BRPI0417856B1 - Processo para monitorar, controlar e/ou regular as reações de uma mistura de reação fluida, e para incorporar um dispositivo, e, dispositivo para executar o processo - Google Patents

Description

“PROCESSO PARA MONITORAR, CONTROLAR E/OU REGULAR AS REAÇÕES DE UMA MISTURA DE REAÇÃO FLUIDA, E PARA INCORPORAR UM DISPOSITIVO, E, DISPOSITIVO PARA EXECUTAR O PROCESSO” Descrição Trata a presente invenção de um processo para monitorar, controlar e/ou regular as reações de uma mistura de reação fluida em um reator que possui chapas térmicas, e também a um dispositivo para executar o processo.

Na tecnologia de processamento químico, é conhecida uma grande quantidade de reações, especialmente também reações de oxidação parcial, de fluido, qual seja, gasoso, líquido ou gasoso/líquido, misturas de reação, que são executadas na presença de catalisadores heterogêneos em partículas. Tais reações são geralmente exotérmicas, freqüentemente muito exotérmicas. Até o presente, estas eram executadas em escala industrial, predominantemente em reatores de pacote de tubos, com tubos de catalisador, nos quais é introduzido um catalisador heterogêneo em partículas, e através dos quais é conduzida a mistura de reação fluida, e o calor de reação que é liberado é removido indiretamente através de um veículo térmico que circula no espaço entre os tubos catalisadores. O veículo térmico usado é freqüentemente uma liquefação de sal.

Como alternativa, é possível também remover o calor de reação através de um veículo térmico que é conduzido através de transferidores de calor do tipo de chapa. Os termos chapas de trocador de calor, chapas transferidoras de calor e chapas térmicas são usados substancialmente como sinônimos de transferidores de calor do tipo de chapa.

As chapas transferidoras de calor são definidas predomínantemente como estruturas semelhantes a folha que possuem um interior dotado de linhas de entrada e de saída, e que possuem pouca espessura em comparação com a área de superfície. Geralmente são produzidas de folhas metálicas, freqüentemente de folhas de aço. No entanto, dependendo da aplicação, em particular das propriedades do meio de reação e do veículo térmico, especialmente, em particular materiais resistentes a corrosão, ou então revestidos, podem ser usados. Os dispositivos de entrada e de saída para os veículos térmicos geral mente estão dispostos em extremidades opostas das chapas de trocador de calor. Como veículos térmicos freqüentemente é usada água, ou então Diphyl® (mistura de 70 a 75% em peso de éter difenil e de 25 a 30% em peso de difenil), que às vezes evapora numa operação de ebulição; é possível também usar outros veículos térmicos orgânicos que possuem pressão de vapor baixa, e também líquidos iônicos. O uso de líquidos iônicos como veículos térmicos está descrito no pedido de patente alemã DE-A 103 16 418. Dá-se preferência a líquidos iônicos que contêm um ânion de sulfato, fosfato, borato ou silicato. Também são particularmente adequados líquidos iônicos contendo um cátion de metal monovalente, em particular um cátion de metal alcalino, e também um outro cátion, em particular um cátion de imidazol. Também são vantajosos os líquidos iônicos que contêm um cátion de imidazol, piridínio ou fosfônio como o cátion. O termo chapas térmicas é usado em particular para chapas transferidoras de calor cuja folha de metal única, usualmente duas, são juntadas por soldar por pontos e/ou por rolo, e freqüentemente são conformadas usando pressão hidráulica plasticamente para formar bolsas.

No presente contexto, os termos chapa de trocador de calor, chapa transferidora de calor e chapa térmica são usados no sentido da definição acima.

Reatores para executar oxidações parciais com emprego de chapas térmicas são conhecidos, por exemplo, através da DE-A 199 52 964. É descrito um arranjo de um catalisador para executar oxidações parciais em um leito em tomo de chapas transferidoras de calor em um reator. A mistura de reação é alimentada, numa extremidade de reator, ao interior de reator entre as chapas transferidoras de calor, e é removida na extremidade oposta e consequentemente escoa através do espaço entre as chapas transferidoras de calor. O documento DE-C 197 54 185 descreve um outro reator que possui remoção indireta de calor através de um meio de resfriamento que escoa através de chapas transferidoras de calor, as chapas transferidoras de calor sendo projetadas como chapas térmicas que consistem em pelo menos duas chapas de aço unidas entre si em pontos definidos previamente, para formar canais de escoamento.

Um desenvolvimento vantajoso do mesmo está descrito no documento DE-A 198 48 208, segundo o qual chapas transferidoras de calor configuradas como chapas térmicas atravessadas por um meio de resfriamento são combinadas com conjuntos de chapas que possuem, por exemplo, uma seção transversal retangular ou quadrada, e os conjuntos de chapas possuem um invólucro. O conjunto de chapa envolvido não precisa de adaptação no lado circunférico e, consequentemente, é usado com espaçamentos previamente definidos na parede interna do recipiente de reator cilíndrico. As superfícies livres entre a chapa transferidora de calor ou o seu invólucro e a parede interna de recipiente são cobertos por chapas de guia nas regiões superiores e inferiores do invólucro, a fim de evitar que o meio de reação se desvie das câmaras cheias de catalisador.

