BRPI0614617A2

BRPI0614617A2 - intensificação de catalisadores heterogêneos de fase sólida de superfìcie ativa

Info

Publication number: BRPI0614617A2
Application number: BRPI0614617-1A
Authority: BR
Inventors: Mitchell A Cotter
Original assignee: Ccmi Corp
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2011-04-12
Also published as: ZA200802003B; EA200800511A1; IL189109A0; WO2007019390A3; US20070031308A1; US20120197056A1; AU2006278461A1; JP2009502502A; US9339808B2; US20100087695A1; CN101277764A; KR20080052572A; WO2007019390A2; EP1919617A2

Abstract

INTENSIFICAçãO DE CATALISADORES HETEROGêNEOS DE FASE SóLIDA DE SUPERFìCIE ATIVA. Uma atividade catalítica de fase sólida de superfície ativa pode ser substancialmente aprimorada ao se criar um contato deliberado de superfície a superfície entre as porções de superfícies ativas dos objetos catalisadores. Embora os mesmos sejam imersos em material reagente, o referido contato entre as porções de superfícies ativas dos objetos catalisadores podem substancíalmente ativar as superfícies de muitos catalisadores heterogêneos. Exemplos são dados da referida ação que emprega uma multiplicidade de formatos predeterminados, estruturas de catalisador suportadas, etc., agitadas ou de outra forma postas em contato para produzir numerosas colisões de superfície. Uma modalidade emprega um mecanismo de bomba de engrenagem com dentes de engrenagem de superfície cataliticamente ativa para criar a ação de contato transitório e repetítivo durante o bombeamento de um fluxo de reagente. A presente invenção é aplicável a muitas outras formas de criar ação de contato de superfície cataliticamente transitória. O produto catalítico opcional dos referidos sistemas pode ser sígnífícativamente aprimorado ainda ao se empregar energia radiante ou vibração.

Description

"INTENSIFICAÇÃO DE CATALISADORES HETEROGÊNEOS DEFASE SÓLIDA DE SUPERFÍCIE ATIVA"

Pedidos Relacionados

O presente pedido reivindica prioridade sob 35U.S.C. parágrafo 119 (e) para o pedido provisório U.S. co-pendente de número de série 60/705,656, depositado em 3 deagosto de 2005, o conteúdo dos quais se encontram aqui in-corporados por referência.

Campo da Invenção

A presente invenção descreve catalisadores hetero-gêneos e sistemas reatores catalisadores e métodos relacio-nados, que empregam materiais catalisadores de fase sólidade superfície ativa na matéria reagente.

Antecedentes da Invenção

Materiais catalisadores promovem reações químicasmas em si não entram no produto final nem são em si consumi-dos pela reação. "Catálise heterogênea" se refere a um pro-cessos catalítico no qual os estados físicos do catalisadore do reagente (material envolvido na reação química) são di-ferentes.

Isto é distinguido de "catálise homogênea" onde oreagente e o catalisador apresentam o mesmo estado físico,como um resultado das soluções ou misturas miscíveis (líqui-do/líquido; gás/gás). Por exemplo, o estado físico dos mate-riais catalisadores heterogêneos pode ser tipicamente de fa-se sólida (por exemplo, um metal ou uma cerâmica) enquantoos reagentes podem ser gases e/ou líquidos. Portanto, as"superfícies" de um material catalisador sólido que pode en-trar em contato com o reagente desempenha um papel signifi-cativo na catálise.

Entretanto, com o avanço do conhecimento da natu-reza "dos estados da matéria" muitos modelos teóricos con-vencionais de sólido, liquido ou gás podem servir pouco ade-quadamente para descrever a gama de estados de matéria. Uma"superfície" exibe mais complexidade do que uma imagem supersimplificada de um plano visual usado em diversos modelosconvencionais para descrevê-la. 0 modelo teórico de um limi-te agudo como uma característica de uma superfície pode serdesalinhada para o entendimento de determinada atividade desuperfície catalítica. Em vez disto, uma superfície de umsólido pode ser vista como uma zona ou região de transiçãoonde grupos atômicos proximamente espaçados no interior dosólido se afunilam como uma vista em direção da borda da zo-na de superfície. No interior, os componentes sólidos sãoproximamente ligados mas na superfície a referida ligação édistribuída. Por mais de um século, exemplos específicos in-contáveis de catalisadores foram catalogados, desenvolvidose aplicados. As muitas reações conhecidas atualmente; formama fundação da maior parte da indústria química mundial. 0reconhecimento dos efeitos catalíticos se iniciou nos pri-mórdios do século 19. No início do século 20, diversas rea-ções em escala industrial começaram a utilizar processos in-dustriais importantes usando catalisadores heterogêneos. E-xemplos notáveis são a síntese de amônia de Haber-Bosh (fer-tilizantes para a agricultura mundial), a síntese de- hidro-carboneto de Fischer-Tropsch (óleo, gasolina, e materiaishidrocarbonetos), e a síntese de materiais plásticos, resul-tanto em uma vasta indústria química de polímeros. Processoscatalíticos nas indústrias químicas do mundo atualmente a-presentam enorme significância comercial. Uma grande fraçãode toda a produção química baseia-se em catalisador. Algumasabordagens existem de teorias fundamentais de catalisadores,tais como a teoria da Densidade funcional, que envolve umaaproximação matemática de alguns fatores quantum-mecânicosque representam uma ligação química. No entanto, o desenvol-vimento dos produtos e dos processos permanece grandementecom base em abordagens experimentais pragmáticas. Conseqüen-temente, o campo de catalisadores heterogêneos está repletocom "receitas" para a produção de diversos tipos de catali-sadores utilizando uma grande variedade de materiais e deconstruções. De fato, catalisadores são com freqüência co-nhecidos por espécies moleculares de suas reações em vez depor seu modo de ação ou mesmo por sua construção. Três exem-plos típicos de recentes patentes U.S. envolvendo catalisa-dores são: 6.821.922 para Tacke et al., "Supported Catalystfor the Production of Vinyl Acetate Monomer", 6.852.669 paraVoit et al., "ydrogenation Catalyst"; e 6.867. .166 para Yanget al. , "Selective Adsorption Of Alkenes Using SupportedMetal Compounds". Um livreto descritivo do produto da John-son Matthey Company, um grande fornecedor de materiais ca-talisadores, é de modo similar, funcionalmente descritivopara cada um dos grupos de produtos com base em Paládio quea companhia oferece para a ligação de carbono-carbono. (Vero livreto disponível na internet emwww.amcpmc.com/pdfs/producttype/4 5.pdf). Em suma, o entendi-mento do químico dos fundamentos funcionais da técnica decatalisador progride mas ainda está incompleta.

Catalisadores heterogêneos dotados de formato departícula esférico com freqüência foram empregados como ca-talisadores e substratos catalisadores. 0 referido interessetem sido tipicamente de uma busca de uma grande área de su-perfície aparente para contato com o reagente, com algumapreocupação quanto as propriedades térmicas tais como trans-ferência de calor em reações exotérmicas. Por exemplo, a pa-tente U.S. No. 6.747.180 para Ostgard et al, "Metal Ca-talyst", descreve a formação de esferas ocas de metal de 0,5mm a 20 mm de diâmetro. O seu foco parece ser a redução daquantidade de metal caro não disponível no interior da esfe-ra para a superfície catalítica das partículas formadas es-fericamente desejadas.

A patente U.S. No. 5.237.019 para Weiland et al.,descreve pequenas partículas esféricas de 0.01 mm a 3.0 mmde diâmetro compostas de materiais de organosiloxano conten-do metais do grupo platina. As partículas são especificadaspara ter uma densidade de volume abaixo .daquela da água en-quanto permite uma grande variedade de área de superfíciepara ser obtida a partir de tamanhos de partículas varia-dos. A obtenção de uma grande área de superfície deste modoparece ser o objetivo principal. Ênfase é também posta nacaracterística do metal catalisador disperso nas referidascomposições.

A patente U.S. No. 6.518.220^ para Walsdorff etal., descreve "Shaped Catalysts" de uma forma cilíndrica ouanular de um material cataliticamente ativo. A seletividadeaprimorada da forma preferida assim como a menor queda depressão são os objetivos descritos da modalidade.

Nas diversas patentes U.S. de Wang et al.,(4.804.796, 4.701.436 e 4.576.926), esferas ocas são des-critas as quais são formadas em diversos modos para permi-tir a densidade eficaz das referidas esferas para seremfeitas de modo a permitir que as mesmas flutuem em um meiode escolha. Um objetivo das referidas patentes é de aprimo-rar a dispersão do referido catalisador no meio reagenteselecionado.

A patente U.S. No. 3.966.644 para Gustafson, inti-tulada "Shaped Catalyst Particles" descreve uma partículacatalisadora de compósito de alumina em forma trilobar Ion-gitudinalmente simétrica dotada de uma faixa estreita de ta-manhos e características de porosidade específicas reivindi-cadas como úteis para as conversões de hidrocarboneto de re-síduos de petróleo. 0 formato é discutido em termos de suaproporção de espaço e de propriedades de fluxo, atividadeaprimorada, duração maior reivindicada de tempo de operaçãoeficaz e, resistência a ruptura superior.

O pedido de patente U.S. No. 2005/0130837 para Ho-ek et al, intitulado "Shaped Catalyst Particles For Hydro-carbon Synthesis" descreve uma forma catalítica formada ex-trudada trilobular, dotada de uma proporção de espaço emmais de 50%, bem em excesso de 43% ou similar de outras con-figurações trilobares. Os coeficientes de fluxo parecem sera preocupação principal dos referidos requerentes.A patu 4.293.445 para Shimizu et al., "Method ForProduction of Molded Product Containing Titanium Oxide" des-creve a adição de uma pequena proporção de bário para apri-morar a resistência de um produto catalisador cerâmico.

Um foco de aprimoramento principal na técnica decatalisadores foi de aumentar a área de superfície do mate-rial catalisador exposto ao reagente. Isto foi realizado pormeio de diversos meios: em uma forma através da criação demateriais porosos ou em pó; em uma outra através de geome-trias de alta área de superfície; em uma outra através douso de processos químicos que atuam na superfície do catali-sador para "ativar" ou "refrescar" o mesmo.

Determinados investigadores fora do campo da quí-mica e de catalisadores observaram o que os mesmos acreditamser efeitos prejudiciais de contato de superfície-superfícieno contexto de chaves elétricas e de relês. O referido fenô-meno fòi estudado em uma série de papéis provenientes da TheBell Laboratories em meados · dos anos 50 (Ver, The Bell Sys-tem Technical Journal, Maiol de 1958 pp 738 - 776, "OrganicDeposits on Precious Metal Contacts" por H. W. Hermance & T.F. Egan) . A motivação dos trabalhadores da The Bell Labspar o estudo veio do exame de uma falha intermitente dosrelês comutadores do telefone ocasionada pelo acúmulo dedepósitos orgânicos formados em seus contatos.

Surpreendentemente, o referido problema foi exa-cerbado quando esforços foram implementados para selar her-meticamente um grande número de relês comutadores empregadosem uma troca de telefone daquela época. O esforço de vedaçãoinicialmente parecer desejável para proteger os contatoscontra poeira e contaminantes veiculados a ar. Entretanto,pequenas quantidades de depósitos orgânicos no interior dorelê selado (provenientes do fio magneto, isolamento e ou-tros materiais orgânicos da fabricação dos mesmos) não forameliminados e depositados nos contatos selados por dentro. Osproblemas resultantes foram severos em função do circuito"aberto" causado por um depósito que logo deve desaparecer,tornando assim difícil de localizar. Os pesquisadores daBell desenvolveram mecanismos de operação de relé-contatoque eram dotados de não corrente para avaliar os diversostipos de material de contato e ambientes. Os circuitos desinal que pareceram mais vulneráveis não portaram essencial-mente nenhuma corrente através dos contatos de relê e opera-ram apenas com um sinal de voltagem muito baixo. A referidaoperação de "circuito seco" pode não proporcionar ações dearco que possam limpar contatos. Os pesquisadores do TheBell Labs descobriram que o grupo 10 resistentes a corrosãocuidadosamente escolhido (grupo de platina) entra em contatocom os metais bastante propensos à formação de depósitos or-gânicos de distribuição que foram denominados "polímeros decontato".

Embora muito esforço tenha sido implementado paraaumentar a área de superfície eficaz do catalisador, comodeterminado pelos testes de adsorção de gás, o aumento re-sultante na complexidade da superfície e a porosidade nãoconduziu a uma captação de reagente prejudicial e a um movi-mento retardado de materiais. Assim, os catalisadores hete-rogêneos aprimorados, sistemas catalisadores e métodos dereação cataliticos são ainda necessários.

Sumário da Invenção

A presente invenção envolve, em determinadas moda-lidades, a utilização de contato de superfície de catalisa-dor-para-catalisador para excitar a atividade catalítica dassuperfícies de contato. As pesquisas anteriores mostraramque o referido contato pode produzir defeitos de superfíciee a reorganização dos átomos constituintes na superfície decontato. A aplicabilidade e a utilidade do referido fenômenonão parece ter sido anteriormente reconhecido nem aplicadono campo da catálise; Como discutido abaixo, o referido con-tato de superfície-a-superfície pode ser utilizado para au-mentar a atividade catalítica.

A presente invenção proporciona sistemas reatorescataliticos que compreendem pelo menos dois objetos catali-ticos, cada objeto dotado de pelo menos uma superfície deformato complementar e/ou contorno a pelo menos uma superfí-cie no outro dos objetos cataliticos; de modo que a área decontato projetada entre dois dos objetos cataliticos é capazde ser maior do que 1% da área de superfície de contato ex-terna cataliticamente ativa dos dois objetos de contato ca-talítico; e um dispositivo indutor de contato configurado edisposto para trazer repetidamente as superfícies complemen-tares de pelo menos dois objetos cataliticos em contato umcom o outro, de- modo que a área de contato projetada entredois dos objetos cataliticos de contato esteja em média su-perior a 1% da área de superfície de contato externa totalcataliticamente ativa dos dois objetos cataliticos de contato.

Em uma modalidade, o sistema reator cataliticocompreende pelo menos dois objetos cataliticos, cada um dosobjetos dotado de pelo menos uma superfície complementar emformato e/ou contorno a pelo menos uma superfície em cada umdos objetos cataliticos, de modo que a área de contato pro-jetada entre quaisquer dos dois objetos cataliticos, é capazde ser superior a 1% da área de superfície de contato exter-na total cataliticamente ativa dos dois objetos cataliticosde contato. Em uma outra modalidade, cada um dos dois obje-tos cataliticos compreende pelo menos uma superfície essen-cialmente plana de modo que a superfície essencialmente pla-na do primeiro objeto catalitico é capaz de entrar em conta-to com uma superfície essencialmente plana de um segundo ob-jeto catalitico.

Os objetos cataliticos da presente invenção podemcompreender um material cataliticamente ativo compreendendoum metal; ou uma liga de metal. Os objetos cataliticos dapresente invenção podem adicionalmente compreender um mate-rial de suporte revestido com um material cataliticamenteativo. Em uma modalidade, o material de suporte é cerâmica.

Em outra modalidade, os pelo menos dois objetos cataliticoscompreendem partículas ou grânulos distintos. Em uma outramodalidade, os objetos cataliticos são essencialmente nãoporosos.

Em uma modalidade, o sistema reator cataliticocompreende um reator de coluna de pasta de bolhas em escalaindustrial e o dispositivo indutor de contato compreende umdispositivo configurado para gerar um fluxo de fluido capazde suspensão e/ou agitação das partículas ou grânulos dis-tintos. Em uma modalidade, o sistema reator catalítico com-preende um reator de tanque continuamente agitado de escalaindustrial, onde o dispositivo indutor de contato compreendeum dispositivo de agitação. Em algumas modalidades, o dispo-sitivo indutor de contato compreende um aparelho mecânicoque compreende ou ao qual está fixado pelo menos um dos ob-jetos cataliticos.

Em uma modalidade, os objetos cataliticos são par-tículas ou grânulos distintos dotados de um formato que éessencialmente um icosaedro truncado. Em uma outra modalida-de, pelo menos um dos objetos cataliticos apresenta um for-mato que é essencialmente cilíndrico. Em uma outra modalida-de, uma seção transversal do cilindro perpendicular ao eixolongitudinal do mesmo apresenta um perímetro que é poligo-nal. Em uma outra modalidade, pelo menos um dos objetos ca-taliticos é configurado como uma engrenagem dotada de umapluralidade de dentes de engrenagem.

Em determinadas modalidades, o sistema reator ca-talítico adicionalmente compreende um reator compreendendouma entrada configurada para permitir que o reagente fluapara dentro do reator e uma saída configurada para permitirque o produto flua para fora do reator, onde os objetos ca-taliticos são contidos dentro do reator de modo que os obje-tos cataliticos são expostos ao reagente.

Outro aspecto da presente invenção proporciona ummétodo de realizar uma reação catalisada por um catalisadorheterogêneo compreendendo os atos de: expor pelo menos doisobjetos, cada objeto dotado de pelo menos uma superfície deformato e/ou contorno complementar a pelo menos uma superfí-cie no outro dos objetos, pelo menos um dos referidos obje-tos é um objeto catalítico dotado de uma superfície que écataliticamente ativa, a um ambiente que compreende um rea-gente selecionado; criar contato repetido entre os objetosde modo que a área de contato protegida entre as superfíciescomplementares de dois objetos catalíticos é em média supe-rior a 1% da área de superfície de contato externa total ca-taliticamente ativa dos dois objetos de contato; e permitirque um reagente predeterminado se submeta a reação químicans referido pelo menos uma superfície cataliticamente ativapara produzir o produto desejado.

Em uma modalidade, cada um dos objetos é um objetocatalítico dotado de uma superfície que é cataliticamenteativa. Em uma outra modalidade, cada um dos objetos catalí-ticos compreende pelo menos uma superfície essencialmenteplana dotada de uma área que compreende pelo menos 1% da á-rea de superfície de contato externa total cataliticamenteativa do objeto.

Em algumas modalidades, os objetos catalíticos sãoimersos no ambiente. Em uma outra modalidade, o ambiente éuma solução que compreende um reagente predeterminado. Emuma outra modalidade,, o ambiente é um gás que compreende umreagente predeterminado.

Em algumas modalidades, o contato é recorrente etransitório. Em uma outra modalidade, o contato faz com quepelo menos uma porção de uma área de superfície catalitica-mente ativa do objeto catalítico se torne regenerada.

A presente invenção ainda se refere a objetos ca-talíticos que compreendem uma superfície externa que compre-ende uma pluralidade de porções/facetas de mosaico onde pelomenos uma porção/faceta de mosaico encontra uma faceta adja-cente em uma borda, para formar um formato tridimensionalpredeterminado; onde pelo menos uma porção/faceta de mosaicocompreende o material cataliticamente ativo.

Em uma outra modalidade, uma porção/faceta de mo-saico individual apresenta uma área de superfície maior doque 1% da área de superfície externa total do objeto catalí-tico. Em uma outra modalidade, cada porção/faceta de mosaicocompreende um material cataliticamente ativo. Em uma outramodalidade, pelo menos uma porção/faceta de mosaico é essen-cialmente plana. Em algumas modalidades, cada porção/facetade mosaico é essencialmente plana.

Em uma modalidade, o material cataliticamente ati-vo compreende metal ou uma liga de metal.

Em uma modalidade, o formato tridimensional prede-terminado é essencialmente um icosaedro truncado. Em uma ou-tra modalidade, o formato tridimensional predeterminado éessencialmente um cilindro. Em uma outra modalidade, o for-mato tridimensional predeterminado é essencialmente na formade um dente de engrenagem de uma engrenagem.

