BRPI0613275A2 - método de separação e conjunto para correntes de processo em unidades de separação de componentes - Google Patents

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BRPI0613275A2
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John H Glover
Peter G Ham
Krishna K Rao
Stephen J Mcgovern
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Crystaphase International Inc
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Abstract

MéTODO DE SEPARAçãO E CONJUNTO PARA CORRENTES DE PROCESSO EM UNIDADES DE SEPARAçAO DE COMPONENTES. Trata-se de um método e um conjunto para a utilização de material sólido celular de células abertas em uma unidade de separação de componentes para separar uma ou mais correntes de processo em correntes de processo de componentes têm composições desejadas. Um método e um conjunto para a utilização do dito material sólido celular de células abertas para separar correntes de processo em correntes de processo de componentes desejadas em uma unidade de separação de componentes, em que o material sólido celular de células abertas pode incluir óxidos, carbetos, nitretos, boretos, cerâmica, metais, polímeros, e materiais de deposição de vapor químico.

Description

MÉTODO E CONJUNTO DE SEPARAÇÃO PARA CORRENTES DE PROCESSO EMUNIDADES DE SEPARAÇÃO DE COMPONENTES
Pedidos de Patente Correlatos
O presente pedido de patente é uma continuação-em-partedo Pedido de Patente Norte-americano número de série 10/396.851,depositado em 25 de março de 2003.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Campo da Invenção
A invenção refere-se a um método de execução dafiltração de contaminantes de corrente de processo. Em um outroaspecto, a presente invenção refere-se a um método para prover adistribuição do fluxo de correntes de processo em unidades deprocesso. Em ainda um outro aspecto, a presente invenção apresentaa filtração ou a distribuição do fluxo, ou ambos, enquantocatalisa simultaneamente pelo menos uma reação para remover pelomenos parcialmente e/ou converter determinadas espécies químicasdentro da corrente de processo. Em ainda um outro aspecto, apresente invenção refere-se a um método e um conjunto parautilizar pelo menos um material sólido celular em uma unidade deseparação' de componentes para separar uma ou mais correntes deprocesso em uma corrente de processo de um ou mais componentes quetenha composições desejadas.
2. Descrição da Técnica Correlata
Os contaminantes em correntes de processo podem serpejudiciais aos processos e também às unidades de processo. Oscontaminantes podem danificar unidades de processo, resultandopotencialmente em um incidente ambiental ou de segurança. Oscontaminantes também podem danificar processos ao diminuir aseficiências dentro dos processos., ao interromper a produção, aoafetar as especificações dos produtos, ou algo do gênero. Oscontaminantes podem ser encontrados em todos os tipos de correntesde processo, tais como correntes de alimentação, correntes dedescarga, ou correntes de efluentes. Os contaminantes podem afetarvários tipos de unidades de processo, tais como reatores,extratores, colunas de destilação, depuradores, tratadores de gásde descarga, incineradores, trocadores, caldeiras, condensadores,e outros ainda.As unidades de processo podem ser configuradas demaneira tal que as correntes de processo na unidade fluamverticalmente para baixo ou para cima, ou ambos. Alternativamente,as correntes de processo na unidade podem fluir radialmente docentro para fora ou da parte externa da unidade ao centro, ouambos.
Os reatores são um tipo de unidade de processo. Muitosreatores incluem partícula de catalisador sólidas distintascontidas em um ou mais leitos fixos. Os leitos de catalisador sãotipicamente muito eficientes na captura de contaminantes nascorrentes de processo alimentadas no leito de catalisador. Taisleitos de catalisador, no entanto, podem ficar rapidamenteentupidos por esses contaminantes presos. Quando o leito ficaentupid, a queda de pressão através da unidade de processo seeleva, resultando em uma parada prematura eventual da unidade deprocesso.
Para mitigar em parte esse problema, as unidades déprocesso de leito de catalisador, assim como as unidades deprocesso que não de leito de catalisador, são normalmentesuplementadas com leitos de materiais de retenção convencionaisque são um pouco menos resistentes ao entupimento. Esses leitos demateriais de retenção convencionais ficam tipicamente localizadosna entrada da unidade de processo. No caso de unidades de processode leito de catalisador, os leitos de materiais de retençãoconvencionais são tipicamente inertes às reações no leito decatalisador. Esses leitos de materiais de retenção convencionaispodem ser um pouco eficazes na captura ou na filtração de todos oualguns contaminantes tais como sujeira, óxido de ferro, sulfeto deferro, asfaltenos, finos de coque, finos de catalisador, sais,impurezas ácidas, sedimentos ou outros materiais particuladosestranhos arrastados na corrente de processo que estão entrando,dentro ou saindo da unidade de processo. A captura doscontaminantes deve impedir que o material indesejável entupa ouenvenene ou então prejudique a unidade de processo. Quando essesleitos de materiais de retenção convencionais são inertes, elessão feitos tipicamente de materiais de cerâmica convencionais naforma de pelotas, anéis, selas ou esferas, e tipicamente devem serresistentes ao esmagamento, a altas temperaturas e/ou altaspressões. Embora esses leitos de materiais de retençãoconvencionais possam ser um pouco eficazes ao impedir que aunidade de processo seja entupida, os próprios leitos de materiaisde retenção convencionais ficam eventualmente entupidos.
Os leitos de materiais de retenção convencionaistambém podem facilitar a distribuição do fluxo da corrente deprocesso em uma direção perpendicular ao fluxo da corrente deprocesso através da unidade de processo. Tal comportamento seráaqui indicado como a distribuição de fluxo perpendicular. Como umexemplo, em um a unidade de processo de fluxo ascendente oudescendente, o fluxo da corrente de processo é na direção axial ea distribuição de fluxo perpendicular é na direção radial.
Para aumentar a eficiência dos leitos de materiais deretenção convencionais, camadas graduadas desses materiais emtamanhos e em formas diferentes junto com discos perfurados, oucestas de tela, são utilizadas para impedir que a unidade deprocesso fique entupida com contaminantes tais como sujeira, óxidode ferro, sulfeto de ferro, asfaltenos, finos de coque, finos decatalisador, sedimentos, ou um outro material particulado estranhoarrastado.
Os leitos de materiais de retenção convencionaisexpostos aos contaminantes na entrada de uma unidade de processoficarão eventualmente entupidos com contaminantes. À medida queisto acontece, a queda de pressão através da unidade de processoaumenta, resultando na parada eventual da unidade. Quando istoacontece em unidades de processo de leito de catalisador, é típicoque uma parte do próprio leito de catalisador fique um pouco oucompletamente entupida com contaminantes. Depois de tal parada daunidade de processo, a retirada, ou remoção, da parte entupida domaterial de retenção convencional, bem como da parte entupida doleito de catalisador, é requerida.
Além do entupimento por contaminantes na corrente deprocesso, a polimerização de precursores de polímeros, porexemplo, diolefinas, encontrados nas correntes de processoalimentadas nas unidades de processo de leito de catalisador podetambém sujar, colar ou entupir tais unidades de processo.Particularmente, dois mecanismos de polimerização, a polimerizaçãode radical livre e a polimerização do tipo condensação, podemfazer com que o leito de catalisador fique sujo, colado ouentupido. Foi verificado que a adição de antioxidantes paracontrolar a polimerização de radical livre é útil onde a correntede processo encontra o oxigênio. A polimerização de condensação dediolefinas ocorre tipicamente depois que uma carga baseada emcomponentes orgânicos é aquecida. Portanto, a filtração antes dacorrente de processo entrar na unidade de processo de leito decatalisador pode não ser útil para remover essas sujeiras enquantoas reações de polimerização ocorrem geralmente na unidade.
É altamente desejável que se tenha materiais deretenção que não apenas entupam com contaminantes mas filtrem demaneira eficiente e eficaz os contaminantes da corrente deprocesso. A eficiência refere-se à porcentagem de contaminantesremovidos por tais materiais da corrente de processo, bem como àgama de tamanhos dos contaminantes que podem ser removidos portais materiais. A eficácia refere à extensão que tais materiaisnão impedem o fluxo da corrente de processo descontaminada atravésdos materiais de retenção. Tais materiais devem remover de maneiradesejável virtualmente todos os contaminantes dentro de uma amplagama de tamanhos da corrente de processo, enquanto não causam umaumento inaceitável da queda de pressão através da unidade deprocesso. Também é altamente desejável que se tenha materiais deretenção que promovem a distribuição de fluxo perpendicular. Ométodo da presente invenção para a filtração e a distribuição defluxo para correntes de processo, quando comparado com os métodosanteriormente propostos da técnica anterior, tem as vantagens deconferir uma filtração altamente eficiente e altamente eficaz doscontaminantes; aumentar a vida e a atividade dos catalisadores nasunidades de processo de leito de catalisador; diminuir as perdasde catalisador; intensificar as seletividades do produto, aumentaro rendimento/produtividade, permitindo a otimização daconfiguração da unidade de processo; incrementar a distribuição defluxo perpendicular das correntes de processo nas e dentro dasunidades de processo e eliminando a necessidade de colocar asunidades de processo fora de linha quando os leitos de materiaisde retenção convencionais tiverem entupido até o ponto em que aqueda de pressão através das unidades tiver se elevado até níveisinaceitáveis. Esses benefícios resultarão em economias de custo decapital e operacionais, tempo de paralisação reduzidos, melhordesempenho da unidade de processo e maior tempo de operação daunidade de processo.
As deficiências dos leitos de materiais de retençãoconvencionais são que eles não são particularmente eficientes nemparticularmente eficazes como filtros. Os leitos de materiais deretenção convencionais são tipicamente eficientes na remoção dealguns contaminantes da corrente de processo por um período detempo limitado. Os contaminantes caputurados dessa maneira sãotipicamente aqueles de aproximadamente 50 mícrons e maiores. Aeficácia dos leitos de materiais de retenção convencionais sofredevido a entupimentos eventuais, o que impede o fluxo da correntede processo descontaminada através dos leitos de materiais deretenção convencionais e conduz a um aumento inaceitável na quedade pressão da unidade de processo. Além disso, os leitos demateriais de retenção convencionais parecem capturar oscontaminantes dentro de aproximadamente as seis mais altas a dozepolegadas de profundidade. Leitos mais profundos de materiaisconvencionais da retenção não aumentam a capacidade de capturadesses materiais. Portanto, a técnica tem buscado métodos defiltração que removem os contaminantes particulados menore do que50 micra, que filtram os contaminantes particulados enquantopermitem o fluxo livre das correntes de processo descontaminadassem nenhum aumento significativo na queda de pressão da unidade deprocesso e têm uma capacidade de filtração que aumenta com aprofundidade do leito, independentemente da profundidade do leito.
As desvantagens associadas com os desenhos e os métodosde distribuição de fluxo perpendicular atuais em unidades deprocesso podem resultar na distribuição pobre dentro da unidade deprocesso. O entupimento ou outra obstrução, tal como aquelacausada por contaminantes particulados ou pelos produtos dereações de polimerização indesejadas, também podem causar uma mádistribuição. A má distribuição pode resultar em contornearcanalização e em desvio correspondente de partes da unidade deprocesso, em redução na eficiência da remoção de contaminante e naredução na eficiência da unidade. Normalmente, um problema de mádistribuição também é evidenciado pelos chamados pontos quentes datemperatura. Tais pontos quentes podem, por exemplo, conduzir auma coqueificação aumentada e uma atividade reduzida nas unidadesde processo de leito de catalisador. Além dos problemas de mádistribuição e de coqueificação, o aumento na queda de pressãopode causar avarias no catalisador em conseqüência do atrito.
Portanto, a técnica tem buscado um método de distribuição de fluxoperpendicular que possa distribuir a corrente de processo maisuniformemente dentro da unidade de processo, conferir umafiltração eficiente dos contaminantes, reduzir a ocorrência depontos quentes, minimizar o atrito do catalisador, e reduzir asujeira causada por reações de polimerização indesejadas.
As Patentes Norte-americanas números 6.258.900 e6.291.603, ambas as quais são aqui incorporados a titulo dereferência em suas totalidade, descrevem materiais de cerâmicareticulados que são utilizados para filtrar e distribuir correntesde alimentação orgânicas em um reator químico. Existe umanecessidade quanto a capacidades de filtração e distribuição defluxo para outros tipos de correntes de processo além dascorrentes baseadas em componentes orgânicos e para outros tipos deunidades de processo além dos reatores químicos.
É desejável para os métodos de filtração e distribuiçãode fluxo para todas as correntes de processo e todas as unidadesde processo aumentar a eficiência de filtração e a eficácia dosmateriais utilizados para remover os contaminantes das correntesde processo, melhorar a distribuição de fluxo perpendicular dentrodas unidades de processo, ter a extensão do funcionamento daunidade determinado por fatores que não o aumento da queda depressão, minimizar as quedas de pressão através do equipamento deprocesso, e maximizar a segurança do processamento e minimizar osproblemas ambientais que derivam da canalização e da mádistribuição de fluxo do leito de catalisador, os pontos quentesda temperatura e as paradas e partidas da unidade de processo.
As unidades de separação de componentes são um tipoespecífico de unidade de processo que é utilizada tradicionalmenteem laboratórios, usinas piloto e instalações industriais paraseparar as correntes de processo em correntes de processo decomponentes que têm composições desejadas. No que diz respeito aqualquer unidade de separação de componentes, uma "corrente deprocesso" pode se referir a uma corrente de alimentação,"correntes de processo de componentes" podem se referir acorrentes do produto da unidade, e "fases" podem se referir àsfases liquida ou de vapor individuais dentro da unidade. Durante aseparação de componentes, uma fase que se move em uma direção euma fase que se move na direção oposta são. contatadas uma com aoutra dentro da unidade de separação de componentes para efetuar atransferência de massa na interface entre as fases. A separação decomponentes é executada em conseqüência dessa transferência demassa. Em conseqüência da transferência de massa, uma ou maiscorrentes de processo são separadas para formar uma ou maiscorrentes de processo de componentes, cada uma das quais contendocomposições desejadas. Tipicamente, uma pluralidade de bandejase/ou elementos de acondicionamento é posicionada dentro da unidadepara facilitar o contato entre as fases e a transferência de massaentre as fases. As bandejas são tipicamente empilhadashorizontalmente umas com respeito às outras, ao passo que oselementos de acondicionamento são carregados aleatoriamente ouformados como uma forma estruturada. Os elementos deacondicionamento carregados aleatoriamente geralmente não têmnenhuma orientação especifica uns em relação aos outros, ao passoque os elementos estruturados tem uma forma total especifica e umaorientação relativa.