Um outro reator que possui dispositivos para remover o calor de reação que estão na forma de chapas transferidoras de calor está descrito no documento WO-A 01/85331. O reator, de forma predominantemente cilíndrica, contém um leito de catalisador contínuo, no qual está embutida uma chapa transferidora de calor. O documento DE-A 103 33 866 apresenta a prevenção de problemas que ocorrem devido a deformações que resultam de alta tensão de um lado das chapas térmicas no caso de um diferencial de pressão excessivamente alto entre a mistura de reação e o ambiente externo, e também de problemas de estabilidade mecânica resultantes da mudança de forma sob tensões térmicas elevadas, que podem ocorrer quando a mistura de reação está sob pressão elevada ou pressão reduzida, mediante a provisão de um reator para oxidações parciais de uma mistura de reação fluida na presença de um catalisador heterogêneo em partículas, que possui um ou mais módulos de chapa térmica em forma de paralelepípedo formados, cada um, por duas ou mais chapas térmicas retangulares dispostas paralelamente entre si deixando, em cada caso, uma folga que pode ser enchida com o catalisador heterogêneo em partículas e que são atravessadas pela mistura de reação fluida, o calor de reação sendo absorvido por um veículo térmico que escoa através das chapas térmicas e conseqüentemente escoa, pelo menos parcialmente, que possui um revestimento predominantemente cilíndrico que libera a pressão nos módulos de chapas térmicas, envolve completamente os mesmos e compreende uma camisa e coifas cilíndricas que o fecham em ambas as extremidades e cujo eixo longitudinal está alinhado paralelamente ao plano das chapas térmicas, e que compreende ainda um ou mais elementos de vedação que estão dispostos de uma tal maneira que a mistura de reação fluida, além de escoar através dos espaços internos limitados pelas coifas, escoa apenas através das folgas.

Sendo assim, é um objeto da presente invenção prover um processo para monitorar, controlar e/ou regular as reações de uma mistura de reação fluida que são executadas em um reator que possui chapas térmicas dispostas no seu interior, um catalisador heterogêneo em partículas estando disposto em folgas entre as chapas térmicas e que é atravessado pelo meio de reação, e um veículo térmico que escoa através das chapas térmicas.

Em vista disto, descobriu-se um processo para monitorar, controlar e/ou regular as reações de uma mistura de reação fluida na presença de um catalisador heterogêneo em partículas, em um reator que possui duas ou mais chapas térmicas dispostas na vertical e paralelamente entre si, em cada caso deixando uma folga, o catalisador heterogêneo em partículas estando instalado nas folgas, que compreende selecionar, como um parâmetro de monitoramento, controle e/ou regulagem, uma ou mais temperaturas que são medidas em uma ou mais folgas, em um ou mais pontos de medição que estão distribuídos pela altura de cada folga.

De acordo com a invenção, o parâmetro de monitoramento, controle e/ou regulagem selecionado é uma ou mais temperaturas que são medidas em uma ou mais folgas, em um ou mais pontos de medição que estão distribuídos pela altura de cada folga. Dá-se preferência a adicionalmente selecionar a composição da mistura de reação fluida em uma ou mais folgas como um outro parâmetro de monitoramento, controle e/ou regulagem que é determinado em um ou mais pontos de medição que estão distribuídos pela altura de cada folga.

Para a determinação das condições de operação de reatores, o conhecimento do campo de temperatura no leito de catalisador é de grande importância. Isto se refere à distribuição local da temperatura e também, por exemplo, à grandeza e posição da temperatura máxima (ponto superaquecido). O perfil de temperatura ao longo da trajetória de escoamento do meio de reação também pode ser importante para o controle e regulagem do sistema de reação.

Além da operação no estado estacionário, os preparativos de partida e a paralisação, ou, por exemplo, as condições limites de operação que podem variar com o tempo, mesmo por períodos longos, por exemplo, uma mudança da atividade catalítica (desativação), também precisam ser controlados. Em função das temperaturas medidas, é possível, por exemplo, assegurar uma operação segura, mas também controlar e manter o estado ótimo de operação que é preferido em cada caso. São possíveis conclusões sobre o modo de operação mais favorável, por exemplo, em relação à composição do reagente e a taxa de escoamento do reagente, mas também à temperatura de resfriamento e à produtividade do meio de resfriamento. Além disto, a medição adicional da concentração no leito de catalisador permite monitorar o perfil de substância da reação, e, por exemplo, a cinética de reação também a ser determinada sob condições de operação. Por exemplo, o comportamento de desativação do catalisador também pode ser caracterizado com referência aos perfis de concentração no curso do escoamento atravessante, especialmente junto com os perfis de temperatura, que também podem ser utilizados para controle de reação vantajosa com baixa formação de subprodutos, adaptando a carga de reagente e à taxa de escoamento de processo, ou ainda para melhorar o catalisador e o projeto de reator.

Os inventores reconheceram que é possível determinar o perfil de temperatura no catalisador em partículas que foi introduzido na folga entre duas chapas térmicas pela sua altura, ou seja, o perfil de temperatura ao longo da trajetória de escoamento, e também o perfil de concentração pela altura do catalisador, ou seja, o perfil de concentração ao longo da trajetória de escoamento, ser perturbar o processo pela própria operação de medição.

Com relação às reações químicas de uma mistura de reação fluida na presença de um catalisador heterogêneo em partículas, que podem ser monitoradas, controladas e/ou reguladas pelo processo de acordo com a invenção, em princípio, não há restrições. As reações, de preferência, são aquelas de misturas de reação gasosas, especialmente reações de oxidação ou de oxidação parcial.

Os reatores que possuem chapas térmicas já foram descritos acima.

As chapas térmicas são fabricadas, de preferência, de materiais isentos de corrosão, especialmente aço inoxidável, por exemplo, que possui os materiais de número 1.4541 ou 1.4404, 1.4571 ou 1.4406, 1.4539, ou ainda 1.4547 e 1.4301, ou de outros aços em liga. A espessura de material das folhas metálicas usada para este objetivo pode ser selecionada entre 1 e 4 mm, 1,5 e 3 mm, ou então entre 2 e 2,5 mm, ou de 2,5 mm.