Em algumas modalidades, a borda onde duas por-ções/facetas de mosaico se encontram é arredondada.Em algumas modalidades, do objeto catalitico adi-cionalmente compreende um material de suporte revestido comum material cataliticamente ativo. Em uma modalidade, o ma-terial de suporte é uma cerâmica.

A presente invenção ainda se refere a sistemas re-atores cataliticos que compreendem um aparelho mecânicoconstruído e disposto para criar contato intermitente entreuma superfície cataliticamente ativa de um objeto cataliticoe uma superfície de contato de um segundo objeto, de modoque a área de contato projetada em média entre os dois obje-tos é superior a 1% da área de superfície de contato externatotal dos dois objetos de contato. Em algumas modalidades, oaparelho mecânico compreende um motor. Em algumas modalida-des, o aparelho mecânico compreende um dispositivo de bombade engrenagem. Em algumas modalidades, o mecanismo mecânicocompreende uma série de dispositivos de bomba de engrenagem.

A presente invenção proporciona ainda métodos paraa produção de ação catalítica sobre pelo menos um materialreagente compreendendo: proporcionar pelo menos dois objetoscataliticos, onde os objetos cataliticos cada um dos quaiscompreende um material cataliticamente ativo em pelo menosuma porção de uma superfície externa; expor os objetos cata-liticos a um ambiente que compreende um material reagente;produzir movimento dos objetos cataliticos o suficiente paracausar uma superfície transitória freqüente e repetida paraeventos de contato de impacto na superfície entre as áreasde superfície externas dos objetos cataliticos usando umdispositivo indutor de contato; os eventos de contato cadaum dos quais dotado em média de uma área de contato projeta-da superior a 1% da área média de superfície de contato to-tal projetada dos objetos catalíticos que entram em contatodurante o evento de contato, e transformar pelo menos algummaterial reagente em um produto quimicamente diferente comrelação ao material reagente.

Em uma modalidade, os eventos de contato de impac-to de superfície a superfície transitórios, freqüentes e re-petidos ocorrem progressivamente de modo que essencialmentetoda a superfície externa cataliticamente ativa dos objetoscatalíticos entra em contato durante o método. Em uma outramodalidade, a distribuição média de movimento de contato o-corre sobre essencialmente todas as superfícies externas ca-taliticamente ativas de todos os objetos.

Em uma modalidade, o movimento de distribuição mé-dia dos eventos de contato ocorre pela maior parte das su-perfícies exteriores cataliticamente ativas de todos os ob-jetos. Em uma outra modalidade, o movimento de distribuiçãomédia dos eventos de contato ocorre por porções limitadasdas superfícies exteriores cataliticamente ativas de todosos objetos.

Em uma modalidade, a superfície externa cataliti-camente ativa de pelo menos uma porção de pelo menos um ob-jeto catalítico é segregada em porções/facetas de mosaico,cada porção/faceta de mosaico dotada de uma área de superfí-cie externa que é substancialmente menor do que a área desuperfície externa total cataliticamente ativa de pelo menosum objeto catalítico. Em uma modalidade, a primeira por-ção/faceta de mosaico do objeto catalítico que é segregadadentro das porções/facetas de mosaico apresenta uma composi-ção de material de superfície diferente da segunda por-ção/faceta de mosaico no mesmo objeto catalítico. Em uma ou-tra modalidade, a primeira porção/faceta de mosaico do obje-to catalítico que é segregada dentro das porções/facetas demosaico apresenta uma composição de material de superfíciediferente da segunda porção/faceta de mosaico em um segundoobjeto catalítico que é segregado dentro das porções/facetasde mosaico.

Em uma modalidade, a proporção de aspecto de pelomenos um objeto catalítico é inferior a cerca de 1,05. Emuma outra modalidade, as proporções de aspecto de cada umdos objetos catalíticos está entre 1,25 e cerca de 1,05. Emuma outra modalidade, as proporções de aspecto de pelo menosum dos objetos catalíticos estão entre 1,25 e cerca de 2,00.

Em uma outra modalidade, as proporções de aspecto de pelomenos um dos objetos catalíticos estão entre 2,00 e cerca de3,00. Em uma outra modalidade, as proporções de aspecto depelo menos um dos objetos catalíticos são superiores a 3,00.

Em uma modalidade, todos os objetos catalíticosapresentam essencialmente o mesmo formato e tamanho.

Em uma modalidade, todos os objetos catalíticosapresentam essencialmente o mesmo formato mas diferem emmais do que cinco por cento a partir de pelo menos um outroobjeto catalítico em tamanho.

Em algumas modalidades, a superfície externa doobjeto catalítico compreende porções/facetas de mosaico, eonde pelo menos o primeiro e o segundo objeto catalitico a-presenta diferentes formados essencialmente poliédricos umcom relação ao outro. Em uma modalidade particular, o pri-meiro objeto catalitico difere em mais do que cerca de 5% emtamanho do segundo objeto catalitico.

Em algumas modalidades, a superfície externa doprimeiro objeto catalitico compreende um primeiro número deporções/facetas de mosaico enquanto a superfície externa dosegundo objeto catalitico compreende um segundo número defacetas. Em uma modalidade particular, o primeiro objeto ca-talitico difere em mais do que cerca de 5% de tamanho a par-tir do segundo objeto catalitico.

Em uma modalidade, o formato dos objetos catalíti-cos é substancialmente o mesmo que o de um icosaedro trunca-do dotado de bordas arredondadas que unem as porções/facetasde mosaico essencialmente planas adjacentes, onde a largurade uma borda arredondada, define uma distância mínima quesepara as porções/facetas de mosaico essencialmente planasadjacentes, não excede cerca de 2% do diâmetro nominal totaldo icosaedro truncado.

Em uma modalidade, os tamanhos das dimensões cor-respondentes de qualquer um dos objetos catalíticos estãodentro de 5% um com relação ao outro.

Breve Descrição dos Desenhos

Os desenhos anexos são esquemáticos e não preten-dem ser ilustrados em escala. Nas figuras, cada componenteidêntico ou substancialmente similar que é ilustrado nas di-versas figuras é tipicamente representado por uma notação ounumerai único. Por uma questão de maior clareza, nem todosos componentes é marcado em cada figura, nem cada componentede cada modalidade é mostrado onde a ilustração não é neces-sária para permitir que aqueles versados na técnica entendama presente invenção. Nos desenhos:

A figura 1 (técnica anterior) é um gráfico que re-presenta uma mudança de estado que ocorre quando dois compo-nentes A e B se ligam quimicamente com algumas mudanças pos-síveis em energia ocorrendo;

A figura 2 mostra uma vista em perspectiva de umicosaedro truncado;

A figura 3 mostra uma vista em perspectiva da geo-metria ideal de um icosaedro truncado;

As figuras 4Ά e 4B mostram uma vista de todas astrinta e duas faces de um icosaedro truncado disposto planoe unindo (figura 4B) mostrando a relação das faces;

A figura 5 mostra o formato das bordas de facetaTICO suavizadas de um icosaedro truncado (por exemplo, comomostrado na figura 2 ou figura 3);

A figura 6 mostra uma vista em seção transversalde um plano de faceta TICO de icosaedro truncado inclinada,intersectando a face divisória de molde (linha divisória);

A figura 7 mostra uma vista explodida e interna deum mecanismo de bomba de engrenagem básico compreendendo umaengrenagem dotada de dentes de engrenagem compreendendo ummaterial cataliticamente ativo de acordo com uma modalidade da presente invenção;

As figuras 8A e 8B mostram grânulos de substratode catalisador cilindricamente simétrico de nove lados deacordo com uma modalidade da presente invenção;

A figura 9 ilustra um hecatoedro geométrico,

As figuras IOA e IOB mostram o desenho de domo deextremidades de grânulos catalisadores cilíndricos de novelados;

A figura 11 mostra uma vista em seção transversalde um objeto catalítico de rolo em estrela em uma câmara dereator cilíndrico de acordo com uma modalidade da presenteinvenção;

As figuras 12A - 12C mostram uma vista em seçãotransversal (figura 12) e vistas de topo (figuras 12B e 12C)de um aparelho de teste de reator de objeto catalítico debigorna/batedor de acordo com uma modalidade da presente in-venção;

A figura 13 mostra um aparelho de teste de reatorde objeto catalítico de bigorna/batedor de acordo com umamodalidade da presente invenção;

As figuras 14A - 14C mostram diversas vistas deuma porção de bigorna do aparelho de reator catalítico debigorna/batedor de acordo com uma modalidade da presente in-venção;

As figuras 14D - 14E mostram vistas em aproximaçãodo aparelho de bigorna das figuras 14A - 14C;

As figuras 15A - 15B mostram vistas do batedor eporção de suspensão de batedor do aparelho de teste de -rea-tor catalítico de bigorna/batedor da figura 13;

A figura 16 mostra um diagrama de fluxo de proces-so para o reator catalitico e o sistema analítico incluindoo aparelho de teste de reator catalitico de bigorna/batedorda figura 13 usado para realizar os Exemplos 6 - 15;

As figuras 17A - 17C mostram um conjunto de supor-te de ar de ligação PIN do aparelho de teste de reator cata-litico de bigorna/batedor da figura 13;

A figura 18 é um gráfico que mostra os números demassa e a abundâncias das espécies no produto de gás para(a) uma porção "não batido" de uma bigorna Pd e (b) uma por-ção "batida" de uma bigorna Pd, amostrada em diversos momen-tos durante o decorrer do teste do aparelho de teste de rea-tor catalitico de bigorna/batedor da figura 13, a 70°C;

A figura 19 é um gráfico que mostra os números demassa e a abundância das espécies no produto de gás para (a)uma porção "não batido" de uma bigorna Pd e (b) uma porção"batida" de uma bigorna Pd, amostrada em diversos momentosdurante o decorrer do teste do aparelho de teste de reatorcatalitico de bigorna/batedor da figura 13, a 150?C;

A figura 20 é um gráfico que mostra os=números demassa e a abundância das espécies no produto de gás para (a)uma porção "não batido" de uma bigorna Pd e (b) uma porção"batida" de uma bigorna Pd, amostrada em diversos momentosdurante o decorrer do teste do aparelho de teste de reatorcatalitico de bigorna/batedor da figura 13, quando a tempe-ratura é reduzida de 71°C para 31°C;

A figura 21 é um gráfico que mostra os números demassa e a abundância das espécies no produto de gás para (a)uma porção "não batido" de uma bigorna Pd e (b) uma porção"batida" de uma bigorna Pd, amostrada em diversos momentosdurante o decorrer do teste do aparelho de teste de reatorcatalitico de bigorna/batedor da figura 13, quando a tempe-ratura é elevada de 60°C para 80°C;

A figura 22 é um gráfico que mostra os números demassa e a abundância das espécies no produto de gás para (a)uma porção "não batido" de uma bigorna Pd e (b) uma porção"batida" de uma bigorna Pd, amostrada em diversos momentosdurante o decorrer do teste do aparelho de teste de reatorcatalitico de bigorna/batedor da figura 13, quando a tempe-ratura é elevada de 30°C para 92°C;

A figura 23 é um gráfico que mostra os números demassa e a abundância das espécies no produto de gás para (a)uma porção "não batido" de uma bigorna Pd e (b) uma porção"batida" de uma bigorna Pd, amostrada em diversos momentosdurante o decorrer do teste do aparelho de teste de reatorcatalitico de bigorna/batedor da figura 13, quando a tempe-ratura é elevada de IOO0C para 200°C;

A figura 24 é um gráfico que mostra os números demassa e a abundância das espécies no produto de gás para (a)uma porção "não batido" de uma bigorna Pd e (b) uma porção"batida" de uma bigorna Pd, amostrada em diversos momentosdurante o decorrer do teste do aparelho de teste de reatorcatalitico de bigorna/batedor da figura 13, quando a tempe-ratura é reduzida de 85°C para 40°C;

A figura 25 é um gráfico que mostra os números demassa e a abundância das espécies no produto de gás para (a)uma porção "não batido" de uma bigorna Pd e (b) uma porção"batida" de uma bigorna Pd, amostrada em diversos momentosdurante o decorrer do teste do aparelho de teste de reatorcatalitico de bigorna/batedor da figura 13, quando a tempe-ratura é elevada de 24°C para 130°C; e

A figura 26 é um gráfico que mostra os números demassa e a abundância das espécies no produto de gás para (a)uma porção "não batido" de uma bigorna Pd e (b) uma porção"batida" de uma bigorna Pd, amostrada em diversos momentosdurante o decorrer do teste do aparelho de teste de reatorcatalitico de bigorna/batedor da figura 13, quando a tempe-ratura é reduzida de 100°C para 65°C.

Descrição Detalhada

Definições

Como usado aqui, "contato' no contexto de objetoscataliticos ou outras superfícies de fase sólida se refere aum encontro íntimo, em bases atômicas, de pelo menos algumasubstância material de superfície de cada um de dois corposde encontro diferentes, em geral de fase sólida. O referidocontato pode transferir material entre os corpos que se en-contram e/ou pêlo menos a reposição de algum material em umou em ambos os corpos.

A presente descrição traz novos significados espe-cíficos à palavra "contato". Tipicamente, o termo "contato"na técnica de catalisadores é usado apenas no contexto detrazer algum reagente junto com algum sólido (com freqüênciaum catalisador) sobre o qual se segue alguma reação.

A presente invenção introduz uma ampla faixa demodalidades inventivas de uma intensificação de catalisadorde superfície ativa, potente e fundamental que envolve tiposde contatos definidos e muito específicos.

"Fase sólida" se refere à matéria em estado sóli-do, isto é, em associação sólida mantendo substancialmentesuas configurações interatômicas; nem líquido nem gás.

"Objeto catalisador" ou "objeto catalítico" se re-fere a um objeto de fase substancialmente sólida, distintofísico dotado de uma superfície externa dotada de algumapropriedade catalítica quando presente em algum ambiente es-pecificado designado para este fim.

"Superfície externa" ou "superfície exterior" deum objeto se refere a todos os pontos limites entre a subs-tância material de um objeto em geral de fase sólida e todosos pontos circundantes no espaço que tocam o objeto mas nãocoincidem com qualquer material que permaneça unido ao objeto.

"Zona de superfície" de um objeto em geral de fasesólida se refere a uma região relativa à sua superfície ex-terna, influenciando a atividade catalítica do objeto, quese estende a partir de pelo menos diversos mícrons para den-tro da superfície a pelo menos diversos mícrons para fora damesma, entendendo que os referidos limites são relativamentedifusos.

"Catalisador de superfície ativa" se refere à mai-oria da ação catalítica do objeto catalisador físico ocor-rendo dentro ou sobre a zona de superfície do referido obje-to catalítico.

"Evento de contato" ou "evento de ligação" se re-fere à ocorrência de um contato individual por pelo menosalgum período de tempo finito que pode ser apenas de duraçãoextremamente breve.

"Evento de separação" se refere à divisão de umcontato existente de pelo menos uma distância de separaçãomínima de dois mícrons e, por um período de tempo finito su-perior a um micro segundo.

"Tempo aberto" se refere ao tempo decorrido a par-tir do evento de separação à próxima ocorrência de contatode qualquer superfície de contato separada.

"Condição de contato" se refere ao contato que o-corre em um ou em mais casos durante um período de tempo de-finido.

"Ciclo de serviço de contato médio" se refere àproporção de tempo médio fechado com relação ao tempo médioentre as recorrências de contato para qualquer condição decontato particular definida, ou para um conjunto definido deeventos de contato.

"Evento de contato de impacto" se refere à ocor-rência de um evento de contato que produz um efeito em maisde um átomo de pelo menos um dos objetos de contato sejatransferindo átomos entre as superfícies de contato, ou pelomenos dois átomos se tornando reposicionados em pelo menosuma superfície de objeto catalisador.

"Área de contato projetada" se refere à área máxi-ma possível de contato durante um evento de contato, defini-da como a área incluída- dentro dos limites coincidentes decontato entre duas superfícies de contato como se completa-mente imersas uma na outra. A referida área de contato pro-jetada é, portanto, tipicamente maior do que a área atual detodo o contato diminuto físico de material para material queocorre dentro da referida área.

"Superfície de contato externa total" se refere àsoma de todas as áreas de contato projetadas possíveis dife-rentes de um par definido de objetos de contato, tais comoobjetos catalíticos de superfície ativa, ou de um conjuntodefinido dos referidos objetos.

"TICO" é um aforismo para uma forma de substratocatalisador que apresenta um formato relativamente modifica-do a partir de um icosaedro truncado clássico.

A presente invenção se refere em determinados as-pectos a sistemas reatores catalíticos configurados para acriação de contato entre as superfícies, por exemplo, super-fícies cataliticamente ativas, de objetos catalíticos (porexemplo, catalisador heterogêneo de fase sólida) e métodospara a fabricação- e uso dos referidos sistemas reatores ca-talíticos. A presente invenção pode compreender interaçõesde superfície de .catalisador transitórias e recorrentes. Apresente invenção ainda se refere, em determinadas modalida-des, a novas geometrias para catalisadores, por exemplo, ca-talisadores particulados e/ou em grânulos (por exemplo, comoilustrado nas figuras 2 - 6 e 8 - 10), e a um novo movimentoe desdobramento das superfícies cataliticamente ativas demodo a otimizar a-quantidade e a freqüência da ação de con-tato de superfície a superfície. Em alguns casos, a maioriasubstancial da área de superfície ativa dos objetos catalí-ticos pode ser empregada. Os catalisadores e os métodos ca-taliticos da presente invenção podem aumentar a produtivida-de catalitica e pode ainda aumentar o transporte de materi-ais de reação heterogêneos, por exemplo, gases, líquidos,pastas, e/ou fluidos supercríticos, através das zonas de su-perfície do catalisador, com relação outros catalisadores emétodos catalíticos conhecidos.

Em uma modalidade, a presente invenção se refere asistemas reatores catalíticos que compreende pelo menos doisobjetos catalíticos dotados de superfícies complementares demodo que uma área de contato projetada de 1%, 2%, 3%, 4%,5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10% ou mais da área de superfície decontato total cataliticamente ativa dos objetos catalíticos,e um dispositivo indutor de contato e dispostos de modo atrazer pelo menos dois objetos catalíticos em contato entresi. Como usado aqui, "superfícies complementares" pode sereferir às superfícies de quaisquer dois objetos (por exem-plo, objetos catalíticos), ou porções do mesmo, dotado de umformato, topografia de superfície, e outras característicasque permitem que a área de contato projetada definindo ocontato íntimo entre as duas superfícies seja substancial-mente co-extensivo com a totalidade das áreas externas dassuperfícies ou porções. Exemplos de superfícies complementa-res incluem duas superfícies essencialmente planas; uma pro-jeção essencialmente cônica e uma endentação essencialmentecônica (para cones de mesma dimensão); uma bomba essencial-mente hemisférica e uma endentação essencialmente hemisféri-ca (para hemisférios de mesma dimensão); etc. Em uma modali-dade, um sistema reator catalitico da presente invenção com-preende objetos cataliticos cada um dos quais compreendendopelo menos uma superfície essencialmente plana de modo que asuperfície essencialmente plana de um primeiro objeto cata-lítico é capaz de contatar uma superfície essencialmenteplana de um segundo objeto catalitico. 0 objeto cataliticopode compreender um material cataliticamente ativo por pelomenos uma porção ou sobre essencialmente toda a sua superfí-cie externa. Em algumas modalidades, o objeto catalitico po-de compreender um material de suporte pelo menos parcialmen-te revestido pelo material cataliticamente ativo.