Os exemplos de unidades de separação de componentesincluem, por exemplo, unidades de destilação, unidadescromatográficas, adsorvedores, extratores, e as combinaçõesdestes. As unidades de destilação concretizam a separação decomponentes com base nas diferenças nos pontos de ebulição daespécie presente nas correntes de processo alimentadas na unidade.As unidades de destilação incluem, por exemplo, colunas,fracionadores, divisores, unidades semi-contínuas, unidadescontinuas, unidades de vaporização, unidades de destilação debatelada, separadores, retificadores, unidades de destilaçãoextrativa, unidades de destilação azeotrópica, e unidades dedestilação a vácuo. Os adsorvedors e os extratores são unidades decontato nas quais as fases de vapor e de liquido são contatadas ea separação de componentes desejada é concretizada com base naafinidade dos componentes em uma fase com os componentes na outrafase. Por exemplo, uma corrente de processo que contém oscomponentes AeB pode incorporar tal unidade em uma posição,enquanto uma outra corrente de processo que contém C podeincorporar a unidade em uma outra posição. Uma dessas correntes étipicamente liquida, enquanto a outra pode ser liquida ou vapor. Éagora suposto que o componente B tem uma afinidade muito maior como componente C do que com o componente A. 0 contato intimo dasduas correntes em uma unidade de contato adequadamente desenhada eoperada irá resultar na criação de uma corrente do produto quecontém o componente A essencialmente sem nenhum componente B e umasegunda corrente do produto que contém o componente C eessencialmente todo o componente Β. 0 uso comercial de tal unidadepode ser orientado pela dificuldade de separar diretamente B de Aversus separar B de C. Neste exemplo, a primeira corrente doproduto deve ser denominada dessorvente e a segunda corrente doproduto deve ser denominada adsorvente. Os exemplos específicos deunidades adsorvedoras incluem adsorvedores contínuos, adsorvedoresde balanço da temperatura, adsorvedores de balanço da pressão,adsorvedores de balanço de purga/concentração, e bombeamentoparamétrico. Os extratores são unidades de contato nas quais asfases líquidas imiscíveis são contatadas e a separação doscomponentes é concretizada ao utilizar um agente de separação demassa. No exemplo acima, o componente C na segunda corrente deprocesso deve ser o agente de separação de massa. Um exemplo deuma unidade extratora é uma unidade de extração de compostosaromáticos em que uma corrente de hidrocarboneto que contém umaespécie aromática e uma espécie não-aromática são contatadas comum agente de separação de massa tal como sulfolano ou morfolina, eo contato eficiente desses dois líquidos imiscíveis resulta naextração da espécie aromática da corrente de hidrocarboneto para acorrente que contém o agente de separação de massa. As unidades deseparação de componentes também podem incluir uma zona demateriais cataliticos para facilitar as reações químicas desejadasna unidade de separação de componentes. Os exemplos destas incluemunidades de destilação reativa e unidades de destilação extrativa.Os exemplos de elementos internos de unidades convencionaisutilizados para concretizar ou intensificar a separação emunidades de separação de componentes incluem, por exemplo,bandejas, anéis ou selas compactados aleatoriamente,acondicionamento estruturado que tem malhas, monólitos, gazes eoutros ainda, coletores, distribuidores, tubos de descenso,limpadores de parede, grades de suporte e placas de sustentação.
Dentro de uma unidade de separação de componentes, háum contato íntimo repetido entre a fase de ascenção e a fase dequeda. Esse contato é facilitado pelas bandejas e/ou materiais deacondicionamento. Cada seção das bandejas ou a profundidade domaterial de acondicionamento pode representar aproximadamente umnúmero de "estágios teóricos" de separação. Os elementos internosda unidade de separação de componentes são desenhados eposicionados dentro da unidade de separação de componentes paraproduzir o número apropriado de "estágios teóricos" que irãoefetuar a separação desejada.
Em unidades de destilação, o contato repetido entre asfases resulta finalmente em uma fase de vapor que consiste em umaespécie de maior volatilidade e menor ponto de ebulição e uma faselíquida que consiste em uma espécie de menor volatilidade e maiorponto de ebulição. Essa transferência de massa entre as fases édirigida pelas diferenças entre os pontos de ebulição das espéciesnas fases. As espécies com pontos de ebulição mais baixos seelevam e os componentes com pontos de ebulição mais elevados caem.Com a criação de ums ou mais fases da composição desejada, umaparte da fase de vapor é recuperada tipicamente como uma correntede processo componente superior, e a parte remanescente écondensada e passada como uma fase de refluxo de volta para aunidade de destilação para mais transferência de massa. Do mesmomodo, uma parte da fase líquida é recuperada como uma corrente deprocesso de componentes inferior, e a parte remanescente é fervidanovamente (isto é, vaporizada) e retornado à unidade de destilaçãopara mais transferência de massa. Além disso, uma ou maiscorrentes de processo de componentes pode ser recuperada daunidade de destilação em qualquer posição entre o alto e o fundoda unidade de destilação.
Nas unidades de separação de componentes, é altamentedesejável obter uma separação eficaz eficiente e econômica dentroda unidade. Também é altamente desejável obter uma baixa queda depressão dentro da unidade e um número baixo de HETP (alturaequivalente a uma placa teórica (ou estágio)) para a unidade. 0grau de separação atingido pela unidade pode ser afetado, entreoutros fatores, pela proporção de contato entre as fases, pelonúmero de bandejas utilizadas, pela quantidade e tipo de materialde acondicionamento utilizado, pela temperatura e pressão em que aunidade é operada, e pelas diferenças entre os pontos de ebuliçãoou outras características relevantes da separação das espéciescontidas dentro das fases. A separação também pode ser afetada,por exemplo, pelo desenho das bandejas, pelo uso de distribuidoresna unidade promover a distribuição uniforme das fases através daárea em seção transversal da unidade, e pelo desenho dos materiaisde acondicionamento.
Os materiais de acondicionamento da técnica anteriordentro das unidades de separação de componentes foram carregadosou estruturados aleatoriamente. Foi demonstrado que oacondicionamento aleatoriamente carregado ou "frouxo", emboramenos dispendioso do que o material de acondicionamentoestruturado, tem uma elevada queda de pressão ou característicasde baixa transferência de massa, e sofre uma pobre distribuição defases que resulta em uma fraca eficiência de separação na unidade.Além disso, as unidades da técnica anterior que utilizarambandejas ou materiais de acondicionamento "frouxos" provaram sersuscetíveis à corrosão e sujeira e conferiam uma separaçãoineficiente. Em conseqüência disto, a tecnologia deacondicionamento frouxo da técnica anterior deu lugar aodesenvolvimento da tecnologia de acondicionamento estruturadoaltamente projetado. Os materiais de acondicionamento estruturadospodem conferir uma eficiência melhorada ou de separação; noentanto, a manufatura de material de acondicionamento estruturadorequer maquinários sofisticados, perícia de engenharia ehabilidades de fabricação para desenhar unidades maiores até aperfeição. Além disso, esses materiais são geralmente mais carosde fabricar e requerem mais tempo de paralisação da unidade para ainstalação do que o acondicionamento aleatório. Mesmo que sejammais caros, os materiais de acondicionamento estruturados sãonormalmente utilizados no lugar do acondicionamento aleatórioporque eles conferem taxas mais elevadas de produção do que asunidades existentes devido às melhores características de queda depressão e de transferência de massa. 0 uso de materiais deacondicionamento estruturado, no entanto, ficou geralmentelimitado aos processos que não são sujeitos a sujeira ou corrosão.O acondicionamento estruturado é mais caro e difícil de instalar,e desse modo não é economicamente atraente o seu uso nos processosonde a sujeira ou a corrosão devem precisar de uma substituiçãomais freqüente.
Conseqüentemente, antes do desenvolvimento da presenteinvenção, não havia nenhum método e aparelho para separar ascorrentes de processo em correntes de processo de componentes quetêm composições desejadas em uma unidade de separação decomponentes que propicia as características e/ou os níveisdesejáveis de: separação eficiente em um valor baixo de HETP;queda de pressão relativamente baixa; resistência à sujeira e/ou àcorrosão; custos baixos de fabricação e de instalação; facilidadede substituição; e desempenho e produção totais melhorados.Portanto, a técnica tem buscado um método e um aparelho paramelhorar a separação de correntes de processo em correntes deprocesso de componentes desejadas através da destilação, adsorçãoe/ou extração que: não cause quedas de pressão relativamentegrandes; exiba uma separação mais eficiente a' um número baixo deHETP; requerira desenho, fabricação, instalação, operação emanutenção menos complexos e dispendiosos, resista à sujeira e àcorrosão, possa ser facilmente substituído e exiba um desempenho euma produção melhorados totais.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO
De acordo com a invenção, as vantagens acima foramobtidas através do presente método de filtração de uma corrente deprocesso, para distribuir uma corrente de processo dentro de umaunidade de processo e para executar um ou ambos enquanto catalisasimultaneamente as reações desejadas. Ainda uma outra realizaçãoda invenção é a separação de uma ou mais correntes de processo emuma ou mais correntes de processo de componentes que temcomposições desejadas em uma unidade de separação de componentesutilizando formas especificas de materiais sólidos celulares.CELLDIST será o nome utilizado para identificar as formasespecificas dos materiais sólidos celulares utilizados na presenteinvenção. Os materiais de CELLDIST são sólidos celularestridimensionais. Os sólidos celulares são materiais quecompreendem componentes ou materiais sólidos e células. ("Células"e "poros" são, para a finalidade da pesente aplicação, sinônimos).O material sólido pode compreender cerâmicas, metais, polímeros, eas misturas destes. As células podem ser abertas ou fechadas, ouuma combinação de ambas. As células abertas têm janelas na célulae as ditas janelas são de um tamanho igual ou menor do que aotamanho da própria célula. Os materiais de células abertas têmpassagens entre as células através das janelas na célula. Osmateriais de células fechadas não têm nenhuma janela e nenhumapassagem entre as células. Há duas formas estruturais básicas desólidos celulares: bidimensionais e tridimensionais. Os sólidoscelulares bidimensionais têm células que são transladadas em duasdimensões. Estas formam tipicamente canais paralelos não-interconectados. As colméias e os monólitos são exemplos desólidos celulares bidimensionais. Há duas formas estruturaisbásicas de sólidos celulares tridimensionais: periódicos eestocásticos. Os sólidos celulares periódicos tridimensionais sãocaracterizados por uma unidade de célula que é transladada portoda a estrutura com periodicidade tridimensional. Os exemplosincluem disposições de células ordenadas tais como esferas e ocase estruturas de treliça e retícula. Os sólidos celularesestocásticos têm uma geometria tridimensional com variação detamanhos e de formas das células. Esses materiais não podem sercaracterizados por uma unidade de célula repetida simples. Aaleatoriedade da topologia desses materiais conduz à etiqueta"estocástica". Um exemplo de um sólido celular estocástico decélulas abertas é espuma de cerâmica. Os materiais de CELLDIST nãoprecisam ser puramente estocásticos nem puramente periódicos natopologia. Os materiais de CELLDIST podem ser intencional ouinvoluntariamente uma combinação dos dois, este último devido àimprecisão da natureza quando passa a alcançar uma periodicidadeperfeita e a oportunidade em algum nível de formular materiaisestocásticos que têm alguma semelhança de periodicidade. Ossólidos celulares com células substancialmente abertas também sãochamados de materiais reticulados.
Os materiais de CELLDIST também devem preencher osrequisitos de separação. Os requisitos de separação da presenteinvenção são orientados pela necessidade de obter uma capacidadesatisfatória, o contato de fases e a queda de pressão em unidadesde separação de componentes. Os requisitos de separação requeremque os materiais de CELLDIST exibam células suficientementeabertas e de densidade relativamente baixa. Reconhecendo aexistência possível de uma quantidade de células fechadas nomaterial de CELLDIST, as células suficientemente abertas têmjanelas em célula abertas suficientes de maneira tal que o tamanhomédio da janela é maior do que 10% do tamanho das células médias(incluindo células abertas e fechadas), de preferência com umamédia de mais de 40% do tamanho da célula média.A densidaderelativa é a densidade do sólido celular dividida pela densidadedo próprio material sólido. A densidade relativa é baixa se for50% ou menos, de preferência 30% ou menos.
De acordo com a invenção, as unidades de separação decomponentes são um tipo específico de unidade de processoutilizado para separar correntes de processo em uma ou maiscorrentes de processo de componentes que têm composiçõesdesejadas. No que diz respeito a qualquer unidade de separação decomponentes, uma "corrente de processo" pode se referir a umacorrente de alimentação, "correntes de processo de componentes"podem se referir a correntes do produto da unidade e "fases" podemse referir às fases individuais de líquido ou de vapor dentro daunidade. Os exemplos das unidades de separação de componentescorrespondentes à invenção incluem, por exemplo, unidades dedestilação, adsorvedores, extratores, e as combinações destes.Durante a separação de componentes, por exemplo, em uma unidade dedestilação, uma fase que se move em uma direção e uma fase que semove na direção oposta são contatadas uma com a outra dentro daunidade de separação de componentes para efetuar a transferênciade massa na interface entre as fases. Durante a separação decomponentes, por exemplo, em uma unidade de adsorção, atransferência de massa é executada ao fazer com que a espéciedesejada de uma ou mais fases fluidas seja adsorvida na superfíciede materiais sólidos apropriadamente ativados, incluindo osmateriais de CELLDIST, acondicionados dentro da unidade. Durante aseparação de componentes, por exemplo, em uma unidade de extração,as fases fluidas são contatadas dentro da unidade para obter atransferência de massa desejada entre as fases. A separação decomponentes é concretizada em conseqüência dessa transferência demassa. Como conseqüência da transferência de massa, uma ou maiscorrentes de processo são separadas para formar uma ou maiscorrentes de processo de componentes, cada uma das quais temcomposições desejadas.
