmente em paralelo ou em série.
38. Arranjo, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que os pelo menos dois aparelhos são conectados de modo a espelhar um ao outro, pelo que os seus eixos são pelo menos conectados funcionalmente.
39. Método para realizar reações químicas em um fluido do processo caracterizado pelo fato de que compreende: a. obter um aparelho (100, 100A) que compreende: um eixo central (1) com uma série de rotores axial-radiais montados no mesmo, cada dito rotor compreende uma pluralidade de lâminas de rotor axial-radiais (3) dispostas sobre a circunferência de um disco (3a) montado no eixo central, uma pluralidade de palhetas estacionárias (2) dispostas a montante do rotor, e um espaço de mistura (4) disposto a jusante do rotor, em que a pluralidade de palhetas estacionárias (2), a pluralidade de lâminas de rotor axial-radiais (3) e o espaço de mistura (4) estabelecem um estágio de processo; b. ajustar a velocidade de rotação do rotor para uma velocidade ou uma faixa de velocidade predeterminada para atingir a taxa de fluxo do fluido do processo que satisfaça os requisitos impostos pelo processo; c. ajustar um nível de preaquecimento do fluido do processo contendo a matéria-prima; d. dirigir um fluxo de fluido do processo contendo a matéria- prima, subsequentemente, através do pelo menos um estágio, de modo que, no espaço de mistura, a energia mecânica transmitida para o fluido do processo pelo rotor seja convertida em energia interna do dito fluido do processo, assim promovendo a ocorrência de reações químicas no fluido do processo.
40. Método, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de que a matéria-prima compreende hidrocarbonetos.
41. Método, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de que os tempos de permanência e/ou o rendimento são ajustáveis individualmente dentro de cada estágio por modificar modularmente a geometria e/ou os parâmetros dimensionais do espaço de mistura.
42. Método, de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de que a taxa de fluxo do fluido do processo contendo a matéria- prima é ajustável durante o funcionamento.
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