Como usado aqui, um "dispositivo indutor de conta-to" se refere a qualquer aparelho capaz de trazer os objetoscataliticos em contato repetido entre si. Em algumas modali-dades, o dispositivo indutor de contato pode ser um sistemade agitação de um reator no qual os objetos cataliticos sãodispostos, tal como, por exemplo, um aparelho gerador defluxo·de pasta de um reator de coluna de bolhas em pasta deescala industrial ou um propulsor de um reator de tanquecontinuamente agitado de escala industrial. Em algumas moda-lidades, o dispositivo indutor de contato é um aparelho me-cânico acionado a motor que é configurado para posicionarfisicamente as superfícies de pelo menos dois objetos cata-liticos em contato entre si. Em algumas modalidades, o sis-tema reator catalitico pode compreender um mecanismo mecâni-co para posicionar pelos menos dois objetos cataliticos emcontato, de modo que uma área de contato projetada entredois objetos cataliticos é maior em média a cerca de 1% daárea de superfície de contato externa total cataliticamenteativa dos dois objetos de contato. Em determinados dos refe-ridos casos, o mecanismo mecânico pode ser uma bomba de en-grenagem, uma série de bombas de engrenagem, ou semelhante,e os objetos catalíticos podem adotar a forma de engrenagensgiratórias, ou dentes da mesma, ou rolos que sejam dispostosde modo a estarem em contato entre si e/ou outras superfí-cies . A figura 7 mostra uma vista explodida e interna de ummecanismo de bomba de engrenagem básico, enquanto a figura11 mostra um conjunto de rolo catalítico.

Catalisadores ou objetos catalíticos da presenteinvenção podem compreender uma pluralidade de facetas, ouequivalentemente "porções de mosaico", onde pelo menos umadas facetas encontra uma faceta adjacente em uma borda paraformar um formato tridimensional, onde pelo menos uma facetacompreende um material cataliticamente ativo. Em alguns ca-sos, uma faceta individual apresenta uma área de superfíciemaior do que 1% da área de superfície de contato externa to-tal cataliticamente ativa. Em algumas modalidades, uma face-ta, ou porções da mesma, pode compreender o material catali-ticamente ativo. As bordas onde as facetas se encontram po-dem ser bordas essencialmente retas ou bordas as quais podemser alteradas (por exemplo, arredondadas). As facetas podemapresentar superfícies que são essencialmente planas ou nãoplanas. É vantajoso se os contornos das superfícies das fa-cetas dos objetos catalíticos a serem trazidos em contato,sejam complementares, como acima definido. Os objetos cata-líticos facetados podem compreender, em algumas modalidades,formas particuladas ou granuladas dotadas de, em algumas mo-dalidades, de tamanhos de partículas típicos conhecidos da-queles versados na técnica para catalisadores particulados.Por exemplo, tamanhos de partículas podem estar na faixa de0,1 mm - 25 mm, mais tipicamente de 1 mm - 10 mm. Os referi-dos objetos catalíticos podem ser particularmente bem ade-quados para uso em reatores de escala industrial, tais comoreatores de coluna de bolhas, reatores de leito fluidifica-do, reator de tanque continuamente agitado.

O formato dos objetos catalíticos pode variar comuma aplicação particular, como descrito em maiores detalhesabaixo. Exemplos de formatos potencialmente adequados inclu-em, mas não são limitados a, poliedros, tais como icosaedrotruncado, cilindros, engrenagens (por exemplo, engrenagemdotada de dentes de engrenagem), etc.

A presente invenção descreve ainda métodos de rea-lização de reações catalisadas por um catalisador heterogê-neo. Os referidos métodos compreendem atos de exposição depelo menos dois objetos catalíticos, pelo menos um dos quaisapresenta superfícies que são cataliticamente ativas, a umambiente definido compreendendo um reagente selecionado;criar um contato entre os objetos catalíticos de modo que aárea de contato projetada entre od dois objetos catalíticosé maior do que em média 1% da área de superfície de contatoexterna total cataliticamente ativa dos objetos catalíticos,e permitir que o reagente selecionado sofra reação químicaem uma superfície cataliticamente ativa para produzir o pro-duto desejado. Em algumas modalidades, os objetos catalíti-cos são imersos em e circundados pelo ambiente, que pode seruma solução ou material puro em uma forma de liquido ou gáscompreendendo um reagente predeterminado, por exemplo. Emdeterminadas modalidades, os métodos da presente invençãocompreendem colocar em contato os objetos cataliticos em ummodo recorrente e transitório. Em alguns casos, isto poderesultar em desempenho aprimorado do catalisador (por exem-plo, maiores rendimentos).

Em determinados casos, o contato recorrente etransitório entre os objetos cataliticos pode vantajosamentealterar pelo menos uma porção da área de superfície dos ob-jetos cataliticos que pode afetar ou aumentar o comportamen-to catalítico. Em uma modalidade, o primeiro objeto catalí-tico que é inicialmente cataliticamente ativo pode entrar emcontato com o segundo objeto catalítico que não é inicial-mente catalítico, de modo que o contato faz com que o segun-do objeto catalítico se torne cataliticamente ativo. Em umaoutra modalidade, o contato pode aumentar o comportamentocatalítico de um objeto catalítico. Em uma outra modalidade,o contato pode permitir que a superfície dos objetos catali-ticos se torne regenerada ou "refrescada" aumentando o com-portamento catalítico.

Com o avanço do conhecimento da natureza das idéi-as convencionais do "estado da matéria" de sólido, líquidoou gás pode não mais ser suficiente se descreve a faixa deestados da matéria. Pode ser vantajoso se considerar o com-portamento do catalisador heterogêneo no contexto do conhe-cimento de que as referidas diferenças de estado podem serrelativamente "indistintas". Uma "superfície" tipicamenteexibem mais complexidade do que uma imagem super simplifica-da de um plano visual com freqüência usado para descrever amesma. Muitas superfícies se tornam relativamente cataliti-camente ativas sob condições apropriadas. 0 modelo conven-cional de um limite agudo em uma superfície pode ser equívo-co para o entendimento da atividade catalítica. Fundamental-mente, uma superfície de um sólido pode ser vista como umazona ou região de transição onde os grupos atômicos proxima-mente espaçados dentro do sólido se afunilam como visto emdireção da borda da zona de superfície. Dentro do sólido, oscomponentes são proximamente ligados mas na superfície a re-ferida ligação pode ser perturbada.

O termo "superfície" na maioria dos catalisadoresconvencionais foi aplicado em uma forma que não reflete aapreciação completa da natureza de uma superfície em suasdimensões ativa, de pequena escala atômica. Ao contrário,determinadas observações da presente invenção podem ser con-sistentes com o conceito de "superfície" catalítica onde, osátomos no interior de um material catalítico, bem abaixo daregião nominal de "superfície" - os vizinhos mais próximosrelativamente abaixo da "superfície" - podem ainda infleun-cer de modo significativo as suas propriedades de "superfí-cie". Os átomos distribuídos por grandes dist6ancias que co-brem muitos espaços de átomo produzem processos de ampla ga-ma que ainda podem desempenhar um papel importante.assim,como descrito aqui, uma "superfície" é muito mais uma zonado que uma posição.Os resultados mecânicos de quantum conhecido su-portam a contenção simplesmente ao fazer com que as superfí-cies ou materiais entrem em contato próximo entre si (poucosmicrons ou menos) forças podem surgir e partículas virtuaispodem se materializar. Por exemplo, os efeitos de Casimir(Casimir, H. G. B. "On the attraction between two perfectlyconducting plates", Proc. Kon. Ned. Akad. Van Weren. 1948,Vol 51, No. 7, pp 793 - 796) podem ocorrer naturalmente emescala bastante pequena da zona de superfície dos catalisa-dores. Os efeitos de Casimir, embora operando em diminutosdomínios de zona de superfície de catalisador, não foram ob-servados com atenção no campo dos catalisadores.

No contexto da presente invenção, sem estar ligadoa qualquer fenômeno físico particular, teoria ou explicação,é plausível que a intensificação catalítica da presente in-venção em virtude da colocação em contato superfícies cata-líticas de fase sólida pode ser, em parte, devido ao fenôme-no no qual na medida em que duas superfícies se aproximamuma da outra, algum quantum de incerteza pode influenciarnão só os materiais mas também o espaço que separam as duasregiões de superfície. Isto pode ser especialmente verdadei-ro onde duas regiões de superfície que se aproximam apresen-tam átomos similares; neste caso, a incerteza pode postularque alguma de uma "superfície" pode ser encontrada na outra"superfície". A referida imprecisão de penetração virtualpode ser apenas parte das zonas extraordinariamente ativasna medida em que as duas superfícies são trazidas em proxi-midade entre si.Medições de Brunauer, Emmett e Teller (BET) é umteste de propriedade de superfície comum usado na descriçãode diversos materiais para catalisadores. 0 mesmo é um testede onde a adsorção de um gás é medida na superfície de ummaterial. A referida abordagem foi baseada em uma teoria deLangmuir relativa a processos de adsorção de gás em uma su-perfície. Uma quantidade controlada de um gás inerte sobpressão é aplicada sob pressão ao material de teste. 0 gás émedido na medida em que é removido por um processo de des-sorção de aquecimento. A medição de BET pode ser expressacomo metros quadrados (ou superfície equivalente) por gramade material sob teste. Embora a teoria de uma medição de BETenvolva muitas hipóteses, o método se tornou uma especifica-ção mais comum para catalisadores. 0 pensamento convencionalatrás da referida medição foi - quanto mais área de superfí-cie melhor. A crença convencional de que toda ação catalíti-ca é controlada na superfície, sugere que mais é sempre me-lhor. Recentemente, entretanto, mais análises estudadas mos-traram que este não é necessariamente o caso (ver, por exem-pio, patente U.S. No. 6.831.037).

Superfícies materiais, mesmo quando consideradasrelativamente lisas, podem ser relativamente ásperas em es-cala atômica. Exemplos foram visualizados com técnicas devarredura de superfície recentemente desenvolvidas mostrandomuitos picos de superfície e vales, terraços e vazios, todospresentes em uma forma típica em vez de desigual. Um outroaspecto significante das características atômicas da zona desuperfície é o alcance deslizável de diversas forças e in-fluências. Na zona de superfície, as coisas podem não sertão precisamente definidas como as imagens lidas parecem re-presentar. Características com freqüência mostram átomo porátomo em uma escala de um átomo a cada poucos milímetros po-de não mostrar o longo alcance das interações que cobremmuitas distâncias atômicas.

Acredita-se que não só o espaço seja tão diminutopara ser significativo, mas também que um tempo diminuto po-de desempenhar um papel importante. As coisas podem ocorrernão só em um diminuto espaço das referidas dimensões atômi-cas mas em um tempo de apenas poucas centenas de femtosse-gundos (10~15 segundos). Portanto, considerações dos interva-los de tempo relativamente pequenos nos quais as ações mole-culares catalíticas de curta margem que de fato ocorrem de-vem ser vantajosas no desenvolvimento aprimorado dos proces-sos catalíticos. Considerações devem ser levadas em contacom relação à disparidade bastante grande entre as ações defemtossegundos da ligação química e o tempo muito mais longoque os materiais de reação levam para se mover para dentro epara fora da zona de superfície. As velocidades molecularestérmicas são da ordem de centenas de milhares de metros porsegundo. Assim, mesmo uma molécula de dimensões moderadaspode apenas estar nas vizinhanças da distância de ligaçãoatômica de uma centena ou tal de picômetros (10-12 metros)para poucas centenas de femtossegundos. Entretanto, em vir-tude da intercolisão das moléculas reagentes, o trajeto parae a partir de uma superfície pode ser relativamente indiretoe tortuoso. Assim, o transporte do material de reação podecom freqüência ser o fator limitante em vês do tempo que de-corre para formar a ligação química. Assim, no projeto demateriais e sistemas catalisadores, pode ser importante selevar em consideração como os componentes da reação podemalcançar a faixa de reação e como os mesmos podem sair damesma. Uma preocupação importante então surge relativa aquanto tempo leva para uma molécula catalisada deixar o am-biente uma vez catalisada na zona de superfície. A atividadecatalítica pode possivelmente ter mais a ver com a captaçãode materiais do que com idéias simplistas que focam apenasna quantidade da área de superfície ativa. Os materiais ca-talisados e reagentes capturados nos interstícios tortuososque restringem e retardam a entrada e a saída de materiaistem mais a ver com os resultados do coeficiente de produçãodo que com a área de superfície medida por BET isoladamente.Mesmo onde um reagente gasoso se encontra envolvido, as me-dições de BET para a maioria das mesmas razoes podem não ne-cessariamente proporcionar um impacto dominante no coefici-ente de reação eficaz. Conseqüentemente, uma grande área desuperfície construída a partir de uma densa floresta de po-rosidade pode ainda se tornar uma inibição de movimento dematerial. A coesão (adesão junta) de materiais similares po-de adicionalmente prejudicar o movimento. A arquitetura deuma superfície pode portanto ser uma que contribua a uma á-rea de superfície com freqüência aparentemente bastantegrande medida por métodos de teste de adsorção de gás. Embo-ra as avaliações anteriores de alguma atividade catalíticaesboçasse uma correlação do desempenho com a área de adsor-ção eficaz, a correlação foi com freqüência pobre. Valoresde BET maiores podem ser obtidos através de maiores poros ede asperezas de superfície que se colocam na arquitetura. Seforem levadas muito além, a densidade das asperezas pode a-presentar uma influência invertida no coeficiente de produ-ção do catalisador ao se estolar o material de transporte.Portanto, em determinadas modalidades da presente invenção,os materiais catalíticos são não porosos ou apresentam umaporosidade de superfície relativamente baixa.

Os catalisadores de superfície de fase sólida he-terogêneos podem em determinados casos reconfigurar ou mon-tar algumas espécies moleculares de reagentes nos produtosdesejados. As referidas ações catalisadoras podem ocorrerdentro de distâncias muito curtas próximas a algumas super-fícies. Alguns catalisadores atuam, pelo menos parcialmente,ao romper as ligações moleculares particulares. Outros pro-cedimentos produzem novas ligações, por exemplo, polímerosde formação a partir de moléculas de "blocos de construção"de monômeros. O período de tempo muito curto no qual· as rea-ções moleculares ocorrem pode ser um aspecto importante docomportamento de todos os referidos catalisadores. Em umaregião de escala anatômica de atividade de superfície, osreferidos eventos podem ocorrer por sobre um período de tem-po extremamente curto. O referido comportamento curto detempo parece não ser observado em pesquisas e configuraçõesde catalisadores convencionais. Caso novas ligações sejamcriadas ou as existentes sejam modificadas por um catalisa-dor, cada referida etapa pode ser uma transição distinta o-correndo em um tempo extremamente curto - por exemplo, nodomínio de femtossegundos. A mudança quantificada de energiana referida ação pode aumentar ou diminuir a energia totaldos componentes. A natureza quantificada da referida transi-ção pode limitar substancialmente a aplicabilidade de con-ceitos convencionais da troca ou armazenamento de energiaressonante mecânica. (Q é o símbolo em geral usado para re-presentar a proporção de energia ressonante armazenada porciclo de energia perdida por ciclo). Idéias de um "Q" asso-ciado com as referidas transições de estado podem falhara emvirtude de as mudanças não serem contínuas. Uma transiçãodistinta pode ser melhor representada na forma de um diagra-ma de estado, como mostrado na figura 1, na qual a direçãovertical representa o fluxo de tempo. Duas moléculas, uma Ae uma B, (vindo de baixo da linha ondulada) , pode interagir(linha ondulada) através de uma troca de um quantum de ener-gia, produzindo a molécula ligada A + B e um quantum de e-nergia (ou fônon) para dentro ou para fora do estado comomostrado à direita da linha ondulada. O refe;rido esquema éapresentado, não como uma teoria completa, mas meramente co-mo eventos gráficos de esclarecimento que podem ocorrer emum tempo bastante curto da referida reação. A referida rea-ção pode ser ou exotérmica (energia liberada) ou endotérmica(energia absorvida). O tempo necessário para a transição(linha ondulada) pode ser extremamente curto. De fato, podenão ser possível dizer que a transição dos estados de entra-da em estados de saída necessita qualquer quantidade de tem-po que seja. Este é um exemplo de um item de quantum de im-precisão. A virtude do referido diagrama simples se baseiana representação puramente de diferenças de estados e as mu-danças características que acompanham o evento.

A maior parte do tratamento teórico convencional,de superfícies e atividade catalítica ao se modelar estatis-ticamente grandes números de elementos, que motiva a maiorparte das abordagens convencionais para projeto e pesquisade catalisador, pode falhar no sentido de não considerar a-dequadamente as interações individuais e sua brevidade. Mui-tas abordagens conhecidas teóricas e empíricas de química decatalisador trataram de um modo estatístico termodinâmicoapenas com médias gerais.

Outras complexidades de superfície podem ainda de-sempenhar um papel importante na atividade catalítica. Mesmoos filmes de metal "contínuos" regulares que podem desempe-nhar proximidade ordenada quase átomo a átomo são raramentesuaves em um nível atômico. Materiais de cristal semicondu-tores quase perfeitos, puros podem se aproximar a uma super-fície quase anatomicamente perfeita. É interessante conside-rar que mesmo uma camada de superfície quase perfeita podeapresentar propriedades "defeituosas" em sua "superfície"simplesmente em virtude da ausência de vizinhos próximos noespaço acima de sua camada superior de átomos. As superfí-cies podem diferir a partir de seu interior ou volume emvirtude de descontinuidades que podem ser inerentemente umapropriedade de uma "superfície" (limite). Se o referido ma-terial de cristal semicondutor for "aditivado" de modo a serdo tipo N em seu interior (rico em elétrons), sua superfíciepode ainda mostrar alguma propriedade do tipo P (rica em o-rificios) em virtude de um campo de elétron que falta no la-do "vazio" do limite. A aditivação de um material semicondu-tor com freqüência pode ser realizada apenas com uma fraçãodiminuta de átomos (para um silicone do tipo N, sobre um em10.000 átomos de fósforo). Notavelmente isto ilustra algumaextensão pela qual propriedades de ampla gama (muitas dis-tâncias espaçadas a átomos) podem contribuir no comportamen-to de uma superfície.

Mesmo os átomos no interior de uma estrutura "só-lida" pode apresentar uma substancial influência em sua "su-perfície" decorrente do material constituinte e da organiza-ção no interior e nas regiões de superfície vizinha. Uma de-terminada. quantidade de deslocamento de átomos dentro da re-ferida estrutura pode estar constantemente ocorrendo emboraa média da estrutura (formato) possa parecer inalterado. Emescala de muito curta distância e pouco tempo, os referidosmovimentos podem ter influência no sentido de oportunidadespara as diversas reações ocorrerem. A temperatura dos mate-riais pode ainda apresentar influência e pode funcionar paraelevar ou reduzir um resultado particular na medida em queareações diferentes competem em um coeficiente diferente,algumas elevando ou reduzindo em resultado do equilíbrio deuma temperatura particular.