Os exemplos das unidades de separação de componentescorrespondentes à invenção incluem, por exemplo, unidades dedestilação, adsorvedores, extratores, e as combinações destes. Asunidades de destilação executam a separação de componentes combase nas diferenças nos pontos de ebulição da espécie presente nascorrentes de processo alimentadas na unidade. As unidades dedestilação incluem, por exemplo, colunas de destilação,fracionadores, divisores, unidades semi-contínuas, unidadescontínuas, unidades de vaporização, unidades de destilação debatelada, separadores, retificadores, unidades de destilaçãoextrativa, unidades de destilação azeotrópica, e unidades dedestilação a vácuo, e as combinações destes.Os adsorvedores e osextratores são unidades de contato nas quais uma ou mais fases defluido são contatadas e a separação de componentes desejada éconcretizada com base na afinidade dos componentes em uma fase comos componentes na outra fase ou os materiais adsorventes sólidosapropriadamente ativados acondicionados na unidade. Por exemplo,uma corrente de processo que contém os componentes AeB podeincorporar tal unidade em uma posição enquanto uma outra correntede processo que contém C pode incorporar a unidade em uma outraposição. Uma dessas correntes é tipicamente liquida, ao passo quea outra pode ser liquida ou vapor. Supondo agora que o componenteB tem uma afinidade muito maior com o componente C do que com ocomponente A. 0 contato intimo das duas correntes em uma unidadede contato apropriadamente desenhada e operada irá resultar nacriação de uma corrente do produto que contém o componente A semessencialmente nenhum componente B e uma segunda corrente doproduto que contém o componente C e essencialmente todo ocomponente Β. 0 uso comercial de tal unidade pode ser orientadopela dificuldade de separar diretamente B de A contra a separaçãode B de C. Os exemplos específicos de unidades adsorvedorasincluem adsorvedores contínuos, adsorvedores de balanço detemperatura, adsorvedores de balanço de pressão, adsorvedores debalanço de purga/concentração, e bombeamento paramétrico. Osextratores são unidades de contato nas quais as fases líquidasimiscíveis são contatadas e a separação de componente éconcretizada utilizando um agente de separação. No exemplo acima,o componente C na segunda corrente de processo deve ser o agentede separação. Um exemplo de uma unidade extratora é uma unidade deextração de compostos aromáticos em que uma corrente dehidrocarboneto que contém ambas a espécie aromática e a espécienão-aromática é contatada com um agente de separação de massa talcomo sulfolano ou morfolina e o contato eficiente desses doislíquidos imiscíveis resulta na extração de essencialmente toda aespécie aromática da corrente de hidrocarboneto na corrente quecontém o agente de separação de massa. As unidades de separação decomponentes também podem incluir uma zona de materiais catalíticospara facilitar as reações químicas desejadas na unidade deseparação de componentes. Os exemplos destes incluem unidades dedestilação reativa e unidades de destilação extrativa.
A presente invenção apresenta vantajosamente um métodode remoção dos contaminantes de uma corrente de processocontaminada. 0 método é executado de preferência ao passar acorrente de processo por uma pluralidade de elementos reticuladosem uma unidade de processo. Os elementos reticulados sãoacondicionados aleatoriamente na unidade de processo de umamaneira tal que há um espaço vazio significativo entre cadaelemento reticulado para intensificar a filtração doscontaminantes em uma superfície dos elementos reticulados enquantopermite que a corrente de processo descontaminada passedesimpedida através da pluralidade de elementos reticulados. Umasuperfície pode incluir uma superfície interna e uma superfícieexterna. Os elementos reticulados produzidos de acordo com apresente invenção terão uma área de superfície mais internadisponível para a filtração do que a área de superfície externa.
Os elementos reticulados podem incluir materiais de espuma emateriais de monólitos. Os materiais de espuma têm geralmente umpadrão aleatório, ao passo que os monólitos têm um padrão maisuniforme. Os elementos reticulados podem ser feitos de todos osmateriais comercialmente disponíveis, por exemplo, aluminaendurecida com zircônia, geralmente conhecida como ZTA. A ZTA estádisponível, em uma espuma de cerâmica, junto à Fiber Ceramics,Inc., sediada em Cudahy, Wisconsin. Um outro tipo apropriado decerâmica é um monólito, o qual é manufaturado pela Corning, Inc.,sediada em Corning, New York. A corrente de processo pode ser umacorrente líquida, uma fase de vapor, ou uma combinação de ambas asfases, e os contaminantes podem incluir sujeira, óxido de ferro,sulfeto de ferro, asfaltenos, finos de coque, fuligem, finos decatalisador, impurezas ácidas, sedimentos ou outra matériaparticulada estranha arrastada, sais em colunas de destilação,materiais particulados em correntes de gás, ou enxofre ou sulfetosde unidades de gás de descarga. A corrente de processo também podeser uma corrente de processo baseada em componentes orgânicos. Oselementos reticulados devem ser providos em uma quantidadesuficiente para remover alguns ou todos os contaminantes dacorrente de processo. Uma outra característica da presenteinvenção pode incluir a etapa de provisão da corrente de processodescontaminada para processamento adicional.
Mais particularmente, a invenção refere-se a umprocesso para melhorar a qualidade de corrente das correntes deprocesso que entram nas unidades de processo. Um exemploexemplificador inclui a melhora da qualidade de corrente dascorrentes de processo baseadas em componentes orgânicos que seguempara as unidades de processo de leito catalítico. De preferência,as unidades de processo de leito catalitico utilizam leitos decatalisadores fixos de elementos sólidos distintos. As unidades deprocesso de leito catalitico podem incluir um hidrotratador, umhidrorefinador, um hidrocraqueador, um reformador, e reatores dealquilação, desalquilação, isomerização, oxidação, esterificação epolimerização. As partículas sólidas distintas do catalisadorpodem ser contidas em um ou mais leitos fixos e em um desenho defluxo ascendente, fluxo descendente ou de fluxo radial.
Além das unidades de processo de leito catalitico, oselementos reticulados da presente invenção podem ser utilizadospara remover os contaminantes de outros tipos de equipamentos deprocesso. Tais equipamentos de processo pode incluirincineradores, depuradores, tratadors de gás de descarga, ecolunas de destilação e todas as unidades de manufatura queoperarem em uma forma contínua. Quando utilizados para remover oscontaminantes em uma coluna de destilação, os elementosreticulados podem ser colocados no fundo, ou em qualquer posiçãointerna, na coluna de destilação para agir como um filtro pararemover os sais ou outros contaminantes do processo de destilação.
A remoção dos sais ou dos outros contaminantes irá reduzir a quedade pressão através da torre, permitir uma maior eficiência deseparação na coluna, e aumentar o tempo entre as paralisaçõesrequeridas tipicamente para remover esses sais ou outroscontaminantes da coluna.
A presente invenção também apresenta vantajosamente ummétodo de distribuição de fluxo perpendicular em unidades deprocesso. Esse método de distribuição de fluxo perpendicularinclui a provisão de um ou mais elementos reticulados na unidadede processo. Quando somente um elemento reticulado é utilizado,ele é tipicamente suficientemente grande para transpor eficazmentea unidade de processo. Quando múltiplos elementos reticulados sãoutilizados, eles são arranjados tipicamente em um leitoaleatoriamente acondicionado. Independentemente da configuraçãodos elementos reticulados, cada elemento reticulado tem umapluralidade de membros de rede que definem uma pluralidade depassagens de fluxo através do elemento reticulado. Uma corrente deprocesso contatada com a pluralidade de elementos reticulados ésubdividida, portanto, em uma pluralidade de correntes de fluidomenores mediante a passagem da corrente de processo através dapluralidade de passagens de fluxo definidas pelos membros de redede cada elemento reticulado. Os fluxos de corrente de processoatravés das passagens de fluxo dentro dos elementos reticulados eatravés dos espaços vazios entre os elementos reticulados quandomúltiplos elementos reticulados são utilizados resultam nadistribuição de fluxo eficaz perpendicular ao fluxo da corrente deprocesso através da unidade de processo. Esse método pode seraplicado às correntes de processo que estão entrando na unidade deprocesso, em qualquer posição dentro da unidade de processo, nasaída da unidade de processo, ou qualquer combinação dessasposições. Esse método pode ser aplicado às correntes de processoenquanto é simultaneamente provida a filtração dos contaminantesda corrente de processo. Esse método pode ser aplicado àscorrentes de processo enquanto são simultaneamente executadas asreações catalíticas para remover parcial ou totalmente ouconverter as espécies químicas desejadas na corrente de processo.
Uma característica adicional da presente invenção podeincluir a etapa de utilização dos elementos reticulados em umavariedade de formas. As formas podem incluir esferas de formatossubstancialmente esféricos, monólitos, quadrados, anéis deraschig, selas, cilindros ocos, discos perfurados, discos, folhassimples, e cilindros sólidos, entre outros. Cada forma pode serdimensionada às especificações individuais. Os tamanhos para asformas utilizadas podem incluir esferas substancialmente esféricascom diâmetros de aproximadamente 1/8 a 2 polegadas; monólitos comlarguras de aproximadamente 1/8 a 2 polegadas e comprimentos deaproximadamente 1/8 a 2 polegadas; quadrados com larguras deaproximadamente 1/8 a 2 polegadas e comprimentos deaproximadamente 1/8 a 2 polegadas; anéis de raschig com diâmetrosinternos de aproximadamente 1/8 a 1 polegada e diâmetros externosde aproximadamente 1/4 a 1 1/2 polegada, e alturas deaproximadamente 1/4 a 2 polegadas; formas de selas com raios deaproximadamente 1/4 a 2 polegadas; cilindros ocos que têmdiâmetros internos de aproximadamente 1/8 a 1 H polegada,diâmetros externos de aproximadamente H a 2 polegadas, e alturasde aproximadamente k a 3 polegadas; e cilindros sólidos que têmdiâmetros de aproximadamente 1/8 a 1 polegada e alturas deaproximadamente H a 2 polegadas. Os discos de uma única peçafeitos sob medida ou a construção de uma folha simples podem seradaptados à configuração física de um reator. Uma característicaadicional deste aspecto da presente invenção é que os elementosreticulados podem ser formados como um disco ou uma folha simples,cada um contendo opcionalmente perfurações. Uma característicaadicional da presente invenção é que os elementos reticuladosquando construídos podem ser formados em uma pluralidade desegmentos a fim de formar uma folha montada ou disco que éadaptado à configuração física do reator.
Uma característica adicional da presente invenção podeincluir a etapa de utilização dos elementos reticulados em umavariedade de porosidades e tamanhos de poros. Os elementosreticulados podem ser manufaturados de uma maneira tal que tenhamuma porosidade de muitos poros por polegada ("ppi"). Por exemplo,isto significa que um elemento reticulado de 30 ppi, quandoexaminado por um elemento versado na técnica, tem em média 30poros por polegada. Uma vez que há aproximadamente 25 milímetrospor polegada, os tamanhos de poros de tal material devem estarabaixo de um milímetro. 0 tamanho de poro neste contexto é otamanho geral da cavidade do poro, reconhecendo que os poros nãosão esferas perfeitas. Um outro elemento importante do tamanho doporo é o tamanho da abertura da janela no poro. É essa medida quedetermina o tamanho da maior partícula que é presa ou filtradadentro do poro. A faixa de porosidade dos elementos reticulados dapresente invenção é de aproximadamente 4 a aproximadamente 800ppi. Isto permite a padronização do tamanho e da forma doselementos reticulados para as restrições de aplicação incluindorestrições de carga de materiais particulados e queda de pressão.Os poros dos elementos reticulados podem estar em uma faixa deaproximadamente 6 milímetros a aproximadamente 100 micra, em quecada um é definido por uma pluralidade de membros de rede queformam uma pluralidade de passagens de fluxo através dos elementosreticulados. A área de superfície desses materiais pode variarmesmo se o valor de ppi permanecer constante.Uma característica adicional da presente invenção podeincluir a etapa de utilização dos elementos reticulados comtamanhos de poros diferentes na mesma unidade de processo de modoa remover os materiais contaminantes de uma ampla gama detamanhos. Os materiais da presente invenção podem filtrarcontaminantes até' aproximadamente 1 mícron no tamanho. Osmateriais de retenção comercialmente disponíveis têm capacidade decapturar partícula de até aproximadamente 50 micra no tamanho.
Uma outra característica da presente invenção apresentavantajosamente a provisão de uma pluralidade de elementosreticulados em um comprimento inteiro de uma unidade de processo.
A pluralidade de elementos reticulados pode ser combinada por todaa unidade de processo com um catalisador, com múltiploscatalisadores ou com outros materiais, tais como materiais deacondicionamento estruturados, e outros ainda.
De acordo com um outro aspecto da presente invenção, aetapa de contato da corrente de processo contaminada com oselementos reticulados pode incluir a deposição de um catalisadornos elementos reticulados antes de contatar a corrente de processocontaminada. Uma outra característica deste aspecto da presenteinvenção pode incluir o uso de elementos reticulados como umsubstrato que tem um revestimento substancialmente uniforme de umcatalisador selecionado que inclui um revestimento de aluminaporosa com um metal do Grupo VI-B ou um metal do Grupo VIII, ouambos. De preferência, o metal do Grupo VI-B é o molibdênio, e depreferência o metal do grupo VIII é o níquel ou o cobalto. Commais preferência, o metal do Grupo VI-B e o metal do Grupo VIIIsão impregnados nos elementos reticulados. O método da presenteinvenção é útil para estender a vida útil do leito de catalisador.
Os elementos reticulados cataliticamente ativos podem serutilizados para reagir diolefinas ou outros precursores depolímero e também agir como um filtro e como um distribuidor defluxo. Com a filtração de sólidos e a reação parcial de todos osprecursores de polímero, por exemplo, diolefinas, a sujeira docatalisador é reduzida eficazmente, ampliando o tempo defuncionamento do reator.De acordo com um outro aspecto da presente invenção, ométodo de filtração pode incluir a etapa de filtração do materialparticulado sólido ou sedimentos que são formados dentro de umaunidade de processo a fim de reduzis a sujeira ou o entupimento doequipamento a jusante. Este aspecto da presente invenção podeincluir as etapas de provisão de um ou mais elementos reticulados;contato de uma corrente de processo que contém o materialparticulado ou os sedimentos com os elementos reticulados; remoçãodo material particulado ou dos sedimentos da corrente de processo;e provisão de uma corrente de processo relativamente livre demateriais particulados ou sedimentos para processamento adicional.