Em geral, duas folhas metálicas retangulares são unidas nos seus lados longitudinais e extremos para formar uma chapa térmica, em cujo caso uma costura de rolo ou uma junta de solda lateral, ou uma combinação de ambos, é possível, de modo que o espaço no qual o veículo térmico é mais tarde colocado é selado de todos os lados. O bordo das chapas térmicas é vantajosamente removido na costura de rolo lateral do bordo longitudinal de modo que a região de bordo, que é pouco resfriada, se o for, e na qual usualmente o catalisador foi instalado, possui uma expansão geométrica muito baixa.

As folhas metálicas são unidas em conjunto usando soldagem por pontos distribuídos pela superfície retangular. Uma conexão pelo menos parcial por costuras retas, ou então curvas, e também de rolo circulares, também é possível. É possível também que o volume escoado através do gás natural seja dividido por costuras de rolo adicionais numa pluralidade de regiões separadas.

Os pontos de soldagem podem ser dispostos sobre as chapas térmicas em fileiras com intervalos eqüidistantes entre os pontos de 30 a 80 mm, ou então de 35 a 70 mm, embora intervalos de 40 a 60 mm também sejam possíveis, e uma outra realização possui intervalos de 45 a 50 mm e também de 46 a 48 mm. Tipicamente, em conseqüência da fabricação, os intervalos entre os pontos variam de até ±1 mm, e os pontos de solda de fileiras imediatamente adjacentes, vistos na direção longitudinal das chapas, estão dispostos, cada um, com um desvio igual à metade de um intervalo entre pontos de solda. As fileiras dos pontos de solda na direção longitudinal das chapas podem ser eqüidistantes, com separações de 5 a 50 mm, ou então de 8 a 25 mm, embora separações de 10 a 20 mm e também de 12 a 14 mm possam também ser usadas. Além disto, a disposição em pares dos intervalos entre pontos de solda e das separações entre fileiras mencionados adaptada ao caso presente também é possível. As separações entre fileiras podem estar numa relação geométrica definida, tipicamente de lA dos intervalos entre pontos ou um pouco menor, de modo que haja uma expansão uniforme definida das chapas térmicas durante a produção. Para intervalos entre pontos e separações entre fieiras predefinidos, é designado um número definido de pontos de solda por unidade de área de superfície de chapa; os valores possíveis vão de 200 a 3000, os valores típicos de 1400 a 2600 pontos de solda por m2 de área de superfície de chapa. Vantajosamente, existem 20 a 35 pontos de solda numa seção de superfície retangular de 5 x intervalo entre pontos de solda por 5 x separação entre fileiras. A largura das chapas térmicas é limitada substancialmente por considerações de tecnologia de fabricação, e pode estar entre 100 e 2500 mm, ou então entre 500 e 1500 mm. O comprimento das chapas térmicas depende da reação, em particular do perfil de temperatura da reação, e pode estar entre 500 e 7000 mm, ou então entre 3000 e 4000 mm.

Em cada caso, duas ou mais chapas térmicas estão dispostas paralelamente e separadas uma da outra para formar um módulo de chapa térmica. Isto resulta em folgas semelhantes a fossa, que se formam entre chapas imediatamente adjacentes, as quais, nos pontos mais estreitos da separação entre chapas, possuem uma largura entre 8 e 150, ou então entre 10 e 100 mm. Uma realização possível compreende também larguras de 12 a 50 mm, ou então entre 14 e 25 mm, embora entre 16 e 20 mm possam também ser selecionadas. Uma separação de folga de 17 mm também foi testada.

Entre as chapas térmicas individuais de um módulo de chapa térmica, por exemplo, no caso de chapas de área de superfície grande, outros espaçadores podem ser instalados a fim de impedir deformações que podem alterar a separação ou posição de chapa. Para instalar estes espaçadores, seções das chapas metálicas podem ser removidas da região de escoamento do veículo térmico, por exemplo, por costuras de rolo circulares ou pontos de solda de maior diâmetro, a fim de, por exemplo, poder introduzir furos no meio das seções nas chapas para espaçadores em forma de haste que podem ser fixados por parafusos ou soldas.

As folgas entre as chapas individuais podem possuir a mesma separação, porém, se for exigido, as folgas podem também ser de larguras diferentes quando a reação assim o permitir, ou a reação desejada o exigir, ou vantagens de dispositivo ou tecnologia de resfriamento podem ser obtidas.

As folgas de um módulo de chapa térmica enchidas com partículas de catalisador podem ser seladas uma em relação a outra, por exemplo, seladas por soldagem, ou então ser unidas em conjunto no lado de processo.

Para ajustar a separação de solda ao unir em conjunto as chapas térmicas individuais para formar um módulo, as chapas são fixadas na sua posição e com separação.

Os pontos de solda de chapas térmicas imediatamente adjacentes podem estar opostos entre si ou desviados um do outro. A invenção apresenta também um dispositivo para executar o processo descrito acima, caracterizado por uma luva disposta na folga entre duas chapas térmicas, de preferência na direção longitudinal, e se abre fora do reator, e que envolve um inserto de medição de temperatura, por exemplo, um ou mais termoelementos que possuem um ou mais pontos de medição.