Foi observado que as superfícies recentemente cli-vadas obtidas por ruptura de um sólido quebradiço em um vá-cuo ultra-alto apresenta elevada atividade catalítica emcomparação às superfícies similares que não são recentementeclivadas. As referidas superfícies produzidas por rupturanão são ainda cobertas pelo material adsorvido e podem exi-bir características de faixa restrita conhecida como "ávi-das" por companheiros. Tal é a natureza excepcionalmente a-tiva de uma superfície nascente. Acredita-se, no contexto dapresente invenção, que os efeitos de contato de superfície asuperfície podem criar defeitos de superfície que criam ati-vidade catalítica aumentada similares como para as superfí-cies recentemente clivadas. No contexto da presente inven-ção, a arquitetura das superfícies de contato de catalisadorpode ser mudada por cada separação recente em seguida de ca-da contato. Mais uma vez, sem estar ligado a uma teoria ouexplicação particular, acredita-se que as referidas mudançaspossam produzir uma nova classe de defeitos de superfície nodecorrer de cada separação, levando-se em consideração pelomenos em parte a atividade catalítica aumentada e o desempe-nho alcançado com determinadas modalidades da presente in-venção. Pesquisa e desenvolvimento mais convencional na áreade catalisadores heterogêneos seguiram intesamente grandesvalores de área de adsorção de gás de superfície medida. Is-to pode ter encorajado o desenvolvimento da complexidade desuperfície contraprodutiva que se opõe à produtividade doproduto catalítico. As abordagens típicas convencionais paraa formulação de catalisador enfatizam "receitas" particula-res derivadas empiricamente de materiais, proporcionam poucadireção para a variação ou o aprimoramento de um objetivoquímico catalítico do catalisador. Conseqüentemente, muitodo desenvolvimento anterior foi o resultado de documentaçãoárdua de trabalho experimental e experiência de operaçãohistórica usando sistemas de catalisadores estabelecidos ouvariações modestas dos mesmos. Aprimoramento adicional naprodutividade catalitica requer a atenção para diretamenteaprimorar a atividade catalitica e para aumentar o transpor-te de material através de zonas de superfície. A presenteinvenção, em determinadas modalidades, proporciona materiaise métodos para a realização dos referidos aprimoramentos.

A presente invenção não está limitada a qualquerreceita de catalisador particular ou uso para qualquer par-ticular entrada de reagente/saida de produto nem está espe-cificamente limitada em seu uso a qualquer esquema de reaçãoparticular. Exemplos de procedimentos catalíticos que podemser adequados para uso na presente invenção incluem mas nãosão limitados a, a ruptura (por exemplo, ruptura a vapor,ruptura catalitica de fluido, alquilação, amonólise, carbo-nilação, síntese de Fischer-Tropsch, produção de alcano,produção de piridina, desidratação (por exemplo, desidrata-ção de álcoois), deshidrocloração, desidrogenação, epoxida-ção, hidratação, hidrocloração, hidrogenação, hidrogenólise,isomerização, oxidação, redução, oxicloração, refinação depetróleo, e produção de gás de síntese e/ou produtos de gásde síntese. Exemplos de catalisadores e/ou materiais catali-sadores que podem ser utilizados na presente invenção inclu-em, mas não são limitados a, níquel tal como Raney Ni ou Ur-shibara Ni, óxido de vanádio (V) , platina, ródio, rutênio,alumina, sílica, catalisadores de platina ródio paládio, ca-talisador de Ziegler-Natta, catalisador de Grubbs, catalisa-dor de Lindlar, catalisador de Wilkinson, catalisador deCrabtree, catalisador suportado em carbono, alumina ou ou-tros materiais derivados dos mesmos, combinações dos mesmose semelhante. Outros catalisadores e procedimentos cataliti-cos que podem ser empregados de acordo com a presente inven-ção são descritos em Rase, H. F., Handbook of Commercial Ca-talysts, Io edição, CRC Press, 2000, a qual se encontra aquiincorporada por referência.

De fato, os sistemas, materiais e métodos descri-tos aqui podem potencialmente ser utilizados no contexto es-sencialmente de qualquer composição catalisadora heterogêneade fase sólida para qualquer esquema de reação cataliticaapropriada. As referidas composições e reações são extrema-mente bem conhecidas na técnica. A invenção descrita pode emgeral se aplicar essencialmente a qualquer catalisador queemprega materiais catalisadores de fase sólida ativos de su-perfície que agem na matéria reagente heterogênea. É em ge-ral aplicável ao campo de catalisadores heterogêneos com ca-talisadores de fase sólida ativos de superfície amplamentecomo definido, na presente descrição e pelas reivindicaçõesanexas.

Pelo menos dois tipos diferentes de fenômenos po-dem influenciar os coeficientes de produção de um catalisa-dor: primeiro, o fenômeno que atua cataliticamente sobre asligações químicas desejadas nas zonas de superfície; segun-do, o fenômeno que atua para afetar o transporte do materialcircundante, para e a partir das zonas de superfície.

Um maior clareamento do material de zona de super-fície aprisionado pode ser proporcionado pela ação de conta-to de superfície da presente invenção, que pode aprimoraratividade catalitica. Em algumas modalidades, mais clarea-mento de superfície pode ser alcançado ao se adicionar ener-gia radiante às zonas de superfície de catalisador ativaspara produzir um aprimoramento ainda maior nos resultados deprodutividade de catalisador. A referida energia radiantepode ajudar o movimento de atraso dos materiais para e apartir das zonas de superfície.

Como discutido acima, o contato de superfície podeser mais complexo do que o anteriormente previsto no campode catalisadores. Mesmo um contato ligeiro de superfície po-de produzir mudanças e defeitos significativos na superfí-cie. Algumas modalidades, da presente invenção empregam con-tato físico transitório recorrente e deliberado entre as su-perfícies de catalisadores de fase sólida para aumentar aação catalitica sobre os materiais reagentes alvo.

Determinadas modalidades da presente invenção en-volvem novas geometrias de superfície catalisadora projeta-das para facilitar e aumentar a área de contato projetadados eventos de contato de superfície a superfície. Os siste-mas reatores catalíticos e/ou os objetos catalíticos de de-terminadas modalidades da presente invenção são configuradospara produzir contato freqüente de superfície a superfícieentre os objetos catalíticos usando, em algumas modalidades,formatos· catalisadores da presente invenção e/ou o movimentocatalisador, por exemplo, em reatores catalíticos da presen-te invenção. Em algumas modalidades, os objetos catalíticosusados são projetados para proporcionar uma grande área decontato (por exemplo, área de contato projetada) entre a su-perfície cataliticamente ativa e outra superfície, que aindapode ser cataliticamente ativa, que pode ser de composiçãoigual ou diferente, e que pode apresentar superfícies quesão complementares em formato e topografia facilitando áreasgrandes de contato íntimo. Os referidos formatos diferemgrandemente daqueles tipicamente usados nos processos cata-líticos convencionais, que são tipicamente esferóides ou in-cluem formatos curvos similares de superfície não complemen-tar. O contato entre esferas, em especial esferas rígidas, eoutros itens de raio de curvatura pequeno similares, propor-ciona apenas uma área de contato extremamente limitada. 0contato típico entre esferas rígidas tipicamente serão muitomenores do que cinco milésimos de uma área de superfície doobjeto individual. Sob as condições típicas encontradas natécnica anterior, os objetos catalisadores esfericamenteformados que entram em contato um com o outro produzem umaárea de contato insignificante em comparação com as formasde objetos catalíticos proporcionados de acordo com determi-nadas modalidades da presente invenção descritas em maioresdetalhes abaixo. De modo diferente, determinados objetos ca-talíticos da presente invenção, pro exemplo, partículas ca-talisadoras ou grânulos, podem compreende ruma pluralidadede facetas (por exemplo, facetas essencialmente planas) ouporções de mosaico na superfície externa. Em algumas modali-dades, dois dos referidos objetos catalíticos que entram emcontato um com o outro podem ser formados de modo a apresen-tar uma superfície complementar de modo que, para um eventode contato determinado, uma área de contato projetada entreos dois objetos cataliticos (em média sobre um grande númerode contatos) é superior a 1% da área de superfície de conta-to externa total cataliticamente ativa dos objetos cataliti-cos. Exemplos de formatos proporcionados de acordo com apresente invenção incluem, mas não são limitados a, uma va-riedade de poliedros, tais como um icosaedro, icosaedrotruncado (TICO), cilindro dotado de um formato poligonal pe-rimétrico, dentes de engrenagem de uma engrenagem, e seme-lhante. Aqueles versados na técnica prontamente observarãouma grande variedade de outros formatos adequados, cada umdos quais se encontra incluído no âmbito da presente inven-ção de acordo com o definido nas reivindicações anexas. Ossistemas reatores cataliticos da presente invenção podem a-dicionalmente incluir um dispositivo indutor de contato queé configurado e disposto para trazer os objetos cataliticosem contato entre si na presença de um ambiente reagente se-lecionado para produzir um produto de reação desejado. Emalgumas modalidades, os objetos cataliticos podem ser conti-dos em um reator que compreende uma entrada para introduziro reagente ao reator e uma saída através da qual passa apartir do reator uma corrente de produto. Os reatores dapresente invenção podem adotar diversas formas que facilitama criação de contato repetitivo entre os objetos cataliticosnos mesmos. Por exemplo, desenhos convencionados, ou modifi-cações dos mesmos, compreendendo reatores de tanque continu-amente agitados (CSTRs), reatores de leito fluidifiçado, re-atores de coluna de bolhas em pasta, etc., podem ser empre-gados. Ademais, em determinadas modalidades, a presente in-venção proporciona também novas configurações de reator queempregam, em determinados casos, aparelhos mecânicos paracriar um contato de repetição entre os objetos cataliticos(por exemplo, ver a descrição de bomba de engrenagem e con-figurações de reator de rolo abaixo). Em algumas modalida-des, o objeto catalitico é formado de um material cataliti-camente ativo (por exemplo, uma cerâmica) revestida pelo me-nos em uma porção de sua superfície com o material cataliti-camente ativo.

Em algumas modalidades, o formato da superfíciecatalítica proporciona áreas amplas de contato, por exemplo,como com formatos complementares. Isto proporciona geometri-as de objetos cataliticos que são muito diferentes dos cata-lisadores típicos da técnica anterior e, assim, dos sistemasda presente invenção que empregam os referidos catalisado-res. Com os objetos cataliticos independentes e distintos,determinados sistemas reatores cataliticos da presente in-venção podem ainda fazer com que os objetos se movam de modoque os objetos cataliticos freqüentemente colidem em um modoque os mesmos produzem um contato de superfície substancialum com o outro no meio de reação utilizado. Isto pode seralcançado ao se colocar os objetos cataliticos em determina-dos ambientes, tais como meio gasoso, líquido ou misturado,e proporcionar um dispositivo indutor de contato (por exem-plo, um dispositivo para agitar o ambiente). A referida agi-tação foi empregada em reatores de três fases tais como osreatores de coluna de bolhas em pasta, em reatores de tanquecontinuamente agitados, e em uma variedade de outras confi-gurações. Entretanto, os reatores cataliticos convencionaisque apresentam agitação não proporcionam maiores condiçõesde contato da presente invenção pelo fato de que os objetoscataliticos da técnica anterior projetados não possuem aspropriedades intensificadas de contato de superfície a su-perfície das determinadas modalidades da presente invenção.

Em algumas modalidades, os objetos cataliticos dapresente invenção podem ser usados em combinação com um dis-positivo indutor de contato capaz de proporcionar agitaçãoou movimento a um ambiente que compreende os objetos catali-ticos e um reagente. Por exemplo, as diversas facetas essen-cialmente planas de um formato poliédrico, tal como o forma-to TICO descrito abaixo, pode prontamente engatar em eventosde ações de contato repetitivos quando um volume de reagentedensamente preenchido com os referidos objetos é agitado oumovimentado em um reator. Os referidos catalisadores de for-mato suportado da presente invenção quando usados em umaquantidade suficiente para proporcionar uma alta densidadede preenchimento pode produzir, com agitação moderada, oscontatos numerosos e freqüentes recorrentes entre as suasdiversas faces (as quais podem ser essencialmente planas oude contorno complementar). Os reatores de tanque continua-mente agitados (CSTRs) conhecidos na técnica podem ser umaparelho apropriado para o referido processo de uso. Além daCSTRs, os sistemas reatores de coluna de bolha em pasta queutilizam borbulhamento de gás para agitar, por exemplo, umareação de síntese de hidrocarboneto do topo de Fischer-Tropsch pode ainda ser usado em conjunto com a catálise dapresente invenção, tal como o catalisador do tipo de TICO.Em algumas modalidades, em especial naquelas que empregam umgrande número de objetos catalíticos agitados na forma deobjetos como partículas, pode ser desejável se evitar um ob-jeto catalítico de formato tridimensional que seja simétricode modo a permitir a agregação (por exemplo, "travamento")quando diversos objetos catalíticos estão proximamente agru-pados. Por exemplo, isto pode ocorrer com objetos formadosem blocos cúbicos sob agitação. Em algumas modalidades, asformas de objetos catalíticos são proporcionadas de modo aproporcionar o evento de contato de superfície a superfíciefreqüente desejado, mas minimizar a tendência de agregar emmodo de travamento. As assimetrias da presente invenção sãoexemplificadas nos diversos exemplos oferecidos abaixo, en-tretanto, os mesmos são muitas outras possibilidades geomé-tricas que vão de encontro à referida necessidade que ocor-rerá àqueles versados na técnica.

Em algumas modalidades, um acionador, mecanismo ouaparelho mecânico, ao qual pelo menos um objeto catalítico éfixado ou mecanicamente interconectado pode ser empregadopara dispor pelo menos dois objetos catalíticos (ou um obje-to catalítico e um objeto não catalítico) em contato, de mo-do que uma área de contato projetada entre os dois objetosseja maior em média do que 1% da área de superfície de con-tato externa total cataliticamente ativa dos objetos catalí-ticos. Por exemplo, sistemas nos quais o entrosamento dosdentes de engrenagem, que incluem uma superfície que compre-endem um material cataliticamente ativo, entram em contatocom um reagente podem ser usados (por exemplo, ver figura7). Há muitas formas atualmente conhecidas de bombas de en-grenagem que podem servir à referida função ao posicionar osdentes de engrenagem cataliticamente ativos em uma formamesclada e girando as engrenagens, criando contato entre assuperfícies dos dentes de engrenagem. Ademais, uma entrada euma saída podem ser incluídas no sistema reator catalíticode modo que o material reagente pode ser circulado sobre osobjetos catalíticos, por exemplo, pelo menos em parte emvirtude da convecção criada pelas engrenagens móveis.

Outras modalidades da presente invenção podem adi-cionalmente empregar câmaras de reação cilíndricas ou tubosque compreendem uma superfície interior a qual pode ser tor-nada cataliticamente ativa. Quando trazida em contato comoutro(s) objeto(s), tal como outro(s) objeto(s) catalíti-co (s) de uma composição similar, em um ambiente reagente a-dequado, eventos de contato de outro(s) objeto(s) de conta-to(s) com a superfície externa interior cataliticamente ati-va da câmara de reação pode produzir as condições de contatodesejadas para promover o comportamento catalítico mais in-tenso. Sistemas deste tipo podem ser prontamente aplicadospara circular fluidos, gases, e tal, combinando assim asfunções de movimento de fluido desejadas com os processoscatalíticos pretendidos.

Uma configuração exemplificativa para utilizaçãode superfícies catalíticas de contato formado que empregamdentes de engrenagem dotados de superfícies cataliticamenteativas nos dentes é mostrada na figura 7. As referidas en-grenagens operam naturalmente produzindo contato de superfí-cie a superfície eficaz transitório e rápido em cada super-fície de dente de engate. Os dispositivos de bomba de engre-nagem são conhecidos dotados de dentes de contato especial-mente formados adequados para o bombeamento de fluido. Exis-tem muitas formas de bombas de engrenagens comerciais. 0 re-ferido mecanismo combina funções de contato de superfíciecom funções de bombeamento de fluido com freqüência úteispara diversos processos catalíticos. Os referidos sistemascomo bombas de engrenagem catalítica apresentam usos efica-zes e únicos que consideram a sua capacidade de alta pressãonatural junto com capacidades de elevado coeficiente de flu-xo sob condições de temperatura mais extremas. Ao se ter ummaterial de superfície cataliticamente ativo desejado nosdentes de bomba de engrenagem, as condições para o sistemaatual pode ser alcançado em uma variedade de condições difí-ceis. Processos bem estabelecidos podem ser usados para de-positar os materiais catalíticos nas referidas superfíciesde dente de engrenagem.

Outra configuração deste tipo emprega múltiplasbombas de engrenagens individuais.. As referidas podem serusadas dentro de um reator para produzir uma mistura e agi-tação de materiais reagentes no interior das mesmas. Os re-feridos dispositivos com freqüência utilizam a adição de du-as ou mais engrenagens que giram juntas de modo que o fluidoé passado nos dentes salientes e saem no lado dos dentes di-visórios da referida disposição. Há diversas formas destetipo de dispositivo conhecido na técnica. Alguns empregammúltiplas engrenagens, alguns sistemas planetários. Dentesde diversas formas podem ser usados nos referidos sistemas.

Pode ser desejável para o engate dos referidosdentes o desenvolvimento de uma área de contato maior e per-curso sobre cada face de dente que seja revestida com um ma-terial catalisador apropriado. A pressão entre os dentes po-de ainda ser mantida por um motor gerando força apropriadaou outro mecanismo para exercer apenas força suficiente paragarantir o contato de engate significante por toda a exten-são possível da superfície de dente.

Outra configuração para o referido sistema de bom-ba de engrenagem pode ser uma disposição em série do percur-so de fluido a partir de uma bomba de engrenagem para a pró-xima em série para criar uma cobertura de superfície extensapor um reagente de fluido circulado.

Outra propriedade que pode ser conveniente para os-processos catalisadores é a capacidade das referias bombas;de operar em condições de muito alta pressão. 0 referido ti-,po de bomba pode ou gerar as referidas pressões ou operar asengrenagens de engate sem qualquer contenção de alojamentosimplesmente dentro de um ambiente de câmara de reagentecontrolado. O sistema de engate de engrenagem pode ser con-figurado e operado para desenvolver uma área de contato desuperfície ativa total suficiente, para funcionar com velo-·cidades de engrenagens suficientes para otimizar a ação de:contato de modo a obter a produtividade de produto reagido.O formato do dente pode ser qualquer um dos tipos bem conhe-cidos projetados para geometrias anguladas ou helicoidais ououtras que aumentem a área de contato disponíveis em cadaengate de dente.

A literatura de patente mostra diversos exemplosde configurações de bomba potencialmente adaptáveis às apli-cações descritas. Por exemplo, duas das referidas estruturasde bomba são descritas nas patentes U.S. Nos. 5.660.531 e6.518684.

Outra modalidade da presente invenção pode envol-ver um sistema reator catalítico que compreende objetos ca-taliticos configurados no formato de um mancai de rolo dis-posto para criar múltiplos contatos e modalidade de ação deseparação de determinados aspectos da presente invenção (verfigura 11) . As superfícies de mancai de rolamento podem serrevestidas com um material cataliticamente ativo. As estru-turas deste tipo podem ser imersas dentro de um meio reagen-te dentro de um reator em uma corrente de fluxo do referidoreator. Este tipo de modalidade com materiais apropriadamen-te configurados pode ainda facilitar o uso com uma gama bas-tante grande de temperatura e/ou pressão.

A figura 11 ilustra uma modalidade de um sistemareator catalítico da presente invenção 70 que não precisaempregar grânulos ou partículas catalisadoras mas em vezdisto usa recipientes de contenção, com uma superfície in-terna 72 e um mecanismo que ainda proporciona agitação· e a-ção de movimento dos objetos catalíticos. 0 reator cilíndri-co 70 inclui uma série de rolos dotados de mola 74, que sãorevestidos com um material cataliticamente ativo, dispostoem um veiculo 76 que girado sobre um eixo central 78. 0 rea-tor 70 pode adicionalmente conter entradas e saidas, não i-lustradas, para permitir a circulação de material reagentedentro do recipiente reator. Os rolos 74 e/ou a superfícieinterna 72 do recipiente de contenção do reator que os mes-mos entram em contato e pressionam podem ser revestidos comum material de superfície cataliticamente ativo desejado. 0veículo 76 gira os rolos 74 para produzir eventos de conten-ção interrompiudos em áreas particulares das superfícies ca-talíticas dos rolos 74 e/ou superfície 72. A rotação aindaproporciona uma forma de agitação e movimento dos conteúdos(por exemplo, material reagente). O referido recipiente podeainda ser operado em forma de lote ou em fluxo contínuo. Ageometria particular ilustrada é apenas um caso das muitasconfigurações possíveis que podem ser observadas por aquelesversados na técnica. As estruturas da presente invenção po-dem ser construídas essencialmente em qualquer tamanho con-siderado apropriado para o objeto selecionado. Os recipien-tes de contenção cilíndricos ainda vantajosamente são aptosa extremos de temperatura e pressão de operação. O acopla-mentos magnético pode ser usado para gerar rotação de veícu-lo 76 em sistemas selados.