Os elementos reticulados podem ficar localizados em uma ou maisposições dentro da unidade de processo ou na saida da unidade deprocesso, ou uma combinação de ambos. Esse método de remoção dossedimentos também pode ser utilizado em colunas de destilação pararesultar uma corrente de processo relativamente livre desedimentos para processamento adicional. O método da presenteinvenção para a filtração de correntes de processo em unidades deprocesso de leito catalitico, quando comparado com os métodos datécnica anterior, tem as vantagens de reduzir o volume dosmateriais de retenção requeridos; abaixar os custos de capital;melhorar a filtração da matéria particulada sólida das correntesde alimentação; diminuir a queda de pressão através do sistema;aumentar o tempo de funcionamento do reator; permitir o uso decatalisadores que têm uma atividade mais elevada, abaixando oscustos operacionais; aumentar a segurança do processo; e reduziiros problemas ambientais.
De acordo com um outro aspecto da invenção, asvantagens acima também foram obtidas através do presente aparelhoe método para separar pelo menos uma corrente de processo em umaou mais correntes de processo de componentes que têm composiçõesdesejadas utilizando materiais de CELLDIST em uma unidade deseparação de componentes.
O método pode incluir as etapas de provisão demateriais de CELLDIST na unidade de separação de componentes,posicionamento dos materiais de CELLDIST dentro de pelo menos umazona da unidade de separação de componentes (indicada em seguidacomo a "unidade"), introdução de duas ou mais fases da corrente deprocesso na zona que contém os materiais de CELLDIST, contato dasduas ou mais fases ou na superfície dos materiais de CELLDIST ouperto da mesma para facilitar a transferência de massa, erecuperação de pelo menos uma parte de uma ou mais das fases daunidade como uma ou mais correntes de processo de componentes, emque as correntes de processo de componentes têm uma composiçãodesejada.
Uma característica da presente invenção é que as fasestêm composições desejadas ao s] deixarem a zona de material deCELLDIST. Uma ou mais correntes de processo de componentes podemser recuperadas de uma ou mais posições entre o topo da unidade eo fundo da unidade. Em uma realização, a superfície do material deCELLDIST pode ter uma área de superfície de até aproximadamente4.000 metros quadrados por metro cúbico do material de CELLDIST naunidade. De preferência, a superfície do material de CELLDIST temuma área de superfície na faixa de aproximadamente 250-4.000metros quadrados por metro cúbico do material de CELLDIST naunidade.
Em um aspecto, o componente sólido dos materiais deCELLDIST na unidade pode ser selecionado do grupo que consiste emóxidos, carbonetos, nitretos, boretos, um material de cerâmica, ummaterial metálico, um material polimérico e um material dedeposição de vapor químico, ou as combinações destes. O materialde CELLDIST também pode ser formado de um material resistente àcorrosão ou predominantemente de carboneto de silício.
Uma característica da presente invenção é que a unidadede separação de componentes pode incluir ambos os materiais deCELLDIST e um ou mais materiais internos convencionais da unidade.As correntes de processo que incorporam a unidade podem sercorrentes de vapor, correntes líquidas, ou uma combinação deambas. Uma ou mais fases contidas dentro da unidade podem serpassadas através um ou mais zonas do material de CELLDISTinstaladas dentro da unidade.
De acordo com um outro aspecto da presente invenção, ummétodo de alteração da composição de pelo menos uma corrente deprocesso em uma unidade de separação de componentes pode incluir oposicionamento de pelo menos um leito do material de CELLDISTdentro de uma unidade, criação de duas ou mais fases desejadas depelo menos uma corrente de processo, passagem das duas ou maisfases através de pelo menos um leito do material de CELLDIST, pormeio do que a composição das duas ou mais fases é mudada enquantopassa através do material de CELLDIST, produzindo desse modo pelomenos uma corrente de processo de componentes com uma composiçãodesejada, e recuperando pelo menos uma corrente de processo decomponentes da unidade. Uma característica da invenção é que umaou os mais correntes de processo de componentes é recuperada dasposições entre o topo da unidade e o fundo da unidade. Em umaspecto, o leito ou leitos do material de CELLDIST são adaptados àconfiguração em seção transversal da unidade. Em um outro aspecto,o leito ou leitos do material de CELLDIST compreendem umapluralidade de elementos aleatoriamente acondicionados.
De acordo com um outro aspecto da presente invenção, ummétodo de alteração da composição de pelo menos uma corrente deprocesso através da destilação em uma unidade de destilação podeincluir o posicionamento de pelo menos um leito do material deCELLDIST dentro de uma unidade de destilação, criando fasesdesejadas de pelo menos uma corrente de processo, a passagem dasfases através de pelo menos um leito do material de CELLDIST, pormeio do que a composição das fases é mudada enquanto passa atravésdo material de CELLDIST, produzindo desse modo pelo menos umacorrente de processo de componentes com uma composição desejada, ea recuperação de pelo menos uma corrente de processo decomponentes da unidade de destilação. Uma característica dainvenção é que uma ou mais correntes de processo de componentes érecuperada das posições entre o topo da unidade de destilação e ofundo da unidade de destilação. Em um aspecto, o leito ou leitosdo material de CELLDIST são adaptados à configuração em seçãotransversal da unidade de destilação. Em um outro aspecto, o leitoou leitos do material de CELLDIST compreendem uma pluralidade deelementos de CELLDIST aleatoriamente acondicionados.
De acordo com um outro aspecto da presente invenção, ummétodo de alteração da composição de pelo menos uma corrente deprocesso através da adsorção em um adsorvedo pode incluir oposicionamento de pelo menos um leito do material de CELLDISTdentro de um adsorvedor, a criação de duas ou mais fases desejadasde pelo menos uma corrente de processo, a passagem das duas oumais fases através de pelo menos um leito do material de CELLDIST,por meio do que a composição das duas ou mais fases é mudadaenquanto passa através do material de CELLDIST, produzindo dessemodo pelo menos uma corrente de processo de componentes com umacomposição desejada, e a recuperação de pelo menos uma corrente deprocesso de componentes do adsorvedor. Uma característica dainvenção é que uma ou mais corrente de processo de componentes sãorecuperadas das posições entre o topo do adsorvedor e o fundo doadsorvedor. Em um aspecto, o leito ou leitos do material deCELLDIST são adaptados à configuração em seção transversal doadsorvedor. Em um outro aspecto, o leito ou leitos do material deCELLDIST compreendem uma pluralidade de elementos de CELLDISTaleatoriamente acondicionados.
De acordo com um outro aspecto da presente invenção, ummétodo de alteração da composição de pelo menos uma corrente deprocesso através da extração em um extrator pode incluir oposicionamento de pelo menos um leito do material de CELLDISTdentro de um extrator, a criação de fases desejadas de pelo menosuma corrente de processo, a passagem das fases através de pelomenos um leito do material de CELLDIST, por meio do que acomposição das fases é mudada enquanto passa através do materialde CELLDIST, produzindo desse modo pelo menos uma corrente deprocesso de componentes com uma composição desejada, e arecuperação de pelo menos uma corrente de processo de componentesdo extrator. Uma característica da invenção é que uma ou maiscorrentes de processo de componentes é recuperada das posiçõesentre o topo do extrator e o fundo do extrator. Em um aspecto, oleito ou leitos do material de CELLDIST são adaptados àconfiguração em seção transversal do extrator. Em um outroaspecto, o leito ou leitos do material de CELLDIST compreendem umapluralidade de elementos de CELLDIST aleatoriamenteacondicionados.
Um outro aspecto da presente invenção envolve afacilitação da separação de correntes de processo em correntes deprocesso de componentes através da transferência de massa em umaunidade de separação de componentes. A unidade tem de preferênciaum ou mais leitos de material de CELLDIST. Tais um ou mais leitospodem ser compostos de uma pluralidade de elementos de CELLDISTaleatoriamente acondicionados ou de material de CELLDIST que sãoadaptados à configuração em seção transversal da unidade, ou umacombinação destes. As profundidades de um ou mais leitos sãoajustadas para obter o número requerido de estágios teóricos paraconcretizar a separação desejada de algumas ou de toda de uma oumais das espécies nas correntes de processo.
Em ainda um outro aspecto, a presente invenção refere-se a um conjunto de unidade de separação de componentes com pelomenos um material de CELLDIST disposto na mesma, em que aquantidade de pelo menos um material de CELLDIST na unidade é depreferência suficiente para obter o número de estágios teóricosrequeridos para separar uma ou mais correntes de processo emcorrentes de processo de componentes que contêm composiçõesdesejadas de algumas das espécies em uma ou mais correntes deprocesso.
Os métodos e os conjuntos da presente invenção para aseparação de uma ou mais correntes de processo nas correntes deprocesso de componentes que têm composições desejadas utilizandomateriais de CELLDIST em uma unidade de separação de componentes,quando comparados com os métodos da técnica anterior, têm asvantagens, entre outras, de reduzir a complexidade e o custo deprojeto, fabricação, instalação, operação e manutenção de unidadese de obtenção de um contato mais eficiente de correntes deprocesso para obter a separação desejada.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Nos desenhos:
a FIGURA 1 é uma vista lateral em seção transversalparcial de uma unidade de processo de leito catalitico fixosimples que mostra uma realização especifica da presente invenção;
a FIGURA 2 é uma vista lateral em seção transversalparcial de um reator químico de leitos fixos múltiplos que mostrauma outra realização da presente invenção;a FIGURA 3 é uma vista lateral em seção transversalparcial de um reator de leito fluidizado de regenerador do estilode combustor que mostra uma realização da presente invenção;
a FIGURA 4 é uma vista lateral em seção transversalparcial de um reator de leito fixo de regenerador de dois estágiosque mostra uma realização da presente invenção;
a FIGURA 5 é uma vista lateral em seção transversalparcial de um reator de fluxo radial que mostra uma outrarealização da presente invenção;
a FIGURA 6 é uma vista em perspectiva de um discoperfurado feito do material reticulado de acordo com a presenteinvenção;
a FIGURA 7 é uma vista em perspectiva de uma sela feitado material reticulado de acordo com a presente invenção;
a FIGURA 8 é uma vista em perspectiva de um cilindrooco feito do material reticulado de acordo com a presenteinvenção;
a FIGURA 9 é uma vista em perspectiva de um exemplo deuma folha de uma única peça feita do material reticulado de acordocom a presente invenção;
a FIGURA 10 é uma vista em perspectiva de um discomontado feito do material reticulado de acordo com a presenteinvenção;
a FIGURA 11 é uma vista em perspectiva de esferasfeitas do material reticulado de acordo com a presente invenção;
a FIGURA 12 é uma vista em perspectiva de um cilindrocontinuo feito do material reticulado de acordo com a presenteinvenção;
a FIGURA 13 é uma vista em perspectiva de um cilindrooco feito do material reticulado de acordo com a presenteinvenção;
a FIGURA 14 é uma vista em perspectiva de um monólitofeito do material reticulado de acordo com a presente invenção;
a FIGURA 15 é uma vista lateral em seção transversalparcial de uma coluna de destilação que mostra uma realização dapresente invenção;a FIGURA 16 é uma vista em perspectiva de uma camada deelementos reticulados com um espaço vazio entre cada elementoreticulado que é variado de acordo com a presente invenção;
a FIGURA 17 é um gráfico que compara a queda de pressãoem hidrotratadores de material destilado com os elementosreticulados da presente invenção instalados para a queda depressão em um hidrotratador de material destilado com materiais deretenção da técnica anterior instalados;
a FIGURA 18 é um gráfico ilustrativo do efeito dapresente invenção na queda de pressão em unidades de hidrotratadorde nafta;
a FIGURA 19 é uma vista lateral em seção transversalparcial de uma unidade de processo de fluxo descendente commúltiplas camadas de elementos reticulados para prover os métodosda presente invenção na entrada da unidade de processo, em duasoutras posições dentro da unidade de processo e na saida daunidade de processo de acordo com uma realização da presenteinvenção;
a FIGURA 20 é uma vista em seção transversal parcial deuma unidade de processo com camadas de elementos reticulado deporosidades diferentes para permitir a filtração dos contaminantescom uma ampla gama de tamanhos de partículas de acordo com umarealização da presente invenção;
a FIGURA 21 é uma vista em perspectiva de um topo e umfundo de uma parte de um elemento reticulado em que foi gotejadaágua matizada com corante de alimento que ilustra a distribuiçãode fluxo perpendicular dos elementos reticulados de acordo com apresente invenção;
a FIGURA 22 é uma vista em perspectiva de uma unidadede processo com os elementos reticulados da presente invençãoacondicionados aleatoriamente por todo um comprimento inteiro deum leito de catalisador de acordo com uma realização da presenteinvenção;
a FIGURA 23 é uma vista lateral em seção transversalparcial de uma unidade de separação de componentes convencional deacordo com a técnica anterior;a FIGURA 24 é uma vista lateral em seção transversalparcial de uma unidade de separação de componentes que contém omaterial de CELLDIST, bandejas convencionais e distribuidoresconvencionais de acordo com a presente invenção;
a FIGURA 25 é uma vista lateral em seção transversalparcial de uma unidade de separação de componentes que utiliza omaterial de acondicionamento convencional e distribuidoresconvencionais para obter a separação de corrente de processo emcorrentes de processo de componentes de acordo com a técnicaanterior;
a FIGURA 26 é uma vista lateral em seção transversalparcial de uma unidade de separação de componentes que utiliza omaterial de CELLDIST, o material de acondicionamento convencionale distribuidores convencionais para obter a separação de correntede processo em correntes de processo de componentes de acordo comuma realização da presente invenção;
a FIGURA 27 é uma vista em perspectiva de um exemplo deuma folha de uma única peça feita do material de CELLDIST para serutilizada em uma unidade de separação de componentes de acordo coma presente invenção; e
a FIGURA 28 é uma vista em perspectiva de um disco·montado feito do material de CELLDIST para ser utilizado em umaunidade de separação de componentes de acordo com a presenteinvenção.