As chapas térmicas, de preferência, estão dispostas em um ou mais módulos de chapa térmica em forma de paralelepípedo formados por duas ou mais chapas térmicas retangulares dispostas paralelamente entre si deixando, em cada caso, uma folga, os módulos de chapa térmica são completamente envolvidos por um revestimento predominantemente cilíndrico liberador de pressão, que compreende uma camisa e coifas de cilindro que o fecham em ambas as extremidades e cujo eixo longitudinal está alinhado paralelamente ao plano das chapas térmicas, um ou mais elementos de vedação que estão dispostos de uma tal maneira que a mistura de reação fluida, além de escoar através dos espaços internos limitados pelas coifas, escoa apenas através das folgas, e cada módulo de chapa térmica que possui um ou mais insertos de medição de temperatura mutuamente independentes é, de preferência, equipado com dois ou três, mais preferivelmente três, insertos de medição de temperatura.

Pelo fato de que cada módulo dc chapa térmica é equipado com pelo menos um inserto de medição de temperatura independente, cada * módulo de chapa térmica pode ser acessado e monitorado individualmente. E vantajoso prover mais de um inserto de medição de temperatura para cada módulo de chapa térmica, de modo que, em caso de falha de um inserto de medição de temperatura individual, mesmo assim operação segura seja garantida. Quando, em cada caso, são usados três insertos de medição de temperatura por módulo de chapa térmica, é possível manter uma operação segura no caso de execução de testes, manutenção ou falha de um inserto de medição de temperatura, especialmente quando os sinais de temperatura são utilizados funcionalmente em um circuito protetor. A luva, de preferência, é um tubo metálico que possui especialmente um diâmetro externo na faixa de 4 a 15 mm, em particular de 6 a 10 mm, frequentemente de 6 a 8 mm, e mais preferivelmente com uma espessura de parede de 0,8 a 1,5 mm, de preferência de 1 mm. Materiais utilizáveis para a luva são, em princípio, os mesmos materiais que podem ser usados para as chapas térmicas, embora não seja preciso que a luva e as chapas térmicas sejam produzidas do mesmo material. Materiais não-ferrosos também podem ser usados na luva.

De acordo com a técnica anterior, no caso de reatores de pacote de tubos, é necessário, quando as luvas de medição de temperatura ou os insertos de medição de temperatura são introduzidos no leito de catalisador, usar tubos especialmente fabricados que possuem um diâmetro interno maior a fim de possibilitar um perfil de reação equivalente aos tubos de reação normais restantes nestes tubos, e consequentemente uma medição de temperatura representativa.

Embora a disposição habitual de luvas para acomodar elementos medidores em tubos de reação, centralmente, em seu eixo longitudinal, resulte em alta distorção do escoamento e do perfil de temperatura em comparação com os tubos de reação sem luvas instaladas, e conseqüentemente exijam configurações especiais do tubo de reação, da carga de catalisador e também da luva, por exemplo, com uma espessura de parede diferente através de sua seção transversal, ou disposições especiais da luva no tubo de catalisador, conforme descrito no documento DE-A 101 10 847, verificou-se que, surpreendentemente, os reatores que possuem chapas térmicas não exigem necessariamente tais disposições específicas nas folgas entre as chapas térmicas para medir o perfil de temperatura no leito de catalisador. t E necessário apenas dispor o próprio inserto de medição de temperatura ou a luva que envolve o inserto de medição de temperatura na folga, de preferência na direção longitudinal entre duas chapas térmicas. A distância do inserto de medição de temperatura ou da luva a partir das duas chapas térmicas pode, de preferência, em todos os casos, ser a mesma, ou seja, numa realização, o inserto de medição de temperatura é colocado centralmente na folga.

Para introduzir a luva na folga entre as chapas térmicas, é particularmente vantajoso que todas as chapas térmicas possuam o mesmo padrào de pontos de solda e os pontos de solda de chapas térmicas adjacentes sejam mutuamente opostos.

As luvas podem abrir fora do reator tanto acima como abaixo do mesmo. Numa realização preferida, é possível que as luvas abram tanto acima como abaixo do reator. Neste caso, o inserto de medição de temperatura pode ser deslocado continuamente na luva, de modo que uma ilustração contínua do de medição de temperatura possa ser determinada, não apenas medições separadas da temperatura. Com esta finalidade, um elemento de medição individual, porém vantajosamente também um elemento de medição múltipla, que, de forma particularmente vantajosa, que possua separações de medições eqüidistantes, pode ser usado, já que a trajetória de deslocamento necessária para medição ininterrupta do perfil de temperatura é então apenas uma separação de ponto de medição.

As luvas podem ser conduzidas sem costura através da camisa de reator externa, ou então possuir elementos de ligação na região acima dos módulos de chapa térmica carregados de catalisador, ou, no caso de introdução a partir de baixo, abaixo dos módulos de chapa térmica. Numa variante particularmente vantajosa, as luvas são dotadas de pontos . de desconexão no interior do reator, que são projetadas em particular como uma conexão de anel cortante ou anel de aperto, de modo que a montagem se tome consideravelmente mais fácil. O inserto de medição de temperatura geralmente possui uma pluralidade de pontos de medição distribuídos por seu comprimento, e conseqíientemente pela altura da folga. Insertos utilizáveis de medição de temperatura, de preferência, são insertos de múltiplas medições (conhecidos como multitermoelementos), embora todos os outros princípios de medição de temperatura, especialmente os físicos, tais como termômetros de resistência de platina, por exemplo, PT-100 ou PT-1000, termômetros de resistência ou sensores semicondutores também possam ser usados. Dependendo da temperatura de uso, termoelementos apropriados são aqueles especificados nas normas DIN 43710 e DIN EN 60584, de preferência termoelementos do tipo K de acordo com a DIN EN 60584.