Em uma outra modalidade, sistemas de bomba de en-grenagem como os acima discutidos podem opcionalmente sercombinados com sistema como ilustrados na figura 11 paravantagens de pressão e de fluxo. A flexibilidade do sistemareator catalítico da presente invenção ilustra as muitaspossibilidades de realização de diversos tipos diferentesdas referidas reações em uma corrente de alimentação ao aco-plar diferentes configurações de reator. Isto pode ser im-plementado em série ou em uma rede de ramificações conduzin-do assim a muitas configurações de processo industrial inte-gradas dentro do âmbito da presente invenção.

Determinadas modalidades da presente invenção com-preendem o uso de um aparelho reator catalitico de bigor-na/batente, que em algumas modalidades, pode ser dimensiona-do e configurado para ser particularmente bem adequado parateste analítico em pequena escala, experimentação, otimiza-ção de processos/materiais e aplicações de teste comparati-vos. Duas das referidas modalidades são mostradas nas figu-ras 12 e 13, respectivamente, as quais como explicado emmaiores detalhes abaixo e como mostrado nos exemplos 6 - 15,podem ser especialmente úteis como teste de escala piloto edispositivos de análise.

A figura 12A proporciona uma vista em seção trans-versal de uma modalidade exemplificativa de um aparelho rea-tor catalitico de bigorna/batente 80. A .figura 12B mostrauma vista de topo do aparelho batente, e a figura 12C mostrauma vista de topo do aparelho de bigorna. Como mostrado nafigura 12B, um contato batente 84 é posicionado no lado defundo da lâmina batente 98, e uma asa de corrente em redemo-inho 92 é posicionada no lado de cima da lâmina batentea 98.A lâmina batente 98 é mantida em uma posição elevada pelabase de batente 94. Como mostrado na figura 12C, o aparelhode bigorna 80 inclui uma base de bigorna 90 e uma placa veí-culo de bigorna 88 posicionada em uma porção da base de bi-gorna 90 de modo que a placa veiculo de bigorna 88 apresentauma superfície de topo essencialmente rente com a superfícieda base de bigorna 90. A placa veículo de bigorna pode seralinhada com pinos 89. Um contato de bigorna 86 é posiciona-do em uma porção da placa veículo de bigorna 88. No aparelhode bigorna/batente 80, o aparelho batente 98 é posicionadoem cima do aparelho de bigorna de modo que a base de bigorna94 entra em contato com uma porção de base de bigorna 90.Ainda, a lâmina batente 98 é posicionada acima do aparelhode bigorna de modo que o contato batente 84 é posicionadodiretamente acima do contato de bigorna 86.

O contato de bigorna 86 e o contato batente 84 po-dem ser soldados à placa veículo de bigorna 89 e à lâminabatentea 98, respectivamente. A solda pode ser preferivel-mente do tipo de ouro/silicone de alta temperatura tal comoaquela usada em estruturas semicondutoras. Uma folha delgada(< 002") da referida solda pode fundir cada uma das referi-das partes metálicas em um forno de atmosfera reduzida. Umou ambos os contato de bigorna 86 . e contato de batente 84pode compreender um material catalítico. 0 referido tipo demontagem preserva a planura e a forma paralela das partes. Aconfiguração permite testes repetidos com diferentes catali-sadores para manter o comportamento operacional idêntico.

Na referida configuração, o contato batente 84 écapaz de entrar em contato com o contato de bigorna 86 pormovimento das lâmina batente 98. Unv parafuso 96 pode ser u-sado para controlar a força com a qual o contato batente 84entra em contato com o contato de bigorna 86. Na modalidadeilustrada, o contato de bigorna 86 apresenta uma área de su-perfície maior do que a do contato batente 84. Por exemplo,o contato de bigorna pode apresentar uma dimensão de super-ficie de 5 mm χ 5 mm, enquanto o contato batente pode apre-sentar uma dimensão de superfície de 2 mm χ 2 mm.

O contato de bigorna 86 e/ou o contato batente 84podem ser revestidos com um material cataliticamente ativo,como descrito acima. O contato batente 84 pode ser trazidoem contato com o contato de bigorna 8 6 de modo que o produtocatalisado seja formado na área de contato (por exemplo, aárea de superfície do contato batente e a porção "golpeada"do contato de bigorna).

O excesso ou área "não golpeada" do contato de bi-gorna (por exemplo, uma estrutura de 1,5 mm de largura dota-da de 21 mm2 de superfície de bigorna) é exposta ao mesmoambiente, entretanto, apresentará um produto substancialmen-te menos catalisado em sua superfície do que a área "golpea-da" de 2 χ 2 (4 mm2).

Diversos materiais, catalisadores, materiais rea-gentes, temperaturas e pressões operacionais, etc., podemser testadas com o sistema da presente invenção.

Com referência à figura 13, uma segunda modalida-de de um aparelho reator catalítico de bigorna/batente 100contendo um conjunto de bigorna/batente no interior de umrecinto 140 é ilustrado. Uma -modalidade do referido aparelhoé descrita em maiores detalhes abaixo no exemplo 6 e é des-crita aqui apenas brevemente. O conjunto batente 120 é posi-cionado com relação ao conjunto de bigorna 110 de modo que obatente pode entrar em contato controlável e repetido com abigorna. O conjunto batente 120 pode ser conectado a um sis-tema de acionamento eletromagnético, por exemplo, acionadorlinear acionado a mola indutora 130, que pode medir e con-trolar o posicionamento e o movimento do batente e a forçaaplicada durante os eventos de contato. Na modalidade ilus-trada, um mancai de gás 132 usado para proporcionar uma pas-sagem de muito baixa fricção através do recinto 140 da hastede impulsionar 131, que aciona o batente 300 (figura 15). Umconjunto de entradas 142 pode introduzir o material reagen-te, tal como gás reagente no aparelho 100, e um conjunto desaúdas 144 pode ser usado para evacuar o gás reagente do a-parelho 100. Em algumas modalidades, cada uma das três en-tradas de reagente ilustrada 142 e saídas de produto 144 po-de estar em comunicação fluida com diferentes porções da á-rea de superfície cataliticamente ativa da bigorna 200 (fi-gura 14) no conjunto de bigorna 110 (por exemplo, porçõespresa e não presa da bigorna no exemplo ilustrado).

Não se acredita que as técnicas da presente inven-ção sejam limitadas em sua utilidade aos materiais catalisa-dores particulares ou reações catalisadas e podem ser apli-cadas a uma grande variedade de catalisadores ativos de su-perfície e reações capazes de serem catalisadas pelos refe-ridos catalisadores. Essencialmente todo o catalogo conheci-do de catalisadores ativos em superfície pode potencialmenteser de benefício em aplicação dos sistemas de contato de su-perfície a superfície e as configurações de determinadas mo-dalidades da presente invenção. Outros materiais catalisado-res diferentes de metais, tais como óxidos ou cerâmicas, po-dem ser capazes de se beneficiar dos eventos de contato efi-caz dentro do contexto da presente invenção. Aqueles versa-dos na técnica de catalisadores heterogêneos, usando nãomais do que os conhecimentos e os recursos oferecidos poraqueles versados na técnica, considerando o ensinamento e aorientação proporcionada no contexto da presente invenção,serão capazes, sem experimentação indevida e dificuldade,selecionar materiais cataliticos apropriados para uma reaçãodesejada particular e de fabricar os referidos materiais ca-taliticos nos objetos cataliticos e sistemas reatores cata-liticos da presente invenção, aqueles versados na técnicaserão ainda capazes de realizar testes de leitura e testesde rotina e otimizações, por exemplo, os referidos testespodem ser realizados de modo similar que os procedimentosabaixo descritos nos Exemplos 6 - 15, para selecionar ascondições apropriadas ou ótimas para a implementação dastécnica da presente invenção envolvidas na criação e/ou in-tensificação de .contato de superfície dos objetos cataliti-cos e para confirmar que as técnicas da presente invençãoproduziram maior atividade catalítica no sistema escolhido.

Em algumas modalidades, os sistemas reatores cata-liticos da presente invenção podem compreender um materialcataliticamente ativo que forma o objeto catalítico ou queestá presente em· pelo menos uma porção da superfície do ob-jeto catalítico.·Os materiais cataliticamente ativos são co-nhecidos na técnica, e podem ser escolhidos para se adequara uma aplicação particular. Em algumas modalidades, as com-binações de metais tais como ligas ou outras misturas metá-licas podem proporcionar vantagens para a atividade catalí-tica especifica. Por exemplo, combinações, nas quais os di-ferentes componentes apresentam diferentes propriedades devalência ou de oxidação, podem produzir mais campos ativospara os catalisadores em contato com superfícies similares.Ao se selecionar átomos de carbono para as referidas combi-nações, elementos das colunas da tebela periódica adjacentepodem ser escolhidos. Por exemplo, um metal de transição apartir de uma determinada coluna na tabela periódica podeser permitido com uma forma de metal de transição da colunaadjacente, tal como a coluna precedente ou a coluna subse-qüente. Exemplos das referidas combinações podem incluir e-lementos a partir de pelo menos duas das colunas 9, 10, 11da tabela periódica. Por exemplo, um metal de transição dogrupo 10 (por exemplo, níquel, paládio, platina) pode serpermitido com uma pequena quantidade (por exemplo, 0,05 % empeso, 0,10; % em peso, 0,25 % em peso, 0,50 % em peso, 0,75 %em peso, 1,0 % em peso, 5,0 % em peso, 10 % em peso) de ummetal de transição a partir da coluna adjacente 9 (por exem-plo, cobalto, ródio, irídio, etc.). Em uma modalidade espe-cífica, metal paládio pode ser permitido com 0,25 % em pesode irídio.

Os sistemas da presente invenção que empregam téc-nicas de intensificação de contato de catalisador e configu-rações descritas acima podem ser úteis na melhora das opera-ções de "regeneração" e de "refrescar", com freqüência pro-blemáticas e comuns nas operações catalíticas industriais. 0contato de superfície a superfície pode agir, pelo menos emparte, como uma forma de regeneração ou reativação contínua.Além do aprimoramento significativo na ação catalítica, apresente invenção pode, em determinadas modalidades, permi-tir uma maior seletividade para os produtos resultantes aopermitir um maior uso de parâmetros operacionais a serem u-tilizados. A presente invenção pode tornar possível a utili-zação de condições não anteriormente eficazes ou práticasnos sistemas convencionais.

Diversas configurações são possíveis dentro docontexto da presente invenção. Abaixo são apresentados exem-plos os quais devem ser considerados casos não limitantes deum grande âmbito de aplicações e configurações possíveisdentro do âmbito da presente invenção. Outras ocorrerão à-queles versados na técnica; portanto apenas as reivindica-ções anexas devem definir os limites do objeto da presenteinvenção.

Em uma outra modalidade, o sistema reator catalí-tico pode ser operado em condições supercríticas (ou de tem-peratura e pressão) para obter as espécies moleculares dese-jadas para a reação catalítica. Isto pode ser realizado emum modo mais ou menos contínuo ou em virtude da gravidadedas referidas condições termodinamicamente ativas pode serrealizado transitoriamente em uma maneira repetitiva parareduzir a dificuldade das referidas condições extremas nosmateriais e nos equipamentos.

Outras modalidades da presente invenção podem a-primorar o transporte e a liberação do material catalitico ereagente, para, a partir de, e/ou na zona de superfície. Em-bora a ação de contato do sistema em si possa facilitar be-nefício significativo em transporte material, o referido e-feito pode ser adicionalmente intensificado em determinadasmodalidades pela aplicação de energia radiante. A ação exci-tatória de energia radiante incidente no catalisador (porexemplo, sônica, ultra-sônica, fotônica, partícula e/ou ele-tromagnética) pode aprimorar o movimento do material para, apartir de, e/ou através da zona de superfície. Como indicadoacima, a captação dos materiais na zona de superfície a par-tir das micro cavidades ou coesão pode ser um processo deretardação com um fator de tempo muitas vezes aquele neces-sário para a transformação catalítica atual.

Os objetos catalíticos da presente invenção podem,em determinadas modalidades, ser configurados como partícu-las ou grânulos que apresentam geometrias que incluem múlti-plas áreas projetadas e/ou porções de facetas/mosaico, cada= uma das quais dotada de uma área de superfície externa tipi-camente de 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 65, 7%, 8%, 9%, 10% ou maisda área de superfície externa ativa total de um objeto cata-litico individual. O princípio do sistema atual pode ser re-alizado em uma grande variedade de tamanhos, formatos e con-figurações, o que pode ser escolhido para uma aplicação par-ticular, que proporciona uma área de contato projetada sig-nificativa maior do que 1% da área de superfície de contatoexterna total cataliticamente ativa de um objeto cataliticoindividual. Um formato ilustrativo é o objeto catalitico ci-lindricamente simétrico com nove facetas planas longitudi-nais ao longo de sua superfície de eixo mais longo mostradanas figuras 8 e 10. Outros formatos serão observados por a-queles versados na técnica quando se levar em consideraçãoas possibilidades para a aplicação dos princípios da presen-te invenção. As condições desejadas diferentes de uso e defatores econômicos ainda afetam as referidas escolhas.

Os objetos catalisadores podem ser um material ca-talisador sólido, uma construção em camadas, uma estruturaoca, ou semelhante. Por exemplo, metal níquel com freqüênciausado em catalisadores deve ser usado na forma sólida, o seuformato se conformando em princípio à construção multiface-tada de determinadas modalidades da presente invenção. Di-versas configurações para a referida ação são concebíveisdentro do âmbito da presente invenção.

Para determinadas aplicações da presente invenção,objetos catalíticos pequenos e especialmente formados podemser desejáveis. Os objetos catalíticos suportados podem serutilizados por razoes de liberdade na formação dos objetos epor questão de economia de fabricação. Por exemplo, materi-ais cerâmicos podem ser utilizados para os substratos cata-lisadores suportados. Adequadamente, resistência à alta tem-peratura e qualidades quimicamente inertes podem tornar oscerâmicos adequados para uma grande gala de condições deprocessos. Como discutido anteriormente, a presente invençãoproporciona novas geometrias de catalisadores. De modo aformar as referidas geometrias, os métodos eficazes paramoldagem de formatos mais complexos e precisos que podem serprontamente alcançados por métodos de extrusão comuns para afabricação de materiais cerâmicos podem ser vantajosamenteempregados. O uso dos referidos processos de moldagem podeser vantajoso para alcançar o grau de assimetrias de formatodiscutido acima como sendo úteis para evitar o tratamento detravamento dos objetos cataliticos cujos formatos intertra-vam muito facilmente quando preenchem densamente o espaço dereação.

Em algumas modalidades, os materiais que podem serproduzidos na forma de pó podem ser misturados com plásticostermicamente moldáveis e formados em uma forma desejada u-sando técnicas de moldagem de injeção de pó (PIM) conheci-das. Os referidos métodos foram desenvolvidos para permitirtecnologias de grande produtividade e econômicas de moldagemde plástico a ser realizada para a fabricação de metal epartes cerâmicas. Quando os pós cerâmicos são usados, os re-feridos métodos são algumas vezes chamados de moldagem deinjeção cerâmica (CIM). Dentre as referidas tecnologias osprocessos CIM que empregam cerâmica alumina podem ser parti-cularmente úteis para a formação de substratos catalisado-res. Os referidos métodos podem ser utilizados para a fabri-cação de muitos objetos cataliticos dentro do âmbito da pre-sente invenção. Os materiais para realização dos referidosmétodos são oferecidos pela BASH AG de Ludwigshafen, Alema-nha, que também publicou guias e libretos descrevendo os mé-todos de fabricação (ver, Piotter, et al., Sadhana, Vol 28,partes 1 e 2, Fevereiro/Abril 2003 - 299 - 306) .

Algumas referências que descrevem os processos ca-talisadores convencionais empregando os veículos catalisado-res cerâmicos convencionais suportados são dotados de des-gaste significativo reportado a partir de abrasão ocasionadapela agitação. Convencionalmente, estudos foram implementa-dos no sentido de minimizar os efeitos do desgaste mecânicodos substratos cerâmicos que empregavam. A referida aborda-gem em geral implementada foi através da manipulação da com-posição e do processamento do cerâmico. 0 fenômeno em geralconhecido de referido desgaste foi o atrito impermeabilizadodo catalisador. Detritos de desgaste de partícula comunsprovenientes do referido comportamento foram denominadas comum nome especial - "finos". As referidas partículas finasnão só entopem os filtros mas também interferem com os pro-cessos dos maquinários, mas o referido desgaste pode tambémresultar em atividade catalítica reduzida. A tecnologia ce-râmica atual emprega aditivos a uma cerâmica de óxido de a-lumínio puro muito usado com freqüência para o material desubstrato de suporte de catalisador. Titânia (pó de óxido detitânio) com outro material adicionado ao mesmo (por exem-pio, bário em uma menor proporção) foi misturado para apri-morar a resistência ao atrito. Partes moldadas de aluminapura sintetizada completamente duráveis produzidas pelosprocessos CIM descritos, podem ser adequadas para muitos u-sos mas os fatores de desgaste devem ser considerados paracada processo específico na seleção do formato do substrato,nas condições de materiais e de processamento. Para aprimo-rar a resistência à abrasão, um material de alumina (por e-xemplo, AO-F alumina oferecida pela BASF) pode ser misturadocom um a cinco por cento de pó de titânia com a adição op-cional de um por cento ou menos de bário para neutralizarqualquer teor de sulfato que afete o desempenho da abrasão.

A função e a vantagem dos referidos e de outrasmodalidades da presente invenção podem ser mais amplamentecompreendidas a partir dos exemplos abaixo. Os exemplos aseguir embora ilustrativos de determinadas modalidades dapresente invenção, não exemplificam o âmbito geral da pre-sente invenção.