Embora a invenção seja descrita em conexão com arealização preferida, deve ficar compreendido que não se pretendelimitar a invenção a essa realização. Pelo contrário, a intenção éde cobrir todas as alternativas, modificações e equivalentes, talcomo pode ser incluído dentro do caráter e do âmbito da invençãoconforme definido pelas reivindicações anexas.
DESCRIÇÃO DETALHADA E REALIZAÇÃO ESPECÍFICASCom referência à FIGURA 1, para o tratamento de umacorrente de processo, será descrita uma unidade de processo deleito catai'pitico fixo simples 22 com elementos reticulados 15 naforma de esferas substancialmente esféricas 122 (FIGURA 11),embora conforme discutido previamente outras formas dos elementosreticulados 15 possam ser utilizadas, bem como outras unidades deprocesso. Se a unidade de processo 22 for de uma configuração defluxo descendente, a corrente de processo contaminada 20 iráincorporar a unidade de processo 22 na entrada 24. A invenção podeser utilizada em unidades de processo de leito catalitico fixo oufluidizado. De preferência, a presente invenção é utilizada em umou mais leitos fixos, em uma configuração de fluxo ascendente oufluxo descendente ou fluxo radial. De preferência, as unidades deprocesso de leito catalitico incluem um hidrotratador, umhidrorefinador, um hidrocraqueador, um reformador, reatores dealquilação, desalquilação, isomerização, esterificação epolimerização. Os contaminantes encontrados tipicamente nacorrente de alimentação incluem sujeira, óxido de ferro, sulfetode ferro, asfaltenos, finos de coque, fuligem, finos decatalisador, sedimentos ou outra matéria particulada estranhaarrastada, sais em colunas de destilação, materiais particuladosem correntes de gás, enxofre ou sulfetos de unidades de gás dedescarga, ou precursores de polímeros tais como diolefinas. Umacamada 26, de preferência as camadas 26, 28, dos elementosreticulados 15 são dispostas no vaso em uma quantidade suficientepara filtrar os contaminantes da corrente de processo 20 por tantotempo quanto desejado incluindo, mas sem ficar limitado, a tantomuito tempo quanto o catalisador dentro do reator ficarsuficientemente ativo para justificar a operação do reator. Depreferência, múltiplas camadas 26, 28 podem ser empregadas em queo tamanho dos elementos reticulados 15, tais como as esferas 122,é graduado de um tamanho na camada 26 a um outro tamanho na camada28 enquanto a corrente de processo de entrada flui através doleito dos elementos reticulados 15. Os elementos reticulados podemincluir materiais de espuma e materiais de monólito. Os materiaisde espuma têm geralmente um padrão aleatório, ao passo que osmonólitos têm um padrão mais uniforme. Se um elemento de cerâmicareticulado for utilizado, os elementos de cerâmica reticuladospodem ser feitos de todos os materiais comercialmente disponíveis,por exemplo, alumina endurecida com zircônia, geralmente conhecidacomo ZTA. A ZTA está disponível junto à Fiber Ceramics, Inc.,sediada em Cudahy, Wisconsin. Um monólito exemplificador para serutilizado na presente invenção está disponível junto à Corning,Inc., sediada em Corning, New York. 0 tamango graduado doselementos reticulados 15 permite a filtração de uma ampla gama detamanhos dos contaminantes.
A presente invenção apresenta vantajosamente um métodode remoção dos contaminantes de uma corrente de processocontaminada. 0 método é executado de preferência mediante aprovisão dos elementos reticulados acondicionados de preferênciaaleatoriamente com um espaço vazio entre cada elemento reticuladopara intensificar a filtração dos contaminantes de uma maneira talque a corrente de processo descontaminada pode passar através domaterial reticulado desimpedido. A presente invenção apresenta ummétodo por meio do qual a totalidade dos elementos reticuladospode ser utilizada para filtrar contaminantes da corrente deprocesso. Em unidades de processo de leito catalitico, oselementos reticulados podem ser feitos sob medida d uma maneiratal que o leito de catalisador esgota a sua atividade cataliticaantes que os elementos reticulados esgotem a sua capacidade defiltrar as partículas de contaminantes. Esse método permite o usodo leito inteiro de elementos reticulados, ao contrário dosmétodos atuais que eventualmente entopem as seis a doze polegadassuperiores dos materiais de retenção convencionalmentedisponíveis. Com tais materiais, os leitos mais profundos do queaproximadamente um pé não têm essencialmente nenhum uso na remoçãodos contaminantes particulados das correntes de processo. Alémdisso, com tais materiais, uma vez que o topo do leito estejaentupido, a queda de pressão no equipamento começa a escalar,requerendo uma parada programada para remover e substituir osmateriais entupidos da unidade de processo.
Os dados foram coletados de unidades de processodiferentes que foram experimentadas com os elementos reticuladosda presente invenção. Os elementos reticulados da presenteinvenção tiveram um desempenho drasticamente melhor do que osmateriais de retenção convencionais disponíveis comercialmente.
Exemplo 1 - Uso em um Hidrotratador de Material Destilado
Os dados foram obtidos de uma refinaria para quatrohidrotratadores de material destilado em condições de processovirtualmente idênticas. Dois dos hidrotratadores, AeB, continhammateriais reticulados convencionais, conhecidos como "sistemas degraduação de anel". Os dois hidrotratadores restantes, CeD,utilizaram os elementos reticulados da presente invenção. A FIGURA17 mostra uma comparação da queda de pressão dos quatrohidrotratadores utilizando sistemas de graduação de anelconvencional e os elementos reticulados da presente invenção.Conforme pode ser visto no gráfico, a queda de pressão permaneceurelativamente baixa em relação à queda de de pressão no inicio daoperação por um período de mais de 450 dias nos hidrotratadores Ce D que contêm os elementos reticulados, enquanto oshidrotratadores AeB que utilizam o sistema de graduação de anelconvencional mostraram um aumento drástico da pressão após somente200 dias em operação. Os resultados da comparação da queda depressão podem ser vistos na Tabela 1. As correntes de processocontaminadas nos hidrotratadores de material destilado estavampredominantemente em uma fase líquida. No hidrotratador C, apressão diferencial era de apenas 8 libras por polegada quadradaem 450 dias. No hidrotratador D, a pressão diferencial era deapenas 0,5 libra por polegada quadrada em 450 dias. A pressãodiferencial para os hidrotratadores AeB era de 82,5 libras porpolegada quadrada e de 54 libras por polegada quadrada,respectivamente. Na comparação, os hidrotratadores CeD com oselementos reticulados da presente invenção tiveram um desempenhosignificativamente melhor do que os sistemas de graduação de anelconvencionais. A pressão diferencial mais baixa associada com oselementos reticulados da presente invenção permite que o tempoentre as rotações seja estendido drasticamente.
Tabela 1 - Queda de pressão ("ΔΡ") no Exemplo 1 - Hidrotratadoresde Material Destilado
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Um cenário típico da queda de pressão consiste em teruma queda de pressão baixa para os primeiros meses da operação,mas então, em um momento que não é predizível, a pressão aumentade maneira significativa por um período relativamente curto até umponto em que a unidade deve ser paralisada para remover oentupimento, substituir o material removido e reiniciar a unidade.
Isto pode ser problemático devido à impredizibilidade do evento, ànecessidade de adquirir materiais de substituição com tempoantecipado muito curto ou à manutenção de inventário extrasuficiente de materiais de substituição ou ao prolongamento dotempo paralisado para esperar a entrega de materiais desubstituição. Com o uso dos elementos reticulados de acordo com osmétodos aqui descritos, a queda de pressão permanece baixa por umperíodo de tempo predizível com base no nível dos contaminantes nacorrente de processo e na capacidade de carga dos elementosreticulados na unidade de processo. Elementos reticuladossuficientes podem ser carregados de uma maneira tal que ocatalisador na unidade é esgotado antes que os elementosreticulados fiquem saturados.
Exemplo 2 - Uso em um Hidrotratador de Nafta
Os dados foram obtidos de uma refinaria com quatrohidrotratadores de nafta. Três dos hidrotratadors (A, B e C)utilizaram sistemas de graduação de anel convencionais, enquantoque o hidrotratador remanescente (D) utilizou os elementosreticulados da presente invenção. A FIGURA 18 ilustra essa quedade pressão comparativa entre os quatro hidrotratadores. Ao finalde 200 dias, a unidade com os elementos reticulados D experimentouuma queda de pressão mínima, isto é, -4 libras por polegadaquadrada para o hidrotratador D, em comparação à queda de pressãoexperimentada pelas três unidades que contêm sistemas de graduaçãode anel, isto é, 10 libras por polegada quadrada para ohidrotratador B e 22 libras por polegada quadrada para ohidrotratador C. As correntes de processo contaminadas noshidrotratadores de nafta eram predominantemente em uma fase devapor. Os elementos reticulados da presente invenção filtraram demaneira eficiente e eficaz, ao passo que os sistemas de graduaçãode anel convencionais ficaram entupidos.
Com referência novamente à FIGURA 1, a menos que estejaindicado de alguma outra maneira, além de filtrar a corrente deprocesso contaminada 20, o material reticulado 15 também podepermitir uma distribuição e um fluxo uniformes da corrente deprocesso de entrada 20 no leito de catalisador 32.
Com a passagem da corrente de processo através de umapluralidade de passagens de fluxo 120 (FIGURA 9) definida pelosmembros de rede 123 (FIGURA 9) do material reticulado 15 nascamadas 26, 28, a corrente de processo de entrada 20 também podeser distribuída ao subdividir a corrente de processo de entrada emuma pluralidade de correntes de fluido menores e então aoresubdividir, uma pluralidade de vezes, as correntes menores demodo que a corrente de processo de entrada seja espalhadauniformemente através da seção transversal de entrrada de fluido34, tomada ao longo da linha 34 - 34, do leito de catalisador 32.A corrente de processo 20 é reagida no leito de catalisador 32. Depreferência, o leito de catalisador 32 contém as partículas decatalisador sólidas distintas 36.
Para as unidades de processo de leito catalítico, osmétodos da presente invenção filtram os contaminantes particuladosantes que eles alcancem o leito catalítico. Isto permite uma maioreficiência do leito de catalisador, uma vez que uma maior parte daárea de superfície do catalisador fica disponível para o uso comoum catalisador quando comparado aos sistemas com os materiais deretenção convencionais, tais como os sistemas de graduação de anelutilizados nos Exemplos 1 e 2. Em conseqüência disto, os elementoscatalisadores de tamanhos menores mais cataliticamente ativospodem ser utilizados devido à queda de pressão média mais baixa daunidade, resultando em um ganho na atividade de catalisador deaproximadamente 10% - 15%.
O material reticulado 15 pode ser utilizado parafiltrar e reter os materiais particulados 36 da corrente deprocesso de saída 38. 0 material particulado pequeno 36 que podeser arrastado na corrente do processo de saída pode ser filtrado,ou capturado, da corrente de processo 38 e ser retido pelascamadas de material reticulado 40, 42. De preferência, o tamanhodo material reticulado nas camadas 40, 42 é graduado de um tamanhona camada 40 a um outro tamanho na camada 42 na saída 44 do reator22. Além disso, sedimentos de material podem ser formados naunidade de processo, por exemplo, sedimentos formados pelohidrocraqueamento excessivo dos óleos residuais que podem entupirou sujar o equipamento a jusante. Esses sedimentos podem serfiltrados da corrente de processo de saída 38 pelo materialreticulado 15. De preferência, o tamanho do material reticuladonas camadas 40, 42 é graduado de um tamanho na camada 40 a umoutro tamanho na camada 42 na saída 44 do reator 22.
Alternativamente, a invenção também pode ser utilizada em umaconfiguração de fluxo ascendente em que que a corrente de processocontaminada 4 6 deve incorporar ao invés disso entrar na unidade 44na extremidade inferior 39 e a corrente de processo de saída 25deve sair da unidade de processo em 24 na extremidade superior 47do reator 22.
Conforme discutido previamente, uma outra vantagem dapresente invenção consiste em reagir o material reticulado ativadoou parcialmente ativado 15 com os precursores de polímero em umacorrente de processo contaminada 20. A polimerização decondensação de diolefinas pode ocorrer na unidade de processo 32depois que a corrente de processo contaminada 20 é aquecida,geralmente antes da introdução na unidade de processo 22, formandodesse modo sujeira na própria unidade de processo 32 que podegrudar ou entupir a unidade de processo 32. À medida que a sujeiraé formada na unidade de processo, ela não pode ser filtrada dacorrente de processo contaminada 20 antes de fluir através daseção transversal de entrada de fluido 34. Portanto, a camada oucamadas 26, 28, 40, 42 de material reticulado 15 podem serrevestidas com um pó de alumina que também pode agir como umsubstrato para materiais catalisadores para formar materialreticulado parcialmente ativado. Conforme aqui utilizado, um"suporte ativado" significa um material reticulado que foiimpregnado com materiais catalisadores ou (2) um materialreticulado que pode ser um óxido, um nitreto ou um carboneto de ummetal ou (3) um material reticulado que contém zeólito ou óxidosinorgânicos, por exemplo, alumina, silica, silica-alumina,magnésia, silica-magnésia ou titânia. Conforme aqui utilizado, um"suporte parcialmente ativado" significa m material de suporteativado que é propositadamente tornado menos ativo ou parcialmentedesativado a fim de obter uma velocidade mais lenta da reação oupara reagir parcialmente os materiais colocados em contato.