Os pontos de medição distribuídos podem ser dispostos eqüidistantemente, mas, de uma forma em especial vantajosa, estão dispostos com uma separação relativamente pequena entre si em regiões de reator que possuem extremos de temperatura previstos e/ou gradientes de temperatura particularmente grandes, e com uma separação relativamente grande entre si nas regiões de reator restantes. O inserto de medição de temperatura vantajosamente possui 5 a 60 pontos de medição, de preferência de 10 a 59 pontos de medição, mais preferivelmente de 15 a 40 pontos de medição e ainda mais preferivelmente de 20 a 30 pontos de medição.

Numa realização preferida, o inserto de medição de temperatura possui 20 pontos de medição e um diâmetro externo de cerca de 3,8 mm, de modo que o inserto de medição de temperatura possa ser instalado numa luva que possui um diâmetro externo de 6 mm ou % de polegada, e um diâmetro interno de 4 mm ou 5/32 de polegada.

Numa outra realização preferida, o inserto de medição de temperatura possui 40 pontos de medição e um diâmetro externo de cerca de 2,5 mm, de modo que o inserto de medição de temperatura possa ser instalado numa luva que possui um diâmetro externo de 5 mm ou 3/16 de polegada, e um diâmetro interno de 3 mm ou 1/8 de polegada.

Numa realização, a luva que envolve o termoelemento pode ser disposta na fronteira lateral da folga entre duas chapas térmicas. A fim de impedir distorção de medição, dá-se preferência, neste caso, a prover um elemento isolante entre a fronteira lateral da folga e a luva, de modo que r possa ser obtido um sinal de temperatura no bordo do leito. E particularmente vantajoso, neste caso, que a luva seja instalada na folga de uma maneira fixa e possa permanecer aí e não seja instalada e removida junto com a carga de catalisador. Neste caso, a luva pode também ser projetada com geometria não-cilíndrica, por exemplo, com uma seção transversal quadrada ou semicircular.

Além disto, é possível também dispor a luva que envolve o inserto de medição de temperatura na folga horizontalmente entre duas chapas térmicas. Isto permite determinar o perfil de temperatura pela seção transversal da folga.

Numa outra realização preferida do dispositivo da invenção, além da luva descrita acima com medição de temperatura, em cada caso, uma luva é provida em uma ou mais folgas e possui perfurações e também pelo menos um tubo de amostragem para introdução no interior da luva, o tubo de amostragem estando disposto aí de tal maneira que a mistura de reação fluida escoe através das perfurações na luva para dentro do tubo de amostragem e seja removida do tubo de amostragem depois, fora do reator, e analisado. A luva usada é geralmente um tubo metálico que, de preferência, possui um diâmetro externo na faixa de 5 a 15 mm, em particular de 8 a 10 mm, e uma espessura de parede, de preferência, de 1 mm. De acordo com a invenção, a luva possui perfurações, ou sejam, orifícios em direção ao espaço de reação, as quais, em princípio, não são restritas no que se refere à forma geométrica. No entanto, dá-se preferência aos orifícios de forma circular. Em particular, também é possível uma forma semelhante a fenda com disposição das fendas na direção longitudinal do tubo de amostragem. As perfurações, de preferência, possuem uma área de superfície total de 1 a 50%, de preferência de 1 a 10%, da área de superfície de camisa total da luva. As perfurações servem para permitir que a mistura de reação fluida escoe para dentro da luva, e com isto entre no tubo de amostragem disposto no interior da luva através de seu orifício. A amostra recolhida do tubo de amostragem fora do reator pode ser analisada, por exemplo, com a instrumentação analítica de fábrica disponível. E possível também recolher amostrar e analisá-las continuamente ou a intervalos de tempo predeterminados. A coleta de amostras pode ser efetuada pela pressão autógena do sistema de reação através de uma válvula reguladora ou dispositivo de transbordamento, ou então por meio de uma bomba ou compressor, ou de um radiador/ejetor, e, neste caso, a amostra pode ser introduzida em um sistema na pressão atmosférica, ou então de pressão reduzida ou elevada, em relação à atmosfera. Dá-se preferência ao controle do sistema analítico, no qual a amostra é introduzida, sob pressão constante, para aumentar a precisão de medição. Dá-se preferência ao controle do sistema analítico, no qual a amostra é introduzida, sob pressão constante, para aumentar a precisão de medição.

Numa realização preferida, a luva perfurada está disposta na folga centralmente. Nesta disposição, a simetria do perfil de escoamento na folga é reduzida a uma extensão particularmente pequena. A instalação pode ser efetuada verticalmente, a partir de cima ou de baio, e a instalação, de preferência, é realizada do mesmo lado do reator que a alimentação para a mistura de reação fluida.

Na realização na qual ambas as luvas são instaladas e a mistura de reação fluida é instalada no reator, em todos os casos a partir de cima, as luvas são vantajosamente dotadas de perfurações apenas na região superior da folga, especialmente até próximo de seu ponto do meio. Como o tubo de amostragem se estende apenas na região superior da luva até o ponto no qual a amostra é recolhida através do orifício com a finalidade de determinar a sua composição, a região vazia da luva disposta abaixo da mesma, se não fosse por isto, constituiría uma derivação para a mistura de reação. Isto é impedido provendo perfurações na luva apenas na região superior da folga.

Similarmente, é possível instalar as luvas e alimentar a mistura de reação fluida ao reator, em todos os casos a partir de baixo, e que um veículo térmico, de preferência, seja conduzido através das chapas térmicas e entre, total ou parcialmente, em ebulição sob condições de reação. O tubo de amostragem pode, de preferência, ser ligado, de uma maneira fixada, à luva de modo que o orifício do tubo de amostragem fique disposto diretamente sobre uma perfuração da luva, e os orifícios do tubo de amostragem e da luva assim se superponham.