Exemplos

Exemplo de prognóstico 1: Fabricação de um ObjetoCatalisador

Objetos Catalisadores são fabricados usando mate-rial de pó de alumínio moldável vendido sob o nome comercialde Catamold® do' tipo AO-F disponível a partir de BASF AG deLudwigshafen, Alemanha, e seus distribuidores em outros paí-ses. O material tipo AO-F é feito de um óxido de alumínio de99.8% de pureza que é composto como um pó finamente divididomisturado com aproximadamente 20% de material plástico poli-acetal. O referido permite que ele seja manuseado e moldadocomo um plástico usando um equipamento existente de torno demoldagem e plastificação. Mesmo formas complexas são possí-veis com as referidas técnicas. O processo completo comodescrito acima existe como uma operação comercial rotineirapara a produção de partes de cerâmica moldada. As partesmoldadas pelo referido processo não são na verdade apenas decerâmica, exigindo duas etapas de processamento além da eta-pa de moldagem plástica para que se tornem formas de cerâmi-ca duráveis e resistentes. Por causa da quantidade de mate-rial plástico adicionado para tornar possível o processo demoldagem plástica, as partes moldadas por este método sãoprojetadas para ser, por exemplo, 20 por cento maiores que odesejado para a parte acabada. O plástico poliacetal esco-lhido em particular para o material adicionado permite queas referidas partes moldadas (partes "verdes") sejam quimi-camente tratadas para eliminar todo o plástico adicionado. Oreferido é feito em um processo cuja primeira etapa gradual-mente aumenta a temperatura ambiente (a uma taxa de 3°C porminuto) até estabilizar em 270°C. No referido ambiente aque-cido, as partes verdes são então expostas a vapor de ácidonitrico vapor por aproximadamente uma hora. O referido pro-cesso, chamado de "desaglomeração" rapidamente converte paraum gás todo o plástico na parte moldada. Por meio da desa-glomeração, destituído de poliacetal, algo poroso, porémfirme e precisamente conformado, as partes agora "marrons"estão agora na segunda etapa, diretamente carregadas para umprocesso de precipitação. A temperatura é gradualmente au-mentada a 3°C por minuto durante as 7 horas e meia seguinteschegando à temperatura total de precipitação de 1610°C. De-pois de assim permanecer por aproximadamente uma hora, aspartes são refrigeradas ligeiramente mais rápido, a 5°C porminuto, para 400°C então posteriormente refrigeradas maisdevagar a 3°C por minuto para 50°C ou temperatura ambiente.As partes conformadas, agora sólidas e resistentes, podemser manuseadas, estando prontas para quaisquer etapas poste-riores.O referido ciclo de precipitação realiza diversospropósitos: 1) encolhe com precisão as partes para o formadodesignado; 2) funde a parte em uma cerâmica sólida, precisa-mente conformada e não-porosa de modo que; 3) as superfíciesresultantes se tornam resistentes, lisas e lustrosas. Paracontrole e economia benéficos, toda a operação do ciclo dedesaglomeração e precipitação pode ser realizada em um sis-tema de fornalha de impulsão em túnel automatizado e contí-nuo. As superfícies das partes então precipitadas emergem doprocessamento bem adequadas para serem revestidas com qual-quer material catalisador ativo desejado dentro de uma vari-edade, como por exemplo, paládio ou metais do grupo da pla-tina ou combinações entre os descritos acima. Os métodos aseguir podem ser utilizados como técnicas de fabricação paraos exemplos de objetos de catalisador suportados fornecidosa seguir. As vantagens econômicas e as possibilidades deconformação usando a referida moldagem de injeção de cerâmi-ca e o processo de precipitação os tornam potencialmente va-liosos para a aplicação na formação de objetos catalisadoresda presente invenção.

Exemplo de prognóstico 2: Fabricação de uma formasuportada do catalisador

O referido exemplo ilustra a fabricação de umaconformação selecionada para um Objeto Catalisador suportadode tamanho médio de aproximadamente 3 mm de diâmetro quepossui múltiplas vantagens sobre uma esfera.

A conformação do Objeto Catalisador é essencial-mente um icosaedro truncado 10, como mostrado na figura 3,uma variação do formato de uma bola de futebol, dotada detrinta e duas faces essencialmente planas e niveladas, vintedas quais são faces hexagonais 12 e doze das quais são facespentagonais 14. (A forma geométrica ideal euclidiana de umicosaedro truncado 10 é mostrada na figura 2). O Objeto Ca-talisador é dotado de uma simetria esférica geral que pro-porciona uma área de contato projetada relativamente aumen-tada quando comparada à de uma esfera, uma vez que cada umadas trinta e duas áreas de contato projetadas podem ser mai-ores em superfície do que uns poucos por cento da área ex-terna total do objeto. A área de superfície total do referi-do formato poliédrico em particular é mais de quarenta e oi-to por cento maior do que uma esfera do mesmo diâmetro nomi-nal.

A figura 4A mostra outra vista de um icosaedrotruncado, enquanto a figura 4B mostra uma vista de todas astrinta e duas faces do icosaedro truncado colocadas em um sóplano e unidas mostrando a relação entre as faces.

Para sintetizar um catalisador no formato de. umicosaedro truncado, um substrato catalisador suportado, decerâmica dotado de a conformação desejada é formado pelosmétodos de moldagem por injeção de cerâmica descritos no E-xemplo I acima. O substrato de cerâmica é então revestidocom o material catalisador selecionado. Por razões de dura-bilidade e facilidade de fabricação, a conformação é modifi-cada de diversas maneiras a partir do formato ideal da bolade futebol. O referido formato modificado será chamado; apartir de agora, de TICO. Primeiro, as seis arestas das fa-cetas são arredondadas ou "atenuadas". Como mostrado na fi-gura 5, as facetas 22 e 24 se encontram na aresta 20, a qualé ligeiramente arredondada para eliminar a aresta afiada,dando às arestas das facetas arredondamento e suavidade edotando-as de um raio de curvatura 26 de aproximadamente0,08 mm.

Ainda, em modalidades onde o objeto catalisador ésintetizado usando um molde, o ângulo das facetas na linhamédia do molde pode ser menor do que 90° para auxiliar a Ii-beração do objeto catalisador do molde. A figura 6 mostra, umobjeto catalisador dotado de uma faceta 38 adjacente a umalinha média de um plano médio 36 de um molde 32. A linha 34ilustra um ângulo de 90° na linha divisória 36 do molde. Afaceta 38 pode ser preferivelmente ligeiramente inclinadasde modo que as referidas faces adjacentes formem um ânguloligeiramente menor do que 90°, com relação ao plano da linhadivisória. (A linha divisória é a face aberta do molde paraas referidas peças.) o referido facilita que as partes mol-dadas sejam mais facilmente liberadas da cavidade, do moldedeste modo evitando que uma parte muito grande saia da cavi-dade do molde. A metade da cavidade do molde aberta para asreferidas partes pode ser ligeiramente maior do que a partepara possibilitar que ela se desprenda facilmente do molde.

No presente exemplo, partículas de catalisador sãofabricadas de modo que cada referido icosaedro truncado édotado de trinta e duas facetas essencialmente planas. Asreferidas facetas aumentam a área de contato projetada - umaestratégia no grande contraste com minimizar a área de con-tato projetada, como em uma esfera. A diferença substancialna área de contato projetada complementa o aumento relativoem possíveis eventos de contato possíveis com uma variedadeagitada dos referidos Objetos Catalisadores do tipo TICO fa-cetados dentro de um reator.

As numerosas condições de contato freqüente resul-tantes são observadas para produzir uma quantidade relativa-mente aumentada de catálise para um reagente selecionado. Osveículos de catalisadores de conformação TICO suportados dopresente exemplo são moldados usando o processo descrito a-cima no Exemplo I e revestidos de acordo com as necessida-des. Existem muitos métodos que são familiares para aquelesversados na técnica o depósito dos materiais nos substratosque podem ser usados para depositar os metais desejados, ó-xidos ou outros materiais catalisadores em superfícies TICO.As técnicas podem ser selecionadas de processos variadosdesde o depósito de líquidos até a evaporação a vácuo. Nopresente exemplo, uma forma TICO revestida de cobalto é usa-da em uma reação Fischer-Tropsch com gás de síntese apropri-ado tanto em um reator de coluna de borbul.hamento em lama(SBCR) ou um reator de tanque continuamente agitado (CSTR).A resistência térmica da construção TICO do presente exemploa leva aos referidos processos altamente exotérmicos.

Exemplo de prognóstico 3: Fabricação de um grânulocatalisador cilíndrico de nove lados

A figura 8 ilustra outra forma inventiva de um ob-jeto e um sistema catalíticos compreendendo um grânulo cata-lisador que emprega uma conformação cilíndrica de nove lados40. A figura 8A ilustra uma vista lateral ao longo do com-primento do grânulo cilíndrico, enquanto a figura 8B ilustrauma vista de seção transversal. Os métodos descritos acimano Exemplo 1 para a moldagem por injeção de cerâmica são u-sados para fabricar a referida conformação inventiva. 0 nú-mero incomum e o arranjo assimétrico das facetas 48 essenci-almente planas prestam-se à boa mistura e ao contato super-fície a superfície com efeitos mínimos de obstrução.

Na figura 8, uma modalidade ilustrativa do grânulocilíndrico é mostrado. O grânulo cilíndrico 40 tem um com-primento total 42, com as facetas essencialmente planas do-tadas de um comprimento 44. Uma terminação abaulada do grâ-nulo tem um comprimento 46. O diâmetro nominal do grânulocilíndrico 40 é mostrado por 52. No referido exemplo de mo-dalidade em particular, o grânulo cilíndrico tem 11,5 mm decomprimento, com nove facetas essencialmente planas cada umadotada de um comprimento de 7,5 mm. O comprimento da termi-nação abaulada é 1,95 mm. 0 diâmetro 52 do grânulo cilíndri-co é 5,65 mm. As arestas 50 são arredondadas como descritoacima no Exemplo 2.

O tamanho ilustrado é tão arbitrário quanto o con-ceito é amplamente aplicável à escala larga de tamanhos pos-síveis e de números alternativos das facetas. O uso de ou-tros materiais sólidos também irá ocorrer àqueles versadosnas técnicas o tamanho do presente exemplo na figura 8 temaproximadamente três vezes o tamanho da área de contato daconformação TICO previamente ilustrada e descrita dotada deum diâmetro de 3 mm. A área de contato maior da faceta docilindro 40 pode ser essencialmente nivelada e suave paraser plenamente efetiva nos eventos de contato. A máxima áreade contato projetada da referida conformação é mais de 8 porcento da área de superfície externa total da partícula. Oreferido fator para a acima descrita conformação TICO podetipicamente estar entre a partir de apenas 2 por cento acimada menor faceta a apenas 3 por cento acima da maior faceta.A conformação da figura 8 pode ser prontamente moldada usan-do o processo de moldagem por injeção de cerâmica previamen-te descrito ou tantos outros possíveis métodos conhecidos detécnicas de moldagem. As arestas abauladas, como mostrado nafigura 10, podem minimizar os atritos das referidas partesem uso, como poderia ocorrer em geometrias simples não re-tangulares. A figura 10A ilustra uma vista de seção trans-versai ao longo da lateral do comprimento do grânulo cilín-drico, enquanto a figura 10B ilustra uma vista lateral des-cendo pelo comprimento do grânulo cilíndrico. O projeto a-baulado permite que haja uma transição suave da terminaçãoabaulada para a parte principal ;do grânulo cilíndrico, o quecompreende as facetas essencialmente planas. O diâmetro 60 éo diâmetro máximo da parte principal do grânulo cilíndrico,enquanto o diâmetro 62 da abóbada hemisférica é relativamen-te menor, permitindo uma transição lisa do corpo à extremi-dade abaulada.

Exemplo de prognóstico 4: Fabricação de um Catali-sador em Grânulos de Hecatoedro

A conformação do objeto catalisador ilustrado nafigura 9 compreende uma simetria relativamente diametral queexija menos modificação para mais facilmente o objeto molda-do se liberar de uma cavidade de molde. A área de superfícieexterna de cada faceta é menor do que o objeto TICO para umdiâmetro nominal dado porque a conformação se aproxima maisda conformação de uma esfera. Todavia, O grande número desuperfícies de facetas essencialmente lisas rendem áreas decontato projetadas consideravelmente maiores do que com es-feras do mesmo diâmetro. As facetas menores permitem que aconformação seja relativamente fácil de ser fabricada com onível desejado de nivelamento e de acabamento preciso da su-perfície. A referida conformação "HECA" de catalisador éprontamente moldável pelo processo de moldagem por injeçãode cerâmica discutido acima. A conformação de facetas irre-gulares pode controlar a tendência de bloqueio da simetriaesférica.

Exemplo 5: Melhoria de catalisadores por contatoSuperfície a Superfície

Para observar o efeito de contato na atividade ca-talisadores do metal paládio, e também de suas ligas, umdispositivo de batente bigorna catalítico experimental quecontata os aparatos similares àquele ilustrado na figura 12e descrito previamente foi fabricado da seguinte maneira:

Dois elementos de lingüeta foram obtidos de umacápsula de lingüeta de liberação de aproximadamente 0,635 cm(1/4 de polegada) de diâmetro. Uma porção de cada elementoda lingüeta foi abradida, e pequenas amostras de metal palá-dio foram soldadas às partes de lingüeta descascadas. Umaamostra de 3 mm χ 3 mm (aproximadamente) de paládio foi sol-dado a uma lingüeta, enquanto uma amostra de 4 mm χ 4 mm (a-proximadamente) foi soldada a outra lingüeta. Um campo mag-nético externo foi aplicado para controlar o movimento daspeças das lingüetas, de modo a colocar as amostras de palá-dio em contato uma com a outra. Deste modo, os elementos delingüetas modificadas funcionaram para proporcionar uma a-bertura simples dos meios de contato. As lingüetas modifica-das foram ajustadas para fechar normalmente com uma força decontato de 6 gramas lidas por um mostrador de 0 a 15 gramasdo tipo dinamômetro de mola usado para ajustar a força deliberação da mola. As peças das lingüetas foram montadas fo-ram montados a uma placa de vidro deslizante de microscópiocom um cimento de litargirio. A lingüeta superior foi conta-tada pela lingüeta inferior e tensionada por uma força de 6gramas apenas para abrir o contato como determinado por umohmimetro.

O conjunto deslizante foi colocado dentro de umtubo de vidro Pyrex de 2,54 cm (1 polegada) de diâmetro paraa exposição aos reagentes (gás de metano). O volume do inte-rior do tubo foi de aproximadamente 75 mL. As terminações dotubo foram fechadas com um tampão de borracha de silicone deum único furo em cada terminação. O gás de metano foi dima-nado através do tubo Pyrex em uma taxa de 5 mL a 10 mL porminuto. Uma bobina externa de fio cercando o tubo foi condu-zida por um amplificador de força de um gerador de funçãopara proporcionar a força de abertura magnética para o con-junto. Os contatos ; de paládio nas lingüetas foram postos emcontato a uma taxa de aproximadamente cinco vezes por segun-do, durante um período de tempo entre várias horas até umdia. Depósitos orgânicos significativos foram encontradosnos contatos. O período mais longo mostrou mais depósitos. Acromatografia de gás mostrou que o peso molecular dos depó-sitos era mais de 20.000 em equivalente de poliestireno. Opaládio usado foi variado entre paládio puro, uma liga dopaládio-rutênio compreendendo 10% de rutênio e uma liga depaládio-prata compreendendo 10% de prata. Os depósitos pare-ceram grossos e pegajosos.

Exemplos de trabalho 6-14: Dispositivo de testecatalítico do reator de bigorna/batente (SAT) e seu uso paraobservar o aumento de reações catalisadas pelo contato doobjeto catalisador

O dispositivo SAT

Um dispositivo SAT como representado na figura 13e descrito acima foi projetado para permitir a avaliação doefeito de contato com uma variedade de materiais catalisado-res sólidos operando em uma estrutura que proporciona um vo-lume de reação espacial fechado através do qual o veículo eos gases reagentes podem ser dimanados.

O Dispositivo SAT incorpora um sistema mecânicomovido por eletro-magnetismo e controlado digitalmente paraproduzir uma força de contato precisa e contínua entre duaspeças de materiais catalisadores (por exemplo, batente e bi-gorna) em uma maneira precisamente paralela de encontro.

Um -grande carro de aço soldado resistente de 76,2cm (30 polegadas) por 152,4 cm (60 polegadas) com pneuspneumáticos de 20,32 cm (8 polegadas) (não retratados) foramusados para suportar o peso total do Dispositivo SAT (istoé, mais de 317,51 kg - 700 libras), assim como bateria defonte de alimentação de energia (não ilustrada), um regula-dor-condicionador em linha (não ilustrado), o encanamento dofluxo do gás e os controles (ver, por exemplo, a figura 16),um sistema de controle de acionamento digital e eletrônicocontrolado digitalmente por computador (não ilustrado) , e umcomputador com um monitor de LCD com 20" (não ilustrado) . Ocarro igualmente suporta válvulas de fluxo do gás, encana-mento e Rotâmetros de monitoramento de fluxo (ver a figura16). Um detector sensível de massa Agilent (Modelo 5879) 502é posicionado junto ao carro e conectado ao sistema SAT 100por via de uma válvula seletora 504 e do encanamento dentrode um cerco aquecido (não ilustrado) conectado ao carro. Ci-lindros de gás (não ilustrados) fornecendo os gases de ali-mentação são conectados ao painel de controle de gás 507 nocarro por meio de canos de uma área de armazenamento do ci-lindro-perto do carro.

Os materiais catalisadores são proporcionados noDispositivo SAT por meio de um pilar de batente removível eda inserção do veículo de bigorna substituível, de modo queos materiais catalisadores possam ser facilmente substituí-dos. Pequenas peças de material catalisador são soldadas aopilar de batente substituível e à inserção da bigorna de mo-do que a maneira pela qual os dois materiais catalisadoresentram em contato um com o outro é constante após várias a-mostras. Os materiais catalisadores da bigorna e do batentetêm 1/2 mm de espessura de um laminador de rolamento fabri-cado para estar liso e paralelo dentro de 0,0762 mm (30 mi-cro polegadas) e formado por tiras de também 3 milímetros delargura ou 5 milímetros de largura. As tiras possuem um aca-bamento superficial brilhante e liso tipicamente melhor doque uma aspereza de 0,0005 mm (0,5 micra). O batente de 3 mmχ 3 mm e a bigorna de 5 mm χ 12 mm foram cortados das tráspor uma serra de joalheria 8/0 e as arestas de corte forampolidas para remover qualquer "brilho".

As figuras 14A- 14G mostram várias vistas do con-junto de bigorna 110 do SAT 100. A Bigorna 200, que é solda-da à entrada de bigorna 201 (figura 14B), é posicionada en-tre a porta de entrada 230 e a porta de saída 220 de modoque, quando o gás reagente é alimentado pela porta de entra-da 230 pela porta de saída 220, o gás reagente flui atravésa largura da bigorna 200 e entra em contato com a bigorna200. A figura 14D mostra a uma vista aproximada da porta deentrada 230 e da porta de saída 220. A porta de entrada 230compreende as entradas 232, 234, e 236, através da qual omaterial reagente pode ser introduzido. A porta de entrada230, além disso, compreende os bicos 276, 278 e 280, osquais introduzem o material reagente na superfície da bigor-na 200. Os bicos 276, 278 e 280 são arranjados de modo queas aberturas dos bicos são posicionadas logo acima da super-fície da bigorna 200 e aproximadamente 1/2 mm da borda dabigorna 200. Os bicos 276, 278 e 280 são angulados para bai-xo aproximadamente 3 graus a partir da paralela com o planoda superfície da bigorna para garantir que o gás reagenteentre em contato com a bigorna 200. Os bicos 276, 278 e 280são conformados (por exemplo, substancialmente conformado demodo retangular) de modo que, quando o gás reagente é intro-duzido na bigorna 200, o gás reagente tem um fluxo laminar.As terminações inferiores dos bicos 276, 278 e 280 estãoprecisamente localizadas a 1/4 de mm acima do topo da super-fície da entrada da bigorna 201. De forma similar, a portade saída 220 compreende complementarmente os bicos 270, 272e 274, através dos quais o gás reagente/produzido pode sairdepois do contato com a bigorna 200. Os bicos 270, 272 e 274são também arranjados de modo que as aberturas dos bicos sãoposicionadas logo acima da superfície da bigorna 200 e a a-proximadamente 1/2 mm a partir da borda da bigorna 200, e asterminações inferiores dos bicos 270, 272 e 274 estão preci-samente localizadas 1/4 de mm acima do topo da superfície daentrada da bigorna 201. As saídas 222, 224 e 226 são conec-tadas à saída de gás 144 (ver a figura 13) para expulsar ogás reagente/produzido a partir do Dispositivo SAT 100 e pa-ra alimentar os córregos ao sistema de análise de espectrô-metro de massa (Agilent 5879 MSD). O resistor 202 (por exem-pio, um resistor de 1000 mW) elimina a carga estática. Oscomponentes de cerâmica 290 e 294 isolam a bigorna 200 dacorrente, e as cavilhas 292 e 293 guiam o posicionamento dabigorna 200 (figura 14G).