No que diz respeito às correntes de processocontaminadas, o material reticulado revestido 15 também pode serutilizado, em que o revestimento pode compreender um dentre várioscatalisadores convencionais. A alumina pode ser utilizada como umrevestimento ativo, opcionalmente, mas de preferência, a aluminapode ser utilizada como um suporte para reforçar o catalisador. 0catalisador de acordo com a presente invenção compreende depreferência um metal do Grupo VI-B ou um membro do Grupo VIII, ouambos, impregnado em um suporte à base de alumina.Conseqüentemente, o catalisador pode compreender pelo menos umdentre o cromo, o molibdênio e o tungstênio em combinação com pelomenos um dentre o ferro, o níquel, o cobalto, a platina, o paládioe o irídio. 0 uso do paládio é particularmente útil na remoção doacetileno e das diolefinas do etileno, na remoção do oxigênio, ena remoção do hidrogênio. Dos metais do Grupo VI-B, o molibdênio éo mais preferidode todos. 0 catalisador irá conter de preferênciade aproximadamente 2% a aproximadamente 14% em peso do metal doGrupo VI-B. Dos metais do Grupo VIII, o níquel e o cobalto são osmais preferidos. A quantidade de metal do grupo VIII nocatalisador é de preferência de aproximadamente 0,5% aaproximadamente 10% em peso.
Com referência à FIGURA 2, será descrita uma unidade deprocesso de múmtiplos leitos de catalisador fixos 46 que tem doisleitos de catalisador fixos 48, 50 com material reticulado 15 naforma de sela 126 (FIGURA 7) . 0 reator 46 é ilustrado em umaconfiguração de fluxo descendente, em que a corrente de processocontaminada 51 irá entrar na unidade 46 na entrada 52 e a corrente54 de processo de saída 54 irá sair da unidade na saída 56, 60.Uma corrente de processo parcialmente reagida. 58 pode seracumulada na saída 61 do primeiro leito fixo 48 e ser retirada nabandeja coletora 60. A corrente de processo parcialmente reagida58 pode ser aquecida ou resfriada bruscamente ou então tratada dealguma outra maneira antes de ser reintroduzida no reator 46 comouma corrente de processo parcialmente reagida 62 na câmara demisturação 64. A corrente de processo parcialmente reagida 58 podeser removida para a redistribuição, o aquecimento ou outras etapasde processamento conforme necessário antes da reintrodução dacorrente de processo parcialmente reagida 62 no reator 46 para areação com um leito de catalisador 50 sucedâneo. Uma camadaadicional 70 de material reticulado 15 pode ser empregada para afiltração e a distribuição para remover todos os contaminantesarrastados ou formados pelo equipamento de processamento utilizadonas etapas de processamento adicionais, tais como sujeira, óxidode ferro, sulfeto de ferro, asfaltenos, finos de coque, fuligem,finos de catalisador, sedimentos ou outra matéria particuladaestranha arrastada, sais em colunas de destilação, materiaisparticulados em correntes de gás, enxofre ou sulfetos das unidadesde gás de descarga, ou precursores de polímeros tais comodiolefinas.
As camadas 66, 68, 70 de material reticulado 15 sãodispostas no reator 4 6 abaixo da entrada 52 e da câmara misturando64 em uma quantidade suficiente para filtrar a corrente deprocesso 51 e a corrente de processo parcialmente reagida 62. Depreferência, as múltiplas camadas 66, 68, 70 são dispostas de umamaneira tal que a porosidade do material reticulado 15 é graduadade uma porosidade na camada 66 a uma outra porosidade na camada 68a uma outra porosidade na camada 70 enquanto a corrente deprocesso contaminada de entrada flui através do materialreticulado 15. Opcionalmente, a presente invenção pode serpraticada com ou sem as telas de cesta convencionais 72. Depreferência, os leitos de catalisador fixos 48, 50 contêm aspartículas de catalisador sólidas distintas 74.
Uma outra característica da presente invenção apresentavantajosamente a provisão de uma pluralidade de elementosreticulados 15 um comprimento inteiro de uma unidade de processo.A pluralidade de elementos reticulados 15 pode ser combinada portoda a unidade de processo com um catalisador 19, tal comomostrado na FIGURA 22.
Conforme discutido previamente, uma vantagem dapresente invenção é que ela também pode ser utilizada paradistribuir a corrente de processo. A corrente de processo 51também pode ser distribuída enquanto é filtrada ao subdividir acorrente de processo de entrada em uma pluralidade de correntes defluido menores mediante a passagem da corrente de processo atravésde uma pluralidade de passagens de fluxo 120 (FIGURA 9) definidapelos membros de rede 123 (FIGURA 9) do material reticulado 15; emseguida são resubdivididas, uma pluralidade de vezes, as correntesmenores de modo que a corrente de processo de entrada é espalhadauniformemente através da seção transversal de entrada de fluido doleito de catalisador 76. A carga 51 é então reagida no leito decatalisador 48, antes de ser retirada como uma corrente deprocesso parcialmente reagida 58 na placa coletora 60. O método defiltração e distribuição é então repetido para a corrente deprocesso parcialmente reagida 62 enquanto flui para a câmara demisturação 64 e passa através da camada de material reticulado 70.
Uma outra característica da presente invenção é que omaterial reticulado 15 também pode ser utilizado para capturar ereter as partículas de catalisador 74 da corrente de processoparcialmente reagida de saída 58 e da corrente de processo reagida54. O material reticulado 126 nas camadas 78, 80 na saída 61 doprimeiro leito fixo 48 e o material reticulado 126 nas camadas 82,84 na saída 56 do segundo leito fixo 50 são utilizados parafiltrar e reter as partículas de catalisador 74 que podem serarrastadas na corrente de processo parcialmente reagida 58 ou nacorrente de processo reagida 54. Conforme discutido com referênciaà FIGURA 1, para capturar e reter o catalisador 74 de uma correntede processo de fluxo de saída fluindo parcialmente reagida oureagida em um reator químico de leito fixo simples ou múltiplos, omaterial reticulado 15 é de preferência graduado de uma porosidadea uma outra porosidade tal como mostrado na FIGURA 2 para ascamadas 78, 80 e 82, 84, respectivamente, para cada leito 48, 50.Opcionalmente, a porosidade do material reticulado também pode sergraduada de poros pequenos a poros grandes. Alternativamente, aporosidade do material reticulado pode ser inversamente graduadade poros grandes a poros pequenos para filtrar os sedimentos quepodem ser formados no leito de catalisador.
Uma vantagem adicional da presente invenção é que omaterial reticulado 15 pode ser ativado ou impregnado com omaterial cataliticamente ativo para reagir com os precursores depolímero nas correntes de processo 51, 62. Conforme ilustrado naFIGURA 2, as camadas 66, 68, 70 de material reticulado 15 podemconter um suporte ativado incluindo óxidos inorgânicosselecionados de preferência entre alumina, sílica, sílica-alumina,magnésia, sílica-magnésia ou titânia ou do grupo que consiste emzeólitos selecionados de preferência entre o zeólito L, o zeólitoXeo zeólito Y, que pode ser adicionado ao material reticuladocomo um substrato para materiais de catalisador. Opcionalmente, omaterial reticulado pode ser impregnado com os materiais decatalisador ou o material reticulado pode ser um óxido, umnitreto, um carboneto ou um boreto de um metal tal como descritona Patente Norte-americana n° . 5.399.535, a qual é aquiincorporada a título de referência até a extensão que não sejainconsistente com a presente invenção.
O material reticulado ativado ou parcialmente ativadotal como descrito acima pode ser utilizado para controlar a taxade hidrogenação das diolefinas ou de outros precursores depolímeros para impedir a formação de sujeira ou goma. Quando asreações endotérmicas requerem a adição de calor à corrente deprocesso parcialmente reagida 58, o material reticulado 15 dacamada 70 também é de preferência ativado ou parcialmente ativado.A invenção também pode ser praticada com material reticuladorevestido, em que o revestimento pode compreender um dentre várioscatalisadores convencionais. A alumina pode ser utilizada em umrevestimento ou em um suporte ativo. O catalisador de acordo com apresente invenção compreende de preferência um metal do Grupo VI-Bou um membro do Grupo VIII, ou ambos, impregnado no materialreticulado, óxido inorgânico ou zeólito. Conseqüentemente, ocatalisador pode compreender pelo menos um dentre o cromo, omolibdênio e o tungstênio em combinação com pelo menos um dentre oferro, o níquel, o cobalto, a platina, o paládio e o irídio. Dosmetais do Grupo VI-B, o molibdênio é o mais preferido de todos. 0catalisador irá de preferência conter de aproximadamente 2% aaproximadamente 14% em peso do metal do Grupo VI-B. Dos metais doGrupo VIII, o níquel e o cobalto" são os mais preferidos. Aquantidade de metal do Grupo VIII no catalisador é de preferênciade aproximadamente 0,5% a aproximadamente 10% em peso.
A FIGURA 3 ilustra um reator de leito fluidizado doestilo de combustor convencional 88, 90. As camadas 8 6, 92 dematerial reticulado 15 podem ser utilizadas nos reatores químicosde leito fluidizado 90 e em um combustor, ou regenerador 88, parareduzir as perdas de entrada e a má distribuição dos fluxos devapor ou de ar. O ar de entrada 93 para o combustor ou oregenerador 88 é fluído através da camada de material reticulado86 para subdividir a corrente em uma pluralidade de correntesfluentes menores. O material reticulado 15 pode ser um discocircular simples 124 (FIGURA 6) sem a perfuração ilustrada 125; noentanto, ele pode ser uma folha oval ou quadrada 134 (FIGURA 9) ,ou qualquer configuração geométrica desejada incluindo um discomontado 134 (FIGURA 10). Opcionalmente, múltiplos discos 86, 92(FIGURA 3) podem ser utilizados. Alem disso, o disco 124 (FIGURA7) ou a folha 121 (FIGURA 9) pode opcionalmente conterperfurações. A subdivisão dos fluxos de vapor ou de ar podereduzir a turbulência das correntes de entrada de vapor ou de ar,desse modo reduzindo o uso da potência do compressor ou permitindoum aumento na vazão, dependendo das restrições de processo doreator de leito fluidizado do estilo de combustor particular(FIGURA 3). Uma vantagem adicional da presente invenção é que osfluxos subdivididos de vapor ou de ar podem distribuir maisuniformemente o vapor ou o ar 94 por todo o combustor ou oregenerador 88. Além disso, outra camada 92 de material reticulado15 pode ser utilizada para distribuir uniformemente quaisquervapores de conduto 96 utilizados no reator de leito fluidizado 90.
Alternativamente, na FIGURA 4, a qual ilustra um reatorde leito fluidizado de regenerador de dois estágios convencional104, as camadas 98, 112 de material reticulado 15 podem serutilizadas similarmente tal como discutido na FIGURA 3 para umcombustor ou um regenerador de um único estágio. O ar de entradaturbulento 102 para o primeiro estágio 108 do combustor ou doregenerador é fluido através da camada 98 de material reticulado15 para subdividir a corrente, de preferência em uma pluralidadede correntes fluentes menores. De preferência, o materialreticulado 15 é um disco circular 124 simples (FIGURA 6) sem asperfurações 125; no entanto, ele pode ser uma folha oval ouquadrada 121 (FIGURA 9), ou qualquer configuração geométricadesejada que inclui um disco montado 134 (FIGURA 10) .
Opcionalmente, múltiplos discos 98, 112 (FIGURA 4) podem serutilizados. Além disso, o disco 124 (FIGURA 7) ou a folha 121(FIGURA 9) pode opcionalmente conter perfurações. Similarmente,para o segundo estágio 110, o ar de entrada turbulento 106 podeser fluido através da camada 100 de material reticulado 15 parasubdividir a corrente em uma pluralidade de correntes fluentesmenores. A subdivisão dos fluxos de vapor ou de ar pode reduzir aturbulência das correntes de entrada de vapor ou de ar, desse modoreduzindo o uso da potência do compressor ou permitindo um aumentona vazão, dependendo das restrições de processo do reator de leitofluidizado de regenerador de dois estágios 104, 116. Uma vantagemadicional da presente invenção é que os fluxos subdivididos devapor ou de ar podem distribuir mais uniformemente o vapor ou o arpor todas as câmaras 108, 110 do combustor ou do regenerador. Alémdisso, uma outra camada de elementos reticulados 112 pode serutilizada para distribuir uniformemente todos os vapores deconduto 114 utilizados no reator de leito fluidizado 116.
Com referência à FIGURA 5, para o tratamento de umacorrente de processo contaminada na forma de vapor, um reatorquímico de leito fixo de fluxo radial 94 com material reticulado15 na forma de esferas substancialmente esféricas 122 (FIGURA 11)é ilustrado, embora, tal como discutido previamente, outras formaspossam ser utilizadas. A corrente de processo contaminada na formade vapor 92 irá entrar no reator de fluxo radial 94 na entrada 96.Uma camada 98 de material reticulado 15, com mais preferências ascamadas 98, 100 de material reticulado 15, são dispostas no vasoentre o defletor 122 e leque 104. As camadas 98, 100 de materialreticulado 15 ajudam na filtração de contaminantes tais comosujeira, óxido de ferro, sulfeto de ferro, asfaltenos, finos decoque, fuligem, finos de catalisador, sedimentos ou outra matériaparticulada estranha arrastada, ou precursores de polímeros taiscomo as diolefinas arrastadas na carga de vapor contaminado 92antes da reação no leito de catalisador fixo 108 e a descargaatravés da tubulação central 110 como corrente de processo reagida112. Também conforme discutido previamente, uma vantagem dapresente invenção é que o material reticulado 15 pode serutilizado para capturar e reter o catalisador das correntes desaída, aqui mostradas nos tubos de descarga 106.
Os elementos reticulados podem ser utilizados parafiltrar contaminantes, tais como sedimentos, em outros tipos deequipamentos de processo. A FIGURA 15 ilustra uma outra realizaçãoda presente invenção. Nessa realização, os elementos reticulados95 são utilizados para remover sedimentos, tais como sais, em umacoluna de destilação 90. O método de filtração dos sedimentosformados no equipamento de processo inclui de preferência aprovisão de uma camada de elementos reticulados acondicionados comum espaço vazio entre cada elemento reticulado. O espaço vazio évariado para intensificar a filtração de contaminantes menores emuma superfície dos elementos reticulados enquanto permite que oscontaminantes maiores passem através dos mesmos para impedir oentupimento da camada de elementos reticulados. O método apresentaadicionalmente a colocação de uma corrente de processo que contémsedimentos em contato com os elementos reticulados, removendodesse modo os sedimentos da corrente de processo ao remover oscontaminantes menores na superfície dos elementos reticulados epermitindo que os contaminantes maiores prossigam através dosespaços vaziios entre cada elemento reticulado. Esse método produzuma corrente de processo relativamente livre de sedimentos paraprocessamento adicional.