Numa outra realização preferida, o tubo de amostragem está disposto na luva perfurada de uma maneira rotativa e possui pelo menos dois orifícios dispostos sobre a sua superfície de camisa deslocados de tal maneira que a mistura de reação fluida escoe sempre para o tubo de amostragem apenas através de um dos orifícios. Os orifícios do tubo de amostragem, de preferência, estão dispostos como fendas na sua direção longitudinal, o que dá mais espaço para manobra ao casar os orifícios de luva e de tubo de amostragem.

Esta realização permite recolher amostras de uma pluralidade de pontos que estão distribuídos pela altura da folga por intermédio de um único tubo de amostragem.

Segundo uma outra variante preferida, cada tubo de amostragem possui pelo menos duas, de preferência de duas a quatro, câmaras separadas entre si, cada um possuindo um orifício pelo qual escoa a mistura de reação fluida através das perfurações da luva, e a mistura de reação fluida é removida separadamente a partir de cada câmara, e analisada. As câmaras podem estar dispostas adjacente ou concentricamente entre si. A formação de duas ou mais câmaras separadas entre si nos tubos de amostragem aumenta o número de pontos de medição nos quais podem ser colhidas amostras da mistura de reação fluida.

Faz-se referência particularmente à realização na qual um tubo de amostragem é dotado de uma pluralidade de câmaras e é adicionalmente disposto de uma maneira rotativa em tomo de seu eixo longitudinal. Isto permite que duas ou mais, preferivelmente quatro, fendas deslocadas entre si recebam a mistura de reação fluida a ser distribuída, e neste caso a mistura de reação fluida escoa em cada câmara sempre, em todos os casos, através de apenas um orifício. Esta realização aumenta ainda mais o número de pontos de medição nos quais podem ser colhidas amostras da mistura de reação fluida.

Segundo uma outra realização preferida, dois ou mais tubos de amostragem são providos e são conectados, cada um, de uma maneira fixa, à luva, de tal modo que o orifício de cada tubo de amostragem seja disposto diretamente sobre uma perfuração da luva, e os tubos de amostragem individuais se abrem na folga, cada um numa altura diferente. Além disto, é possível também configurar a própria luva como um tubo de amostragem provendo perfurações apenas nos pontos nos quais há uma conexão direta, em cada caso, com um tubo de amostragem, e provendo ainda uma única outra perfuração na luva em um ponto diferente da abertura do tubo de amostragem, através da qual escoa para dentro a mistura de reação fluida. O processo de acordo com a invenção e o dispositivo assim tomam possível o conhecimento preciso dos eventos de reação reais e as temperaturas reais, de preferência também a temperatura que é crucial para o ponto superaquecido, de uma maneira simples, utilizando instrumentação analítica de fábrica disponível. Isto permite operação substancialmente mais próxima do limite de carga do catalisador; o catalisador pode consequentemente ser melhor utilizado, ao mesmo tempo impedindo danos causados por formação indesejável de pontos superaquecidos. Além disto, com o conhecimento dos eventos de reação reais, a atividade catalítica pode ser configurada espacialmente na folga de uma maneira variável, conjugada aos eventos de reação reais. Isto protege o catalisador, especialmente em regiões sob maiores tensões térmicas, e assim ajusta mais favoravelmente o seu envelhecimento para fins de utilização mais duradoura e mais vantajosa.

Além disto, o reator pode ser operado de forma substancialmente mais uniforme, o que permite que a seletividade global das reações que se realizam no seu interior seja influenciada positivamente. Além disto, a adaptação da atividade catalítica aos eventos de reação reais permite reduzir a quantidade necessária de veículo térmico. A invenção está ilustrada em detalhe abaixo com referência aos desenhos.

As figuras individuais mostram: Figura 1 uma seção de um reator que possui chapas térmicas com uma luva disposta centralmente em corte longitudinal, com ilustração em seção transversal na figura 1 A, Figura 2 uma seção através de uma outra realização com a luva disposta lateralmente, em corte longitudinal, com ilustração em seção transversal na figura 2A, Figura 3 uma outra realização com a luva disposta horizontalmente na folga, em corte longitudinal, com ilustração em seção transversal na figura 3A e ilustração de detalhes na figura 3B, Figura 4 uma seção de uma outra realização com uma luva dotada de perfurações, em corte longitudinal, com ilustração em seção transversal na figura 4A, Figura 5 a ilustração esquemática para a instalação de uma luva inventiva em um módulo de chapa térmica, e Figura 6 uma vista esquemática de distribuições preferidas de pontos de solda na superfície de chapas térmicas.