Uma característica particularmente vantajosa doDispositivo SAT permite que várias porções da bigorna 200sejam estudadas simultaneamente. A figura 14E mostra umavista superior de uma operação do conjunto da bigorna 110,no qual divisórias ou "cercas" 240 e 242 são posicionadastransversalmente à largura da bigorna e em contato com a bi-gorna 200 para definir as porções 210, 212 e 214 da bigorna200, e para prevenir o cruzamento de gás reagente/produto deuma porção para a outra durante a incorporação. Os divisores240 e 242 podem ser seguros no lugar, por exemplo, por enta-lhes ou sulcos na porta de entrada 230, e a porta de saida220. Em alguns casos, os divisores 240 e 242 podem ser fa-bricados com vidro ou qualquer outro material-que possa fi-sicamente isolar as porções 210, 212 e 214 uma da outra. Napresente modalidade de exemplo, finas "cercas" de vidro bo-rosilicato (6 mil de espessura) que têm 5,5 mm de altura e18,3 mm de comprimento foram usadas. O gás reagente foi in-troduzido na direção 250 pela via das entradas 232, 234 e236, de modo que o gás reagente saindo pela saida 276 apenasentra em contato com a porção 210 da bigorna 200, o gás rea-gente deixando a saida 278 apenas entra em contato com aporção 212 da bigorna 200, e o gás reagente deixando a saida280 entra em contato com apenas a porção 214 da bigorna 200.0 referido arranjo pode ser vantajoso pelo fato de que asdiferentes porções da bigorna 200 podem ser comparativamenteavaliadas sob as mesmas condições reagentes para determinara melhoria relativa na atividade catalisadora da porção 212quando contatada por um segundo material catalisador.

Em alguns casos, os divisores 240 e 242 não sãonecessários, assim como o fluxo laminar do gás reagente podeser controlado, por exemplo, através do controle de taxas defluxo de entrada e saida, de modo que não há cruzamentosubstancial de gás reagente de uma porção para outra.No referido exemplo, o gás reagente dimanado nadireção 250 a partir da porta de entrada 230 para a porta desaída 220. Deve ser entendido que, em outras modalidades, ogás reagente pode fluir na direção oposta à direção 250 (porexemplo, a partir da porta 220 para a porta 230).

A bigorna 200 foi configurada para ser dotada deuma maior área de superfície (5 mm χ 12 mm) do que a segundasuperfície catalisadora (isto é a superfície catalisadora dobatente 300 de 3 mm χ 3 mm) e foi arranjada de modo que obatente entra em contato apenas com a porção 212 da bigorna200 durante a operação. Em outras palavras, a porção 212 dabigorna 200 foi contatada por uma segunda superfície catali-sadora (isto é, o batente 300) na presença do gás reagente,enquanto as porções 210 e 214 da bigorna 200 não foram colo-cadas em contato com uma segunda superfície catalisadora napresença do mesmo gás reagente. As porções 210, 212 e 214foram então separadamente avaliadas para a atividade catali-sadora que ocorreu a cada porção individual. 0 conjunto dabigorna 110 deste modo possui um arranjo e uma geometria queproporcionam uma comparação diferencial das áreas de "golpe"(por exemplo, a porção 212) e "não-golpeada" (por exemplo,porções 210, 214) da bigorna 200 enquanto se expõem todas asáreas a condições idênticas. As diferenças entre as ativida-des catalisadoras das áreas "golpeadas" e "não golpeadas" dabigorna 200 podem então, com a margem dos tempos de depura-ção de reagente/produto no percurso e a correção adequada dequaisquer diferenças na área de superfície catalisadora to-tal sendo atribuídas à presença intermitente da área adicio-nal do batente na zona 212, ser atribuídas somente aos efei-tos de contato, por exemplo, do batente com a bigorna.

As figuras 15A - 15C mostram várias vistas do con-junto do batente 120, o qual está posicionado diretamentesobre o conjunto da bigorna 110 no dispositivo SAT 100.

Como mostrado na figura 15A, o pilar do batente300 está conectado a um conjunto compreendendo tiras de sus-pensão de folha 320 e 322, uma moldura de folha 310, e umahaste de conexão 330. A haste de conexão 330 é adicionalmen-te conectada a um atuador 130, como mostrado na figura 13, oqual controla o movimento do pilar do batente 300 via o me-canismo de folha do atuador, no qual as tiras de folha 320 e322 oscilam como direcionadas pelo atuador 130. A moldura defolha 310 tem 18 mm de espessura e está precisamente nivela-da e paralela para permitir o aperto adequado das tiras desuspensão 320 e 322. As tiras de suspensão 320 e 322 e amoldura de folha 310 são feitas de material X-750, e cadauma possui uma espessura diferente para garantir que suasrespectivas freqüências difiram significativamente. Por e-xemplo, a tira de suspensão 322 tem 0,0254 mm (0,001 polega-da) de espessura e a tira de suspensão da folha tem 0, 0508mm (0, 002 polegadas). Os conjuntos de grampo 340 e 342 sãoconstruídos para serem dotados de superfícies lisas de modoa distribuir uniformemente a força através das tiras de sus-pensão de folha 320 e 322 e para ancorar de forma sólida astiras de suspensão de folha 320 e 322, que são tensionadasem uma instalação de ajuste fixo de 11 gramas de força. Oespaçador 341 possui um acabamento de superfície lisa de mo-do que contata a tira de folha 320 uniformemente, e os para-fusos 343 são auto-niveladores. O atuador 130 direciona aoscilação das tiras de suspensão de folha 320 e 322 via umahaste de conexão de modo que os pilares do batente 300 semovem na direção 350 em direção à bigorna 200. A moldura dafolha 310 pode ser movida verticalmente via montagem rotató-ria 360.

A figura 15C mostra uma vista aproximada do pilardo batente 300 e do batente 301, o qual foi unido através dasoldagem a uma superfície inferior do pilar do batente 300de modo que o batente 301 pode entrar em contato com a bi-gorna 200. O pilar do batente 300 e a entrada da bigorna 201foram fabricados com aço inoxidável 316L, proporcionando su-perfícies muito niveladas e suaves às quais o material cata-lisador foi soldado. As superfícies de acoplamento das refe-ridas partes do veículo foram estanhados nele de tal manei-ra, removendo qualquer excesso de solda pavio de solda. Aspartes do catalisador (isto é, a bigorna 200, o batente 301)foram fundidas então facilmente às peças de veículo com umaquantidade mínima de solda, fundindo as duas peças pré-estanhadas na presença de uma quantidade muito pequena defluxo de resina. As partes de 316L foram estanhadas com sol-da de estanho-prata 221C usando uma solda à base de fluxo deácido clorídrico de Lucas-Milhaupt para trabalho em aço ino-xidável (HandyFlux Type TEC) . Uma fita fina (0, 0762 mm ou0,003 polegadas de espessura) desta liga de solda eutécticade SnAg foi proporcionada por Lucas-Milhaupt. As referidasoperações de estanhar e fundir foram levadas a cabo usandouma lâmina aquecida de laboratório de temperatura controla-da. Os fluxos usados foram totalmente removidos depois decada operação de soldagem e em seguida lavados com água purae enxaguados com acetona antes do uso.

Como descrito acima, o batente 301 é uma pequenalâmina de material catalisador (por exemplo, uma lâmina dePd de 3 mm χ 3 mm neste exemplo) conectada a uma superfíciebase do pilar do batente 300 de modo que o batente 301 entraem contato com a bigorna 200 quando o pilar do batente 300 éabaixado na direção 350 (figura 15A) . 0 pilar removível dobatente 300 é fabricado a partir do material 316L, tem 0,64cm (0,25 polegadas) de diâmetro e é dotado de um entalhe 347precisamente colocado perto da extremidade superior topo aqual acopla dois parafusos dentados de esfera com molas 349que posicionam o pilar do batente 300 no conjunto do batente120. Como mostrado nas figuras 15B - 15C, o pilar do batente300 também compreende um pino passador de 0,42 cm (1/6 depolegada) 302 e é projetado contra um sulco em V 353 na baseda lâmina do grampo de folha 303 para manter o alinhamentodo batente 301.

Na modalidade do exemplo, o batente 301 entra emcontato com a bigorna 200 apenas na porção 212 da bigorna200, e não entra em contato com as porções 210 ou 214 da bi-gorna 200. Como mostrado mais completamente nos experimentosdescritos abaixo, a porção da bigorna 200 que é contatadapelo batente 300 (isto é, a porção 212), na presença do gásreagente, exibiu uma atividade catalítica realçada relativaàs porções 210 e 214. Em alguns casos, atividade catalíticapode ser aumentada em mais de 50%, mais de 75% ou mais de90%, em relação às porções 210 e 214 não-golpeadas.

Os materiais catalisadores foram unidos ao pilardo batente 300 e entrada da bigorna 201 por uma técnica es-pecial de soldagem empregando uma solta eutéctica. As soldaseutécticas são dotadas de uma temperatura especifica na qualderretem e imediatamente se tornam fluidas (isto é, não exi-bem uma faixa de amolecimento enquanto são aquecidas). A re-ferida propriedade permite a soldagem de um material catali-sador nivelado para um veiculo de metal nivelado de modo quea ação capilar do fluido de soldagem assegure uma acoplagemparalela precisa das superfícies. Existe uma variedade deligas com faixas de temperatura de trabalho. Em alguns ca-sos, uma proporção particular de ouro e silício pode ser eu-téctica a uma temperatura relativamente alta. A liga sele-cionada para os experimentos aqui descrita era de estanhopuro com 3,5% de prata, que derrete precisamente a 221°C. Astiras de material catalisador foram estanhadas apenas no la-do voltado para a referida solda eutéctica. Depois de estar-nhada, a camada estanha da solda foi minimizada pelo desgas-te da superfície estanhada com um "pavio de solda" qual éuma trança de cobre muito fina de aproximadamente 3 mm deextensão, revestida com um fluxo de solda tipo "resina". Alimpeza da solda é realizada até o ponto onde a película dasolda é brilhante, lisa, fina e não mostra pequenos brilhosou pontos altos. Após a estanhagem, o batente 301 foi unidoao pilar do batente 300 e a bigorna 200 foi unida à entradada bigorna 201 por soldagem.Uma válvula seletora de quatro portas Valco (VICI)504, foi usada para a amostragem de cada uma das três áreasda bigorna e para a entrada de fluxo de gás das porções 210,212 e 214. Esse tipo de válvula seletora ventila as amostrasnão-selecionadas por uma linha de despejo a vácuo mantendoassim o fluxo através das portas das amostras e as linhasnão-selecionadas mantém o fluxo corrente para quando uma a-mostra é selecionada.

A porta de entrada 230 e porta de saida 220 foramconectadas aos seus alimentadores ou a suas portas Valco a-través de uma tubulação de 0,159 cm (1/16 de polegada) deaço inoxidável 316L freqüentemente usada em equipamentos decromatografia comercializada por Valco como T10040 limpa epolida internamente eletricamente e selada em comprimentosde um metro. Estes tubos foram dobrados à mão para dar-lhesforma para posicioná-los de modo que cada jogo de três aber-turas traseiras que conectam um bloco do bico assentassefirmemente cada tubo em uma de suas aberturas apoiadas em1/16 de polegada desse modo conectando facilmente =o 1 mm(0,04 polegada) do diâmetro interno do tubo ao trajeto dobico. Cada bocal foi feito com fio EDM à máquina no bloco dobico 230, 220 proporcionando uma transição de fluxo laminarsuave laminar a partir da curva ID de 1 mm para o entalhe dobocal de 1,0 mm χ 3,1 mm de extensão. 0 movimento lateral daválvula do fio EDM foi usado para conformar a transição sua-ve a partir da curva para a abertura larga do bocal. ■

0 uso de maquinário EDM (por exemplo, maq-uináriode materiais de ligas de Niquel alto) freqüentemente produzprodutos residuais por causa da erosão de faísca do metal,deixando uma "camada branca". A referida "camada branca" po-de se formar quando operações de limpeza típicas são reali-zadas ou quando químicos agressivos são usados, o que podefazer com que o dispositivo não tenha um bom funcionamento.Para preservar a tolerância química e mecânica, superfíciesde precisão devem ser feitas sob medida para a limpeza demetais brilhantes. Em concordância, muitos componentes dosistema SAT 100 foram fabricados a partir de uma única lâmi-na de uma polegada de espessura de material de liga de altoníquel X-750, a qual é quimicamente resistente. A liga de Nifoi recozida a vácuo a 982,22°C (1800°F) e resfriada lenta-mente em argônio para desenvolver as propriedades desejadaspara a referida aplicação. X-750 tende a endurecer no traba-Iho de usinagem, especialmente devido ao endurecimento daprecipitação em uma faixa de 537,78°C (IOOO0F) a 704,44°C(1300°F). Deste modo, tanto as velocidades de corte quanto aalimentação foram controladas com cuidado para evitar o en-durecimento de trabalho. Os cortadores de cobalto foram usa-dos na velocidade moderada de corte. Após uma usinagem subs-tancial do material pré-cozido, um ciclo de recozimento sub-seqüente foi realizado para preservar as propriedades e pro-porcionar estabilidade. Em alguns casos, dois ou três ciclosde recozimento são preferidos. Em alguns casos, Material daliga de alto níquel X-750 é completamente recozido antes doinício de qualquer operação de usinagem, e a "camada branca"do produto da laminação é removida a uma profundidade de0,406 cm (0,015 polegada) a 0,6 cm (0,025 polegadas).O cerco 140 do SAT foi aquecido de forma controla-da por cinco calefatores de cartucho (não representados) en-caixado em uma placa de alumínio grossa da transferênciatérmica de 3/4 de polegada (não ilustrado) intimamente uni-dos por parafusos de aço inoxidável de 1/4-20 18-8 (não i-lustrados) à parte inferior da base 141 do cerco 140. O re-ferido permitiu que os testes fossem conduzidos a temperatu-ras elevadas de até 200°C ou mais em alguns casos. Ambas asfaces de acoplamento das referidas duas partes tiveram suasuperfície nivelada melhor do que 0,000762 cm (3/10.000 po-legadas) de planura com aspereza da superfície de revesti-mento de menos de 0,127 cm (50 micro polegadas). As superfí-cies foram muito finamente revestidas antes de formarem umconjunto com lubrificante finamente pulverizado de nitretode boro comercializado por Omega Engenharia como compostoHTRC. As duas peças foram deslizadas repetidamente uma con-tra a outra, se movendo uma polegada mais ou menos, paradistribuir uniformemente o composto e garantir que toda asuperfície fosse lubrificada pelo composto reduzindo o im-pacto de deslizamento gradualmente para .um milímetro mais oumenos. Os parafusos de 1/4-20 tinham cabeças lisas com finasarruelas inoxidáveis e arruelas de pressão inoxidáveis Bell-ville para permitir expansão térmica enquanto mantinham adesejada força de agarre. Foram assentados em recessos re-baixados (1,49 cm - 0, 585 polegada D) na base da lâmina detransferência térmica e o furo de depuração para os parafu-sos 1/4-20 foram aumentados para 0,71 cm: (0,280 polegadas).Diversos pares termelétricos (não representados)proporcionam a leitura da temperatura da bigorna durante aoperação. Os referidos e outros pares termelétricos foramusados como sensores para controlar um controlador de tempe-ratura PID (não representado) que carregava cinco calefato-res do cartucho com diâmetro de 0,6 cm (1/4 de polegada) de250 watts (não representados) (disponíveis a partir de OmegaEngenharia como CIR-1042/120V) encaixado de modo transversalà linha média da lâmina de transferência de calor. Os refe-ridos cartuchos foram também revestidos com o composto tér-mico HIRC para acoplar totalmente o calor à lâmina. Os furosde montagem para os calefatores de 0,6 cm (1/4 de polegada)de diâmetro proporcionam 0,0254 mm a 0,3048 mm (10 a 12 mi-lésimos de polegada) de depuração antes de o composto seraplicado na medida em que os aquecedores são inseridos. Ocontrolador PID opera um relê de estado sólido "de interrup-ção em zero" que minimiza a produção de ruído elétrico quedeve interferir com o sistema de controle eletrônico e ocomputador de registro de dados (não representados) que sãoparte do sistema SAT global Para . proporcionar estabilidadecompreensiva e baixa transferência de calor à placa de baseprincipal de alumínio, uma espuma de vidro de células fecha-das de bloco espesso de 3-3/16 polegada de espessura (nomeregistrado. "Foamglas" oferecido pela Dow Corning) material(não representados) foi cortada a partir de peças maiores efoi laminada parte de topo e de fundo com um metal de folhade alumínio de 1132 de espessura ;para evitar esfarelamentodo material. A laminação foi realizada usando o selante 736High Temperature RTV Silicone da Dow Corning usando uma ca-mada delgada para aderir o metal à espuma de vidro. O com-primento em 14-5/8" foi ligeiramente menor do que o compri-mento do cerco de base e a largura foi 5-5/16", permitindo adepuração para a placa de transferência de calor localizadae posicionada em braçadeiras. O cerco de SAT 140 foi destemodo montado ao carro de modo que o mesmo foi separado apartir do carro pelos blocos de espuma de vidro.

0 cerco 140 é projetado de modo a conter uma at-mosfera gasosa moderadamente pressurizada, alguma da qualflui sobre os materiais catalisadores de contato. 0 cerco140 apresenta dimensões de 18" χ 5.5" χ 7.5", com uma basede metal de 1 polegada de espessura 141 e uma estrutura demetal soldada 143 suportando cinco lados que formam um volu-me inscrito de cerca de 8,5 litros. A estrutura e a base fo-ram fabricados a partir de material X-750 e todas as partescompletamente recozidas foram soldadas juntas usando umahaste de carga do tipo 80 e subseqüentemente mais uma vezrecozido antes da usinagem final. Cada extremidade da estru-tura é formada de um material de 5,5" de espessura por mate-rial de 7,5" X-750. as extremidades são cada uma das quaisfechadas por uma placa plana de antepara de 1/2 polegada deespessura 145, 147, de material 316L que apresenta penetra-ções para as entradas de gases e os sensores termopares.Ambas as referidas placas de antepara são fixadas com para-fusos de tampa DIN inoxidáveis com 6 mm e arruelas de autonivelamento (arruelas de : auto alinhamento inoxidáveisJERGENS) roscadas nos orifícios roscados na extremidade daestrutura de cerco. Anéis em 0 de Viton de material de 1/8polegada de diâmetro nominal em uma ranhura em cada placa deantepara veda os mesmos para proporcionar uma operação livrede vazamento. A parte de topo e dois lados empregam janelasde vidro de placa de borosilicato (por exemplo, com 9 mm) deespessura 149 (Schott Glass) que formam um cerco de pressãoselada, usando anel em O de Viton similar para vedar os la-dos. Os referidos anéis em O foram fabricados por vulcaniza-ção ao tamanho por um vendedor comercial usando a placa dereferência com todas as três ranhuras diferentes retangula-res necessárias trituradas na referida placa como uma checa-gem no próprio dimensionamento. A janela de vidro dianteiraé removível. A parte de topo do cerco 140 emprega também umajanela de vidro de borosilicato e apresenta um orifício 151localizado diretamente acima do magneto Alnico 8 330 fixadona parte de topo da placa de preensão de folha superior dobatente 332. Um conjunto de mancai de ar com ligação a pino132, a estrutura do mesmo é mostrada em maiores detalhes nasfiguras 17A - C, é instalado com anéis de vedação em 0 e ga-xetas de borracha de silicone de modo que a haste de ligaçãode fio 316L de 0,030" de diâmetro é livremente movida por umsistema de acionamento eletromagnético 130 posicionado dire-tamente acima do mesmo.