A FIGURA 6 ilustra uma realização específica dapresente invenção como um disco de elementos reticulados 124.Opcionalmente, os discos podem ter perfurações 125. Depreferência, múltiplas perfurações são utilizadas para acomodar ascestas de tela que podem ser opcionalmente preenchidas com oselementos reticulados. Outras formas podem incluir a sela 126(FIGURA 7), cilindros ocos 128 (FIGURA 8), folhas simples 121 dematerial reticulado 15 (FIGURA 9), discos 134 formados a partir deuma pluralidade de segmentos 134 a-f (FIGURA 10), esferassubstancialmente esféricas 122 (FIGURA 11), cilindros sólidos 132(FIGURA 12), anéis de raschig 130 (FIGURA 13), quadrados (FIGURA14), e monólitos (FIGURA 14). Cada forma pode ser adaptada àsespecificações individuais. Os tamanhos para as formas utilizadaspodem incluir esferas substancialmente esféricas com diâmetros deaproximadamente 1/89 a 2 polegadas; anéis de raschig com diâmetrosinternos de aproximadamente 1/8 a 1 polegada e diâmetros externosde aproximadamente a 1 ^ polegada e alturas de aproximadamente Ha 2 polegadas; formas de sela com raios de aproximadamente a 2polegadas; cilindros ocos que têm diâmetros internos deaproximadamente 1/8 a 1 polegada, diâmetros externos deaproximadamente H a 2 polegadas, e alturas de aproximadamente H a3 polegadas; e cilindros sólidos que têm diâmetros deaproximadamente 1/8 a 1 polegada e alturas de aproximadamente H a2 polegadas. Os discos de uma só peça feitos sob medida 124 ou aconstrução de folha simples 121 podem ser adaptados à configuraçãofísica de um reator. Uma característica adicional desteaspecto da presente invenção é que o material reticulado 15 podeser formado em um disco 124 ou uma folha simples 121 que temperfurações 125. Uma característica adicional da presente invençãoé que os elementos reticulados quando construídos podem serformados como uma pluralidade de segmentos a fim de formar umafolha montada ou disco que é adaptado à configuração física doreator. As porosidades dos elementos reticulados podem variar de 4a 800 ppi. De preferência, para a filtração a porosidade podevariar de aproximadamente 4 a 80 ppi. Com mais preferência, para afiltração a porosidade pode variar de aproximadamente 10 a 65 ppi.
Isto permite a customização do tamanho e da forma do materialreticulado 15 para a aplicação, o tamanho, a cargade materialparticulado e as restrições da queda de pressão. 0 material deelemento reticulado que circunda os poros, ou aberturas, doselementos reticulados forma os membros de rede 123 (FIGURA 9), quedefinem por sua vez as passagens de fluxo 120 (FIGURA 9).A presente invenção também apresenta vantajosamente ummétodo de distribuição de fluxo perpendicular em unidades deprocesso. Esse método de distribuição de fluxo perpendicularinclui a provisão de um ou mais elementos reticulados na unidadede processo. Quando somente um elemento reticulado é utilizado,ele é tipicamente suficientemente grande para transpor eficazmentea unidade de processo. Quando são utilizados múltiplos elementosreticulados, eles são arranjados tipicamente em um leitoaleatoriamente acondicionado. Independentemente da configuraçãodos elementos reticulados, cada elemento reticulado tem umapluralidade de membros de rede que define uma pluralidade depassagens de fluxo através do elemento reticulado. Uma corrente deprocesso contatada com a pluralidade de elementos reticulados ésubdividida, portanto, em uma pluralidade de correntes de fluidomenores mediante a passagem da corrente de processo através dapluralidade de passagens de fluxo definida pelos membros de redede cada elemento reticulado. Os fluxos da corrente de processoatravés das passagens de fluxo dentro dos elementos reticulados eatravés dos espaços vazios entre os elementos reticulados quandomúltiplos elementos reticulados são utilizados propiciam adistribuição de fluxo eficaz perpendicular ao fluxo da corrente deprocesso através da unidade de processo. Esse método pode seraplicado às correntes de processo que estão incorporando a unidadede processo, em qualquer posição dentro da unidade de processo, nasaida da unidade de processo, ou qualquer combinação dessasposições, tal como ilustrado na FIGURA 19. Esse método pode seraplicado às correntes de processo enquanto simultaneamente éconcretizada a filtração dos contaminantes da corrente deprocesso. Esse método pode ser aplicado às correntes de processoenquanto são executadas simultaneamente as reações cataliticaspara remover parcial ou totalmente ou converter as espéciesquímicas desejadas na corrente de processo.
A FIGURA 21 ilustra a quantidade de fluxo perpendicularque os elementos reticulados da presente invenção são capazes deproduzir. Uma experiência foi feita ao utilizar um gotejador comum diâmetro de gotejador de aproximadamente 1/16". 0 elementoreticulado distribuiu o líquido perpendicular a um diâmetro deaproximadamente sete vezes o diâmetro do gotejador. 0 fluxo nãofoi tão distribuído abaixo ao elemento reticulado. A distribuiçãosignificativa foi feita no plano horizontal e não em um planovertical. Quando utilizados em unidades de processo, os elementosreticulados dispersam de maneira significativamente perpendicularo fluido para impedir a canalização e outros problemas aquidiscutidos.
Uma característica adicional da presente invenção podeincluir a etapa de utilização dos elementos reticulados em umavariedade de porosidades e tamanhos de poros, tal como mostrado naFIGURA 20. Os elementos reticulados podem ser manufaturados de umamaneira tal que tenham uma porosidade de muitos poros por polegada("ppi"). Por exemplo, isto significa que um elemento reticulado de30 ppi, quando examinado pelo elemento versado na técnica, tem emmédia 30 poros por polegada. Os tamanhos de poros de tal materialdevem ser de aproximadamente um milímetro. O tamanho de poro nestecontexto é o tamanho geral da cavidade do poro, reconhecendo queos poros não são esferas perfeitas. Um outro elemento importantedo tamanho de poro é o tamanho da abertura da janela no poro. Éessa medida que determina o tamanho da maior partícula que podeser presa ou filtrada dentro do poro. A faixa de porosidade doselementos reticulados da presente invenção é de aproximadamente 4a 800 ppi. Isto permite a customização do tamanho e da forma doselementos reticulados para as restrições da aplicação incluindo asrestrições de carga de materiais particulados e de queda depressão. Os poros dos elementos reticulados podem estar em umafaixa de aproximadamente 6 milímetros a aproximadamente 100 micra,cada um sendo definido por uma pluralidade de membros de rede queformam uma pluralidade de passagens de fluxo através dos elementosreticulados.
Como uma vantagem da presente invenção, o método defiltração propicia uma filtração mais eficiente dentro da unidadede processo. Uma vez que os . contaminantes não endurecem nasprimeiras polegadas dos elementos reticulados, tal como com osmateriais de retenção convencionais, todo o leito do filtro podeser eficazmente utilizado. A queda de pressão através doselementos reticulados pode permanecer baixa contanto que elementosreticulados suficientes sejam utilizados de maneira tal que aunidade de processo atinja uma condição de final de operação quenão o aumento da queda de pressão. A queda de pressão mais baixaaumenta a segurança de operação da unidade, uma vez que oequipamento a jusante não é privado do fluxo e o equipamento amontante não pressiona. Os tempos de funcionamento entre as trocasde catalisador são aumentados significativamente, uma vez que oequipamento do processo pode operar por muito mais tempo do quecom os métodos precedentes de filtração antes das condições defginal de operação do equipamento de processo.
Uma outra vantagem da presente invenção é que oscatalisadores de tamanhos menores podem ser utilizados em unidadesde processo de leito de catalisador, uma vez que o leito decatalisador é sujeitado a uma queda de pressão de ciclo médiomuito mais baixa. 0 resultado do uso de catalisador reativo maiscataliticamente reativo menor é um ganho na atividade deaproximadamente 10% a aproximadamente 15%. Toda a área desuperfície do catalisador pode ser utilizada para a sua finalidadepretendida, que é a modificação e o aumento da velocidade de umareação, devido a uma queda de pressão média muito mais baixa porciclo para a unidade de processo.
Uma outra vantagem da presente invenção é, tal comoilustrado na FIGURA 21, o uso de uma ou mais camadas de elementosreticulados em várias posições dentro de uma unidade de processopara facilitar a redistribuição de fluxo perpendicular paramitigaar a canalização e outros sintomas de má distribuição defluxo. Tais uma ou mais camadas de elementos reticulados dentro deuma unidade de processo também facilitam a filtração decontaminantes particulados dentro da unidade de processo.
Com referência à FIGURA 23, é mostrada uma coluna dedestilação da técnica anterior com bandejas convencionais 12 edois distribuidores convencionais 11, um localizado perto do topoe um perto do fundo da unidade. As correntes de processo queincorporam a unidade incluem a corrente de processo de entrada151, uma parte da corrente líquida superior 152 que sai docondensador e a corrente de vapor 153 que sai da caldeira pelofundo. As correntes de processo de componentes são recuperadascomo uma parte da corrente liquida 154 que sai do condensador euma parte da corrente liquida 155 que sai do fundo da unidade.
Com referência à FIGURA 24, serão descritos um método eum conjunto para utilizar o material de CELLDIST 15 dentro de umaunidade de separação de componentes para separar correntes deprocesso. Nessa realização, o material de CELLDIST 15 é dispostodentro da unidade para substituir algumas das bandejasconvencionais 12 na unidade. Por exemplo, as bandejas grandes evolumosas podem ser substituídas por bandejas menores, menoscomplexas, e o espaço adicional que é criado dentro da unidadepode ser preenchido completa ou parcialmente com material deCELLDIST 15 para obter uma melhor separação.
A FIGURA 25 mostra uma unidade de separação decomponentes de acordo com a técnica anterior que contém materialde acondicionamento 10 convencional. A FIGURA 26 mostra umarealização da presente invenção utilizando o material de CELLDIST15, distribuidores convencionais 11 e acondicionamentoconvencional 10 dentro de uma unidade de separação de componentes.
O material de CELLDIST 15 pode ser composto de qualquermaterial que puder ser fabricado na estrutura requerida, e quepode suportar a temperatura, a pressão, a corrosividade e osoutros requisitos da operação da unidade de separação decomponentes. O material de CELLDIST inerte 15 pode ser utilizadoquando nenhuma reatividade com os componentes na corrente deprocesso for desejada. Em uma outra realização, o material deCELLDIST 15 é composto de um material não-metálico a fim depermitir o tratamento de sistemas corrosivos tais como o ácidoclorídrico ou sulfúrico, para diminuir o custo do projeto, o tempode instalação e para reduzir a perda de calor na unidade.
O material de CELLDIST 15 pode assumir uma variedade deformas com os poros abertamente conectados formando trajetórias oupassagens 120 tal como ilustrado na FIGURA 27. As passagens nomaterial de CELLDIST 15 permitem o fluxo em contracorrente dasfases através do material. Tais passagens facilitam atransferência de massa entre as fases que passam através dosmateriais de CELLDIST 15. O material de CELLDIST 15 pode sermanufaturado para exibir uma ampla gama de porosidades. Istopermite a customização da porosidade do material de CELLDIST 15para a aplicação especifica. Além disso, isso assegura que omaterial de CELLDIST 15 tenha uma massa e uma porosidadesuficientes para fornecer o número de estágios teóricosnecessários para obter a separação desejada dos componentes naunidade. 0 material de CELLDIST 15 tem os membros de rede 123circundando os poros, ou as aberturas, que definem por sua vez oslimites das passagens de fluxo 120 (FIGURAS 27 e 28).
A porosidade dos materiais de CELLDIST é medida emunidades de poros por polegada ("ppi"). A porosidade de materiaisporosos é graduada tal como é sabido pelos elementos versados natécnica. Os materiais microporosos têm tamanhos menores de poros,geralmente de aproximadamente cinco angstroms a aproximadamentecinco nanômetros. Os materiais mesoporosos têm geralmente tamanhosde poros de aproximadamente cinco nanômetros a aproximadamentecinqüênta nanômetros. Os materiais macroporosos têm tamanhos deporos acima de aproximadamente cinqüênta nanômetros. 0 material deCELLDIST que compreende poros ou células macroporosos pode ter umpadrão aleatório tal como ilustrado na FIGURA 28. A faixa deporosidade do material de CELLDIST 15 da presente invenção é deaproximadamente 4 a aproximadamente 800 ppi. Em uma realizaçãopreferida para o uso em uma unidade de separação de componentes, omaterial de CELLDIST 15 da presente invenção terá uma porosidadede aproximadamente 4 a aproximadamente 30 ppi. A área desuperfície dos poros interconectados no material de CELLDIST 15facilita a misturação das fases e a transferência de massa dentroda unidade. Em uma realização, o material de CELLDIST 15 dapresente invenção provê vantajosamente uma área de superfícieaumentada quando comparado aos materiais de acondicionamento e aosoutros elementos internos da unidade utilizados na técnicaanterior. A área de superfície do material de CELLDIST da presenteinvenção de até 4.000 metros quadrados por metro cúbico dematerial de CELLDIST é, em comparição com aproximadamente 60-750metros quadrados da área de superfície por metro cúbico,tipicamente formada nos elementos internos de acondicionamento daunidade da técnica anterior. Essa área de superfície aumentadafornece vantajosamente uma posição mais expansiva com a qual ocontato das fases pode ocorrer. 0 nível aumentado correspondentedo contato entre as fases resulta em uma maior capacidade deseparação na unidade. 0 nível aumentado do contato entre
as fases também resulta em uma maior eficiência de transferênciade massa e em um HETP mais baixo do que nas unidades da técnicaanterior.