Nas figuras, números de referência idênticos indicam características idênticas ou correspondentes. A figura 1 mostra uma vista esquemática de uma seção de um reator que possui chapas térmicas 1 com uma folga intermediária 2 na qual foi introduzido o leito de catalisador fixado. Na realização preferida mostrada, uma luva 3 está disposta centralmente na folga 2 e envolve um termoelemento 4, o qual, à título de exemplo, possui 4 pontos de medição. A luva 3 e o termoelemento 4 se projetam para fora do reator através de uma tubeira na camisa de reator. A ilustração em seção transversal da figura IA mostra o formato geométrico cilíndrico da luva 3 com o termoelemento 4 disposto no seu interior. A ilustração esquemática da figura 2 mostra um seção de um reator na direção longitudinal, na região da folga 2 entre duas chapas térmicas que não são mostradas. Na folga 2, na sua fronteira lateral 6, está disposta uma luva 3 que possui o termoelemento 4. Entre a luva 3 e a fronteira lateral da folga 2 é provido um elemento isolante 5. A ilustração em seção transversal da figura 2 mostra as chapas térmicas 1, inclusive a sua fixação à fronteira lateral 6, e também o desenho cilíndrico da luva 3 com o termoelemento 4 e o desenho de encaixe de forma do elemento isolante 5. A figura 3 mostra uma vista esquemática de uma seção de uma outra realização com disposição horizontal de uma luva 3 com o termoelemento 4 numa folga 2. Na vizinhança de sua extremidade que se projeta para dentro da folga, a luva possui perfurações 7, através das quais podem ser retiradas amostras da mistura de reação. A ilustração esquemática da figura 4 mostra um seção longitudinal através de uma outra realização que apresenta uma luva 3 com perfurações 7 na luva 3 para colher amostras para dentro de tubos de amostragem 8. A luva 3 com os tubos de amostragem 8 se projeta para fora do reator além da tubeira 9. A ilustração em seção transversal da figura 4A mostra a realização da luva 3 em seção transversal, com um orifício 7 e um tubo de amostragem 8. A figura 5 mostra uma vista esquemática de um reator que possui chapas térmicas paralelas 1 com folgas intermediárias 2. À título de exemplo, a luva 3 é mostrada e se projeta para dentro de uma folga 2 entre duas chapas térmicas 1, em sua direção longitudinal, e que se abre por fora do reator através de uma tubeira 9 na camisa de reator, A figura 6 mostra duas distribuições preferidas de pontos de solda na superfície de chapas térmicas: em cada caso, é mostrada uma seção de superfície retangular de uma chapa térmica 1 que corresponde a cinco vezes o intervalo entre pontos de solda no eixo horizontal, e cinco vezes a separação entre fileiras no eixo vertical, A ilustração de cima da figura 6 mostra uma distribuição preferida de pontos de solda em um total de 33 pontos de solda na seção de superfície mostrada de uma chapa térmica 1 que possui cinco vezes o intervalo entre pontos de solda, e cinco vezes a separação entre fileiras, e a ilustração de baixo mostra uma outra disposição preferida que possui 25 pontos de solda numa seção de superfície com as mesmas dimensões.

Claims (29)

1. Processo para monitorar, controlar e/ou regular as reações de uma mistura de reação fluida na presença de um catalisador heterogêneo em. partículas, em um reator que possui duas ou rnaís chapas térmicas (l) dispostas na vertical e paralelamente entre si, em cada caso deixando uma folga (2), o catalisador heterogêneo em partículas estando instalado nas folgas (2), e a mistura de reação fluída sendo conduzida através das folgas (2), caracterizado pelo fato de que compreende selecionar, como um parâmetro de monitoramento, controle e/ou regulagem, uma ou mais temperaturas que são medidas em uma ou mais folgas (2), em um ou mais pontos de medição que estão distribuídos pela altura de cada folga (2).

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição da mistura de reação fluida em uma ou mais folgas (2) é selecionada como um outro parâmetro de monitoramento, controle c/ou regulagem e é determinada em um ou mais pontos dc medição que estão distribuídos pela altura de cada folga (2).

3. Dispositivo para executar o processo como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma luva (3) está disposta na folga (2) e se abre fora do reator, e, em cada caso, envolve um inserto de medição de temperatura (4) que possui um ou mais pontos de medição.

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a luva estar disposta na folga (2) na direção longitudinal.

5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que as chapas térmicas (1) estão dispostas em: um ou mais módulos de chapa térmica em forma de paralelepípedo formados, cada um, por duas ou mais chapas térmicas retangulares (1) dispostas paralelamente entre si deixando, em cada caso, uma folga (2) os módulos de chapa térmica são completamente envolvidos por um revestimento predominantemente cilíndrico que libera pressão, que compreende uma camisa cilíndrica e coifas que o fecham em ambas as extremidades e cujo eixo longitudinal está alinhado paralelamente ao plano das chapas térmicas (1). um ou mais elementos de vedação que estão dispostos de uma tal maneira que a mistura de reação fluida, além de escoar através dos espaços internos limitados pelas coifas, escoa apenas através das folgas (2), e cada módulo de chapa térmica que possui um ou mais insertos de medição de temperatura (4) mutuamente independentes é, de preferência, equipado com dois ou três, mais preferivelmente três, insertos de medição de temperatura (4).

6. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo fato de que o inserto de medição de temperatura (4) é um elemento de medição múltipla, de preferência um multitermoelemento.

7. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que a luva, de preferência, é um tubo metálico que possui especialmente um diâmetro externo na faixa de 4 a 15 mm, preferivelmente de 6 a 10 mm, mais preferivelmente de 6 a 8 mm, e ainda preferivelmente possui uma espessura de parede de 0,8 a 1,5 mm, de preferência de 1 mm.

8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 7, caracterizado pelo fato de que a luva (3) possui um ou mais pontos de desconexão no interior do reator.

9. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 8, caracterizado pelo fato de que os pontos de medição do inserto de medição de temperatura (4) estão dispostos com uma separação relativamente pequena entre si em regiões de reator que possuem extremos de temperatura previstos e/ou gradientes de temperatura particularmente grandes, e com uma separação relativamente grande entre si nas regiões de reator restantes.

10. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 9, caracterizado pelo fato de que a luva (3) que envolve o inserto de medição de temperatura (4) se abre tanto acima como abaixo do reator, de tal maneira que o inserto de medição de temperatura (4), o qual, de preferência, é equipado com pontos de medição eqüidistantes, possa ser deslocado continuamente na luva (3) para medição ininterrupta do perfil de temperatura.

11. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 10, caracterizado pelo fato de que o inserto de medição de temperatura (4) possui 5 a 60 pontos de medição, de preferência de 10 a 50, mais preferivelmente de 15 a 40 e ainda mais preferivelmente de 20 a 30 pontos de medição.

12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o inserto de medição de temperatura (4) possui 20 pontos de medição e um diâmetro externo de cerca de 3,8 mm, e a luva (3) possui um diâmetro externo de 6 mm ou Va de polegada, e um diâmetro interno de 4 mm ou 5/32 de polegada.

13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o inserto de medição de temperatura (4) possui 40 pontos de medição e um diâmetro externo de cerca de 2,5 mm, e a luva (3) possui um diâmetro externo de 5 mm ou 3/16 de polegada, e um diâmetro interno de 3 mm ou 1/8 de polegada.

14. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 13, caracterizado pelo fato de que a luva (3) está disposta na folga (2) centralmente na direção longitudinal.

15. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 13, caracterizado pelo fato de que a luva (3) está disposta na fronteira lateral (6) da folga (2).

16. Dispositivo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que um elemento isolante é provido entre a fronteira lateral (6) da folga (2) e a luva (3), a luva (3), de preferência, é instalada na folga (2) de uma maneira fixa, e a luva (3), mais preferivelmente, possui uma seção transversal quadrada ou semicircular.

17. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 ou 5 a 13, caracterizado pelo fato de que a luva (3) está disposta na folga (2) horizontalmente.

18. Dispositivo para executar o processo como definido na reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que, além do dispositivo definido em qualquer uma das reivindicações 3 a 16, em cada caso uma luva (3) é provida em uma ou mais folgas (2) e possui perfurações (7) e também pelo menos um tubo de amostragem (8) para introdução na luva (3) de uma tal maneira que a mistura de reação fluida escoe através das perfurações (7) na luva (3) para o tubo de amostragem (8) e seja removida do tubo de amostragem (8) fora do reator e analisada.

19. Dispositivo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o tubo de amostragem (8) está ligado, de uma maneira fixada, à luva (3) de modo que um orifício do tubo de amostragem (8) fique disposto diretamente sobre uma perfuração (7) da luva (3).

20. Dispositivo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o tubo de amostragem (8) está disposto na luva perfurada (3) de uma maneira rotativa e possui pelo menos dois orifícios dispostos sobre a sua superfície de camisa deslocados de tal maneira que a mistura de reação fluida escoe sempre para o tubo de amostragem (8) apenas através de um dos orifícios.

21. Dispositivo de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que os orifícios do tubo de amostragem (8) são projetados com fendas na sua direção longitudinal.

22. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 21, caracterizado pelo fato de que cada tubo de amostragem (8) possui 2 ou mais, de preferência de 2 a 4, câmaras separadas entre si, cada um possuindo um orifício pelo qual escoa a mistura de reação fluida através das perfurações (7) da luva (3), e a mistura de reação fluida é removida separadamente a partir de cada câmara, e analisada.

23. Dispositivo de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que as câmaras estão dispostas adjacente ou concentricamente entre si.

24. Dispositivo de acordo com a reivindicação 21 ou 22, caracterizado pelo fato de que o tubo de amostragem (8) que possui uma pluralidade de câmaras é projetado para ser rotativo em tomo de seu eixo longitudinal.

25. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 a 24, caracterizado pelo fato de que dois ou mais tubos de amostragem (8) são providos e são conectados, cada um, de uma maneira fixa, à luva (3), de tal modo que o orifício de cada tubo de amostragem (8) seja disposto diretamente sobre uma perfuração (7) da luva (3), e os tubos de amostragem individuais (8) se abrem na folga (2), cada um numa altura diferente.

26. Dispositivo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a própria luva (3) é projetada como um tubo de amostragem (8).

27. Processo para incorporar um dispositivo como definido em qualquer uma das reivindicações 3 a 17 e/ou como definido em qualquer uma das reivindicações 18 a 26 em um reator, caracterizado pelo fato de que o(s) dispositivo(s) está/estão instalado(s) do mesmo lado do reator que a alimentação para a mistura de reação fluida.

28. Dispositivo de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o(s) dispositivo(s) está/estão instalado(s) e a mistura de reação fluida é alimentada no reator, em cada caso, a partir de cima, e a luva (3) tem perfurações (7) somente na região superior da folga (2), especialmente até cerca do ponto médio da folga (2).

29. Dispositivo de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o(s) dispositivo(s) está/estão instalado(s) e a mistura de reação fluida é alimentada no reator, em cada caso, a partir de baixo, e um veículo térmico é, de preferência, conduzido através das chapas térmicas (1) e, total ou parcialmente, se evapora sob condições de reação. RESUMO “PROCESSO PARA MONITORAR, CONTROLAR E/OU REGULAR AS REAÇÕES DE UMA MISTURA DE REAÇÃO FLUIDA, E PARA INCORPORAR UM DISPOSITIVO, E, DISPOSITIVO PARA EXECUTAR O PROCESSO” É proposto um processo para monitorar, controlar e/ou regular as reações de uma mistura de reação fluida na presença de um catalisador heterogêneo em partículas em um reator que possui duas ou mais chapas térmicas (1) dispostas na vertical e paralelamente entre si, em cada caso deixando uma folga (2), o catalisador heterogêneo em partículas estando instalado nas folgas (2), e a mistura de reação fluida sendo conduzida através das folgas (2), que compreende selecionar, como um parâmetro de monitoramento, controle e/ou regulagem, uma ou mais temperaturas que são medidas em uma ou mais folgas (2), em um ou mais pontos de medição que estão distribuídos pela altura de cada folga (2).