Em uma realização da presente invenção, as fases sãopassadas através de uma ou mais zonas de material de CELLDIST 15posicionadas dentro da unidade, tal como ilustrado nas FIGURAS 24e 26. As correntes de processo que incorporam a unidade podem sercorrentes líquidas, correntes de vapor, ou uma combinação deambas, e podem incluir uma ou mais, por exemplo, de uma correntede alimentação, uma corrente de refluxo, uma corrente dereciclagem, uma corrente refervida, uma corrente de bombeamento,uma corrente de refluxo de rebombeamento e um uma corrente dereciclagem de corrente lateral. Uma corrente de processo tambémpode funcionar como um agente de separação, tal como no caso naextração de líquido-líquido. A destilação que utiliza o materialde CELLDIST 15 de acordo com as realizações da presente invençãopode ser executada a cargas elevadas de gás ou de vapor dentro deuma unidade convencional.
Em uma realização, o material de CELLDIST 15 está naforma de um único elemento estruturado, tal como ilustrado naFIGURA 27. O elemento estruturado pode ser formado ou dimensionadopara caber dentro da seção transversal interna da unidade deseparação de componentes. O elemento pode ser, por exemplo, umdisco, um oval, um retângulo ou qualquer forma geométrica que forrequerida para que o material caiba dentro da seção transversal daunidade. Alternativamente, se a unidade tiver uma seçãotransversal relativamente grande, uma ou mais seções menores domaterial de CELLDIST 10 podem ser colocadas juntas, tal comoilustrado na FIGURA 28, para transpor a seção transversal daunidade. O material de CELLDIST 10 pode formar uma única camadadentro da unidade. Além disso, múltiplas camadas do material deCELLDIST 15 podem ser utilizadas dentro da unidade. O material deCELLDIST 15 pode ser colocado em um padrão deslocado para diminuira probabilidade de vazamento ou canalização dentro da zona domaterial de CELLDIST na unidade. Um ou mais materiais de CELLDIST15 também podem ser posicionados por um comprimento inteiro de umaunidade. Além disso, múltiplos materiais de CELLDIST 15 podem sercombinados por toda a unidade com um ou mais elementos internosconvencionais da unidade, por exemplo, bandejas tal como mostradona FIGURA 24, material de acondicionamento tal como mostrado naFIGURA 26, ou distribuidores tal como mostrado nas FIGURAS 24 e 26.
Pode haver espaço livre, ou um espaço aberto, dentrodos poros, ou circundado o seu exterior, do material de CELLDIST15 na unidade. Tipicamente, um grande espaço livre ou uma fraçãovazia corresponde a uma porosidade elevada e a uma queda depressão baixa dentro da unidade, o que é desejável parafinalidades de separação. A fração vazia interna do material deCELLDIST 15 da presente invenção é de preferência tão elevadaquanto 70 por cento. A titulo de comparação, os espaços livresencontrados na maior parte dos acondicionamentos estruturadosmetálicos disponíveis são de aproximadamente 98-99 por cento, esão de aproximadamente 65 por cento para o acondicionamentoestruturada não-metálico. Embora alguns desses materiais datécnica anterior possam ter frações vazias maiores do que aquelasda presente invenção, o aumento na eficiência de transferência demassa associada com a área de superfície aumentada do material deCELLDIST 15 da presente invenção pode permitir que a unidade sejaoperada a um número mais baixo de transbordamento. Isto iráresultar de preferência na mesma, ou melhor, produtividade parauma unidade operada com o material de CELLDIST 15 de acordo com apresente invenção do que uma unidade que utiliza os materiais datécnica anterior com porcentagens mais elevadas de espaço livre.
O material de CELLDIST 15 também exibe boascaracterísticas de capacidade umedecimento quando comparado aosmateriais de acondicionamento da técnica anterior. A capacidade deumedecimento refere-se ao nível de contato e de distribuição dasfases na superfície do material de acondicionamento e é afetadapela estrutura do material. Um valor elevado da capacidade deumedecimento é crítico para evitar a má distribuição das fasesdentro da unidade.Em geral, um material de acondicionamento que atinge umnúmero teórico elevado de estágios em um determinado fator detransbordamento com uma queda de pressão baixa é um material deacondicionamento eficiente e preferido. O objetivo é a minimizaçãoda quantidade de material de acondicionamento utilizada e aindaproduzir o número dos estágios teóricos que irão resultar naseparação desejada. O material de CELLDIST 15 da presente invençãoexibe vantajosamente características de elevada eficiência deseparação e de baixa queda de pressão quando comparado aosmateriais da técnica anterior utilizados em unidades de separaçãode componentes, o que é um resultado da área de superfícieaumentada e das características preferidas' de espaço livre e dacapacidade de umedecimento do material de CELLDIST 15.
Deve ficar compreendido que a invenção não deve ficarlimitada aos detalhes exatos da construção, da operação, demateriais exatos, ou das realizações mostradas e descritas, umavez que modificações e equivalentes óbvios serão aparentes aoelemento versado na técnica. Por exemplo, distribuidores delíquidos especiais ou distribuidores de líquidos convencionaispodem ser utilizados com os elementos reticulados para facilitar oespalhar do líquido através do equipamento de processo. Por outrolado, os elementos reticulados podem ser utilizados somente para aremoção de materiais particulados. Conseqüentemente, a invençãodeve, portanto, ficar limitada somente pelo âmbito dasreivindicações anexas.

Claims (49)

1. Método de separação de pelo menos umacorrente de processo em uma ou mais correntes de processode componentes que têm composições desejadas em uma unidadede separação de componentes, sendo que o método écaracterizado pelo fato de compreender as etapas de:(a) provisão de um material sólido celulartridimensional que tem um componente sólido e uma ou maiscélulas na unidade;(b) posicionamento do material sólidocelular dentro de pelo menos uma zona da unidade;(c) introdução de duas ou mais fases depelo menos uma corrente de processo na zona que contém omaterial sólido celular;(d) contato das duas ou mais fases em umasuperfície de material sólido celular para facilitar atransferência de massa; e(e) recuperação de pelo menos uma parte deuma ou mais das fases da unidade como pelo menos umacorrente de processo de componentes, em que pelo menos umacorrente de processo de componentes tem uma composiçãodesejada.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material sólido celulartem uma célula de unidade periódica.
3. Método, de acordo com a reivindicação,caracterizado pelo fato de que o material sólido celulartem uma pluralidade de tamanhos e formas de células.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fases têm composiçõesdesejadas na saída da zona de material sólido celular.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma ou mais correntes deprocesso de componentes são recuperadas de um ou maislocais na unidade.
6. Método, de acordo com a reivindicação-1, caracterizado pelo fato de que a superfície do materialsólido celular tem uma área de superfície na faixa deaproximadamente 250 a aproximadamente 4.000 metrosquadrados por metro cúbico de material sólido celular naunidade.
7. Método, de acordo com a reivindicação- 1, caracterizado pelo fato de que o material sólido celularé selecionado do grupo que consiste em óxidos, carbetos,nitretos, boretos, um material de cerâmica, um materialmetálico, um material polimérico e um material de deposiçãode vapor químico.
8. Método, de acordo com a reivindicação-1, caracterizado pelo fato de que o material sólido celularé formado a partir de um material resistente à corrosão.
9. Método, de acordo com a reivindicação-1, caracterizado pelo fato de que o material sólido celularé formado predominantemente a partir de carbeto de silício.
10. Método, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidadecontém um ou mais internos de unidade convencional.
11. Método, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular tem uma porosidade de aproximadamente 4 aaproximadamente 30 poros por polegada.
12. Conjunto de unidade de separaçãode componentes, sendo que o conjunto é caracterizado pelofato de compreender uma unidade que tem um material sólidocelular tridimensional que tem um componente sólido e umaou mais células dispostas dentro do mesmo e tem umasuperfície sobre a qual duas ou mais fases de pelo menosumacorrente de processo são colocadas em contato parafacilitar a transferência de massa.
13. Conjunto, de acordo com areivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular tem uma célula de unidade periódica.
14. Conjunto, de acordo com areivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular tem uma pluralidade de tamanhos e formas decélulas.
15. Conjunto, de acordo com a reivindicação-12, caracterizado pelo fato de que a unidade de separaçãode componentes é selecionada do grupo que consiste em umaunidade de destilação, um adsorvedor e um extrator, e ascombinações destes.
16. (em branco)
17. Conjunto, de acordo com areivindicação 12, caracterizado pelo fato de que as fasescompreendem pelo menos uma fase liquida e pelo menos umafase de vapor.
18. Conjunto, de acordo com a reivindicação-12, caracterizado pelo fato de que a superfície do materialsólido celular têm uma área de superfície na faixa deaproximadamente 250-4.000 metros quadrados por metro cúbicodo material sólido celular na unidade.
19. Conjunto, de acordo com a reivindicação-12, caracterizado pelo fato de que o material sólidocelular é selecionado do grupo que consiste em óxidos,carbetos, nitretos, boretos, um material de cerâmica, ummaterial metálico, um material polimérico e um material dedeposição de vapor químico.
20. Conjunto, de acordo com areivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular é formado a partir de um material resistenteà corrosão.
21. Conjunto, de acordo com areivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular é formado predominantemente a partir decarbeto de silício.
22. Conjunto, de acordo com areivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a unidadecontém um ou mais internos de unidade convencional.
23. Conjunto, de acordo com areivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular tem uma porosidade na faixa deaproximadamente 4 a aproximadamente 30 poros por polegada.
24. Método para alterar a composiçãode pelo menos uma corrente de processo através da separaçãoem uma unidade de separação de componentes, sendo que ométodo é caracterizado pelo fato de compreender as etapas de(a) posicionamento de pelo menos um leitode material sólido celular tridimensional que tem umcomponente sólido e uma ou mais células dentro da unidade;(b) passagem de pelo menos uma correnteatravés do leito de material sólido celular, por meio doque a composição de uma ou mais fases na unidade é mudadaenquanto as fases passam através do material sólidocelular, produzindo desse modo pelo menos uma corrente deprocesso de componentes com uma composição desejada; e(c) recuperação de pelo menos uma correntede processo de componentes da unidade.
25. Método, de acordo com areivindicação 24, caracterizado pelo fato de que as fasescompreendem pelo menos uma fase líquida e pelo menos umafase de vapor.
26. Método, de acordo com areivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular tem uma célula de unidade periódica.
27. Método, de acordo com areivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular tem uma pluralidade de tamanhos e formas decélulas.
28. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o material sólidocelular tem uma superfície com uma área de superfície nafaixa de aproximadamente 250-4.000 metros quadrados pormetro cúbico de material sólido celular na unidade.
29. Método, de acordo com areivindicação 24, caracterizado pelo fato de que uma oumais correntes de processo de componentes é recuperada deum ou mais locais na unidade.
30. Método, de acordo com areivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular é ajustado sob medida à configuraçãosecional transversal da unidade.
31. Método, de acordo com areivindicação 24, caracterizado pelo fato de que pelo menosum leito compreende uma pluralidade de elementos sólidoscelulares agrupados aleatoriamente.
32. Método, de acordo com areivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular é selecionado do grupo que consiste emóxidos, carbetos, nitretos, boretos, um material decerâmica, um material metálico, um material polimérico e ummaterial de deposição de vapor químico.
33. Método, de acordo com areivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular é formado a partir de um material resistenteà corrosão.
34. Método, de acordo com areivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular é formado predominantemente a partir decarbeto de silício.
35. Método, de acordo com areivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a unidadecontém um ou mais interno de unidade convencional.
36. Método, de acordo com areivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular tem uma porosidade na faixa deaproximadamente 4 a aproximadamente 30 poros por polegada.
37. Método, de acordo com areivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a unidadede separação de componentes é uma unidade de destilação.
38. Método, de acordo com areivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a unidadede separação de componentes é uma unidade de contato defases que coloca em contato fases de vapor/liquida ouliquida/liquida.
39. Conjunto de componentes da unidadeda separação, sendo que o conjunto é caracterizado pelofato de compreender pelo menos uma unidade de separação decomponentes com um material sólido celular tridimensionalque tem um componente sólido e uma ou mais célulasdispostas dentro do mesmo, em que a quantidade de materialsólido celular é suficientes para formar o número deestágios teóricos necessários para separar uma ou maiscorrentes de processo em uma ou mais correntes de processode componentes de composições desejadas.
40. Conjunto, de acordo com areivindicação 39, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular tem uma célula de unidade periódica.
41. Conjunto, de acordo com areivindicação 39, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular tem uma pluralidade de tamanhos e formas decélulas.
42. Conjunto, de acordo com areivindicação 39, caracterizado pelo fato de que a unidadecontém internos de unidade convencional.
43. Conjunto, de acordo com areivindicação 39, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular tem uma superfície com uma área desuperfície na faixa de aproximadamente 250-4.000 metrosquadrados por metro cúbico de material sólido celular naunidade.
44. Conjunto, de acordo com areivindicação 39, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular tem uma porosidade na faixa deaproximadamente 4 a aproximadamente 30 poros por polegada.
45. Conjunto, de acordo com areivindicação 39, caracterizado pelo fato de que a unidadede separação de componentes é uma unidade de destilação.
46. Conjunto, de acordo com areivindicação 39, caracterizado pelo fato de que a unidadede separação de componentes é uma unidade de contato queefetua a transferência de massa entre as fases devapor/líquida ou líquida/líquida.
47. Método para alterar a composiçãode pelo menos uma corrente de processo em uma unidade decontato, sendo que o método é caracterizado pelo fato decompreender as etapas de:(a) posicionamento de pelo menos um leitode material sólido celular tridimensional que tem umcomponente sólido e uma ou mais células dentro da unidadede contato;(b) passagem de pelo menos uma corrente deprocesso através do leito de material sólido celular, pormeio do que a composição de duas ou mais fases é mudadaenquanto elas passam através do material sólido celular,produzindo desse modo pelo menos uma corrente de processode componentes com uma composição desejada; e(c) recuperação de pelo menos umacorrente de processo de componentes da unidade de contato.
48. Método, de acordo com areivindicação 47, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular tem uma célula de unidade periódica.
49. Método, de acordo com areivindicação 47, caracterizado pelo fato de que o materialsólido celular tem uma pluralidade de tamanhos e formas decélulas.
BRPI0613275-8A 2005-05-24 2006-05-22 método de separação e conjunto para correntes de processo em unidades de separação de componentes BRPI0613275A2 (pt)

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