0 sistema de acionamento eletromagnético 130 émontado em uma placa de Boom de 1/2 de espessura (não mos-trada) (VPN) montada verticalmente em um mastro (VTR) (nãoilustrado) produzido a partir de um canal de alumínio pesadode 6" de largura que é solidamente ancorado por parafusos aum bloco de montagem espesso correspondente (não ilustrado),ainda firmemente aparafusado a uma placa de base principalhorizontal de alumínio de 30 polegadas quadradas 3/4 polega-das de espessura (não ilustrada). A referida base mecânicaprincipal se encontra em diversos pneus de bicicleta infla-dos (não ilustrados) que formam um isolamento eficaz de vi-bração de baixo nível proveniente do equipamento do carro oude fontes de edificação veiculadas à estrutura, reduzindo osníveis indefinidos e incontroláveis de variação de vibraçãode força de contato entre o batente e a bigorna.

Protocolo de Teste Geral SAT

Como descrito acima, o sistema SAT é composto deseis subsistemas básicos.

1) fontes de gás e reguladores;

2) válvulas e controladores de fluxo de gás;

3) Cerco de teste de SAT;

4) Válvula seletora de Valco,

5) Detector de massa seletivo Agilent 5879

6) Computador de registro de dados e eletrônicosde controle do acionamento do batente

Uma rodada de teste se inicia com a janela dafrente do cerco 140 aberta. A baioneta conectada à ligaçãode magneto interna 133 ao cabeçote PIN 132 é removido parapermitir que a estrutura 310 seja girada para cima por meioda montagem rotacional 360 expondo a coluna de batente 301de modo que a mesma pode ser removida e substituída por umacoluna batente/catalisador desejada e o dispositivo de in-serção de bigorna correspondente 201 com o seu material ca-talisador removido e substituído com um desejado para a ro-dada de teste.

Após a instalação do batente desejado 301 e a bi-gorna 200, a próxima etapa foi de iniciar uma rodada de in-terrupção do novo batente e bigorna. Uma rodada de interrup-ção foi iniciada ao primeiro selecionar o número de golpes aserem adquiridos pela coluna de batente 300. Tipicamente,3.000 golpes foram usados com o sistema operando normalmentea 3 golpes por segundo. Após a rodada de interrupção, o dis-positivo de inserção de bigorna 201 e a coluna de batente200 foram examinados no SEM com dados de fotos obtidos e umaanálise EDAX obtida. O dispositivo de inserção é a colunaforam retornadas ao cerco de SAT e o lado de vidro dianteirodo cerco 140 foi reinstalado.

As condições de fluxo de gás foram então estabele-cidas para o teste. Para as rodadas de material de catalisa-dor de paládio, gás veículo de nitrogênio puro de categoriazero foi·usado em um coeficiente de fluxo de 2,5 litros porminuto em um orifício principal do cerco 140. Gás reagentemetano foi alimentado às entradas 142 a um coeficiente de umlitro por minuto. Antes do início da rodada de gás de teste,a câmara e os bocais foram alimentados com gás de hélio puropor 20 minutos para limpar todas as linhas. A válvula de fe-chamento 503 entre a saída da válvula seletora de Valco 504e MSD 502 foi mantida fechada até que a pressão indicada nasaída do-cerco 140 obteve uma leitura estável em mais de 1,5psi. Durante este período de tempo de fluxo inicial de gásdentro do cerco, o teste de espectro de calibração internaMSD foi rodado usando um injetor de substância de testeconstruído no MSD 502. Após a conclusão do referido teste,MSD 502 é permitido bombear e, quando estável, a válvula defechamento é aberta e a rodada de teste iniciada. Através darodada de teste, o desempenho de MSD 502 e as condições detemperatura foram registrados pelo computador. Após o fluxode gás estável ter sido estabelecido, o programa de ajustede temperatura foi iniciado para pontos de ajuste desejadospara a temperatura da operação de teste.

Rodadas de teste foram conduzidas em diversos ní-veis de temperatura e por períodos de tempo variados comodescrito mais amplamente abaixo. As rodadas de teste foramrealizadas em 3 golpes por segundo com uma força de golpe decerca de 12 g. Após cada rodada de teste, o batente 301 e abigorna 200 foram mais uma vez examinados por SEM e EDAX pa-ra mudanças mecânicas ou outros efeitos de superfície. Tipi-camente, não foram encontradas alterações.

Como mostrado nos dados de resultados abaixo des-critos, em geral, aumentos substanciais na abundância doproduto catalisado foram observados em amostras obtidas apartir da área de contato da bigorna 200 (por exemplo, por-ção 212) com relação às duas áreas não revestidas da bigorna200 (por exemplo, porções 210 e 214). A válvula seletora deValco 504 foi usada para amostrar seqüencialmente o produtode gás a partir das porções 210, 212, e 214 da bigorna 200,assim como a corrente de gás de entrada para as porções 210,212, e 214. Por exemplo, a porção 210 foi amostrada em pri-meiro, a porção 212 foi amostrada em segundo, e a porção 214foi amostrada em terceiro. Em alguns casos, a porção "nãogolpeada" 214 foi amostrada muito rapidamente após a porção"golpeada" 212, e o material excedente (por exemplo, excessode produto) foi observado para a porção "não golpeada" 214.

A referida anomalia foi confirmada ao se reverter a rotaçãoda válvula seletora 504, de modo que aquela porção 214 foiamostrada em primeiro, a porção 212 foi amostrada em segun-do, e a porção 210 foi amostrada em terceiro. Como esperado,quando a porção "não golpeada" 210 foi amostrada muito rapi-damente após a porção "golpeada" 212, o material excedente(por exemplo, produto em excesso) foi observado para a por-ção "não golpeada" 210. Quando um período mais longo de tem-po foi permitido para a limpeza das linhas entre cada amos-tragem, os efeitos de excesso foram grandemente reduzidos.Os efeitos da intensificação catalítica excederam de longoos efeitos do excesso.

Exemplo de Teste 6: Uso de Aparelho SAT para Sín-tese catalisada a Pd de hidrocarbonetos a partir de gás me-: tano a 70°C

0 aparelho SAT acima descrito foi equipado com umabigorna de Pd de 5" χ 12" e um batente de Pd de 3"x 3" e arodada de teste foi realizada em geral como acima descrito.No presente exemplo, o aparelho de SAT foi aquecido a 70°C,e gás metano foi alimentado nas entradas 142 a um coeficien-te de um litro por minuto. Durante a rodada de teste, o ba-tente entrou em contato com a bigorna a um coeficiente de 3golpes por segundo com uma força de golpe de cerca de 12 g.As amostras do gás reagente da porção "golpeada" e da porção"não golpeada" da bigorna foram alimentadas em um espectrô-metro de massa por vários períodos de tempo para medir osníveis do produto produzido durante a rodada de teste.

A figura 18A mostra números de massa (eixo x) eabundância (eixo y) das espécies no gás reagente para umaporção "não golpeada" da bigorna, amostrada em diversos tem-pos (eixo z) durante o teste. Os picos dotados de um númerode massa de cerca de 14 correspondem ao material de partidametano, enquanto que os picos de cerca de 30 de número demassa correspondem a um produto de hidrocarboneto superior.A figura 18B mostra os números de massa (eixo x) e abundân-cia de espécies (eixo y) no produto de gás para uma porção"golpeada" da bigorna, amostrada em diversos tempos (eixo z)durante o teste. Comparando a figura 18A com a 18B se podeobservar que a proporção da abundância de produto com rela-ção à abundância do material de partida de metano para aporção "não golpeada" da bigorna é substancialmente menor doque para a porção "golpeada" da bigorna, indicando que ocontato entre a bigorna Pd e o batente Pd substancialmenteaumentou a reatividade catalítica de Pd na síntese de hidro-carbonetos superiores a partir de metano sobre a referidafaixa de temperatura.

Exemplo de Teste 7: Uso de Aparelho SAT para Sín-tese catalisada a Pd de hidrocarbonetos a partir de gás me-tano a 150°C.

O referido teste foi conduzido como descrito noexemplo de teste 6, exceto em que o teste iniciou com um a-parelho SAT aquecido a 150°C durante a rodada de teste.A figura 19A mostra números de massa (eixo x) eabundância (eixo y) das espécies no gás reagente para umaporção "não golpeada" da bigorna, amostrada em diversos tem-pos (eixo z) durante a rodada de teste. A figura 19B mostraos números de massa (eixo x) e abundância de espécies (eixoy) no produto de gás para uma porção "golpeada" da bigorna,amostrada em diversos tempos (eixo z) durante a rodada deteste. Comparando a figura 19A com a 19B se pode observarque a proporção da abundância de produto com relação à abun-dância do material de partida de metano para a porção "nãogolpeada" da bigorna é substancialmente menor do que para aporção "golpeada" da bigorna, indicando que o contato entrea bigorna Pd e o batente Pd substancialmente aumentou a rea-tividade catalitica de Pd na síntese de hidrocarbonetos su-periores a partir de metano sobre a referida faixa de tempe-ratura .

Exemplo de Teste 8: Uso de Aparelho SAT para Sín-tese catalisada a Pd de hidrocarbonetos a partir de gás me-tano a partir de 71°C a 31°C

0 referido teste foi conduzido como descrito noexemplo de teste 6, exceto em que o teste iniciou com um a-parelho SAT aquecido a 71°C, e a temperatura foi reduzidapara 31°C no decurso da rodada de teste.

A figura 20A mostra números de massa (eixo x) eabundância (eixo y) das espécies no gás reagente para umaporção "não golpeada" da bigorna, amostrada em diversos tem-pos (eixo z) durante o teste. A figura 20B mostra os númerosde massa (eixo x) e abundância de espécies (eixo y) no pro-duto de gás para uma porção "golpeada" da bigorna, amostradaem diversos tempos (eixo z) durante o teste. Comparando afigura 20A com a 20B se pode observar que a proporção da a-bundância de produto com relação à abundância do material departida de metano para a porção "não golpeada" da bigorna ésubstancialmente menor do que para a porção "golpeada" dabigorna, indicando que o contato entre a bigorna Pd e o ba-tente Pd substancialmente aumentou a reatividade cataliticade Pd na síntese de hidrocarbonetos superiores a partir demetano sobre a referida faixa de temperatura.

Exemplo de Teste 9: Uso de Aparelho SAT para Sín-tese catalisada a Pd de hidrocarbonetos a partir de gás me-tano a partir de 60°C a 80°C.

O referido teste foi conduzido como descrito noexemplo de teste 6, exceto em que o teste iniciou com um a-parelho SAT aquecido a 60°C, e a temperatura foi elevada pa-ra 80°C no decurso da rodada de teste.

A figura 21A mostra números de massa (eixo x) eabundância (eixõ y) das espécies no gás reagente para umaporção "não golpeada" da bigorna, amostrada em diversos tem-pos (eixo z) durante o teste. A figura 21B mostra os númerosde massa (eixo x) e abundância de espécies (eixo y) no pro-duto de gás para uma porção "golpeada" da bigorna, amostradaem diversos tempos (eixo z) durante o teste. Comparando afigura 21A com a 21B se pode observar que a proporção da a-bundância de produto com relação à abundância do material departida de metano para a porção "não golpeada" da bigorna ésubstancialmente menor do que para a porção "golpeada" dabigorna, indicando que o contato entre a bigorna Pd e o ba-tente Pd substancialmente aumentou a reatividade cataliticade Pd na síntese de hidrocarbonetos superiores a partir demetano sobre a referida faixa de temperatura.

Exemplo de Teste 10: Uso de Aparelho SAT para Sín-tese catalisada a Pd de hidrocarbonetos a partir de gás me-tano a partir de 30°C a 92°C.

O referido teste foi conduzido como descrito noexemplo de teste 6, exceto em que o teste iniciou com um a-parelho SAT aquecido a 30°C, e a temperatura foi elevada pa-ra 92°C no decurso da rodada de teste.

A figura 22A mostra números de massa (eixo x) eabundância (eixo y) das espécies no gás reagente para umaporção "não golpeada" da bigorna, amostrada em diversos tem-pos (eixo z) durante o teste. A figura 22B mostra os númerosde massa (eixo x) e abundância de espécies (eixo y) no pro-duto de gás para uma porção "golpeada" da bigorna, amostradaem diversos tempos (eixo z) durante o teste. Comparando afigura 22A com a 22B se pode observar que a proporção da a-bundância de produto com relação à abundância do material departida de metano para a porção "não golpeada" da bigorna ésubstancialmente menor do que para a porção "golpeada" dabigorna, indicando que o contato entre a bigorna Pd e o ba-tente Pd substancialmente aumentou a reatividade cataliticade Pd na síntese de hidrocarbonetos superiores a partir demetano sobre a referida faixa de temperatura.

Exemplo de Teste 11: Uso de Aparelho SAT para Sín-tese catalisada a Pd de hidrocarbonetos a partir de gás me-tano a partir de IOO0C a 200°C.

O referido teste foi conduzido como descrito noexemplo de teste 6, exceto em que o teste iniciou com um a-parelho SAT aquecido a 100°C, e a temperatura foi elevadapara 200°C no decurso do teste.

A figura 23A mostra números de massa (eixo x) eabundância (eixo y) das espécies no gás reagente para umaporção "não golpeada" da bigorna, amostrada em diversos tem-pos (eixo z) durante o teste. A figura 23B mostra os númerosde massa (eixo x) e abundância de espécies (eixo y) no pro-duto de gás para uma porção "golpeada" da bigorna, amostradaem diversos tempos (eixo z) durante o teste. Comparando afigura 23A com a 23B se pode observar que a proporção da a-bundância de produto com relação à abundância do material departida de metano para a porção "não golpeada" da bigorna ésubstancialmente menor do que para a porção "golpeada" dabigorna, indicando que o contato entre a bigorna Pd e o ba-tente Pd substancialmente aumentou a reatividade cataliticade Pd na síntese de hidrocarbonetos superiores a partir demetano sobre a referida faixa de temperatura.

Exemplo de Teste 12: Uso de Aparelho SAT para Sín-tese catalisada a Pd de hidrocarbonetos a partir de gás me-tano a partir de 85°C a 40°C.

O referido teste foi conduzido como descrito noexemplo de teste 6, exceto em que o teste iniciou com um a-parelho SAT aquecido a 85°C, e a temperatura foi reduzidapara 40°C no decurso do teste.

A figura 24A mostra números de massa (eixo x) eabundância (eixo y) das espécies no gás reagente para umaporção "não golpeada" da bigorna, amostrada em diversos tem-pos (eixo z) durante o teste. A figura 24B mostra os númerosde massa (eixo x) e abundância de espécies (eixo y) no pro-duto de gás para uma porção "golpeada" da bigorna, amostradaem diversos tempos (eixo z) durante o teste. Comparando afigura 24A com a 24B se pode observar que a proporção da a-bundância de produto com relação à abundância do material departida de metano para a porção "não golpeada" da bigorna ésubstancialmente menor do que para a porção "golpeada" dabigorna, indicando que o contato entre a bigorna Pd e o ba-tente Pd substancialmente aumentou a reatividade cataliticade Pd na síntese de hidrocarbonetos superiores a partir demetano sobre a referida faixa de temperatura.

Exemplo de Teste 13: Uso de Aparelho SAT para Sín-tese catalisada a Pd de hidrocarbonetos a partir de gás me-tano a partir de 24°C a 130°C.

O referido teste foi conduzido como descrito noexemplo de teste 6, exceto em que o teste iniciou com um a-parelho SAT aquecido a 24°C, e a temperatura foi elevada pa-ra 130°C no decurso do teste.

A figura 25A mostra números de massa (eixo x) eabundância (eixo y) das espécies no gás reagente para umaporção "não golpeada" da bigorna, amostrada em diversos tem-pos (eixo z) durante o teste. A figura 25B mostra os númerosde massa (eixo x) e abundância de espécies (eixo y) no pro-duto de gás para uma porção "golpeada" da bigorna, amostradaem diversos tempos (eixo z) durante o teste. Comparando afigura 25A com a 25B se pode observar que a proporção da a-bundância de produto com relação à abundância do material departida de metano para a porção "não golpeada" da bigorna ésubstancialmente menor do que para a porção "golpeada" dabigorna, indicando que o contato entre a bigorna Pd e o ba-tente Pd substancialmente aumentou a reatividade cataliticade Pd na síntese de hidrocarbonetos superiores a partir demetano sobre a referida faixa de temperatura.

Exemplo de Teste 14: Uso de Aparelho SAT para Sin- tese catalisada a Pd de hidrocarbonetos a partir de gás me-tano a·partir de IOO0C a 65°C.

O referido teste foi conduzido como descrito noexemplo de teste 6, exceto em que o teste iniciou com um a-parelho SAT aquecido a 100°C, e a temperatura foi reduzidapara 65°C no decurso do teste.

A figura 26A mostra números de massa (eixo x) eabundância (eixo y) das espécies no gás reagente para umaporção "não golpeada" da bigorna, amostrada em diversos· tem-pos (eixo z) durante o teste. A figura 26B mostra os númerosde massa (eixo x) e abundância de espécies (eixo y) no. pro-duto de gás para uma porção "golpeada" da bigorna, amostradaem diversos tempos (eixo z) durante o teste. Comparando afigura 26A com a 26B se pode observar que a proporção da a-bundância de produto com relação à abundância do material departida de metano para a porção "não golpeada" da bigorna ésubstancialmente menor do que para a porção "golpeada" dabigorna, indicando que o contato entre a bigorna Pd e o ba-tente Pd substancialmente aumentou a reatividade cataliticade Pd na síntese de hidrocarbonetos superiores a partir demetano sobre a referida faixa de temperatura.

Embora diversas modalidades da presente invençãotenham sido descritas e ilustradas aqui, aqueles versados natécnica aqueles versados na técnica prontamente observarãouma variedade de outros meios e estruturas para realizar asfunções e/ou a obtenção dos resultados ou vantagens aquidescritas, e cada uma das referidas variações, modificaçõese aprimoramentos se encontra inserido no âmbito da presenteinvenção. De uma forma mais geral, aqueles versados na téc-nica prontamente observarão que todos os parâmetros, dimen-sões, materiais e configurações descritas aqui devem ser en-tendidas como exemplificativas e que os parâmetros, dimen-sões, materiais e configurações atuais dependerão das apli-cações específicas para as quais os ensinamentos da presenteinvenção são usados. Aqueles versados na técnica reconhece-rão, ou serão capazes de se certificar usando não mais doque experimentação de rotina, muitas equivalentes das moda-lidades específicas da presente invenção aqui descrita. Por-tanto, deve ser entendido que as modalidades anteriores sãoapresentadas apenas como exemplo, e que dentro do âmbito dasreivindicações anexas e equivalentes das mesmas, a presenteinvenção pode ser praticada de outra forma que a especifica-da aqui. A presente invenção está direcionada a cada carac-terísticas individual, sistema, material e/ou método aquidescrito. Ademais, qualquer combinação de duas ou mais dasreferidas características, sistemas, materiais e/ou métodos,desde que as referidas características, sistemas, materiaise/ou métodos não sejam mutuamente inconsistentes, está in-cluída no âmbito da presente invenção.

Nas reivindicações (assim como na especificaçãoacima), todas as frases transitórias ou frases de inclusão,tais como "compreendendo", "incluindo", "portando", "dotadode", "contendo", "composto de", "produzido a partir de","formado a partir de", "envolvendo, e semelhante devem serinterpretadas como de sentido amplo, isto é: "incluindo masnão limitados a", e portanto, englobando os itens relaciona-dos após e equivalentes dos mesmos assim como os itens adi-cionais. Apenas as frases transitórias ou frases de inclusão"consistindo de" e "consistindo essencialmente de" devem serinterpretadas como frases fechadas ou semi fechadas, respec-tivamente. Os artigos indefinidos "um", "uma" como usadosaqui na especificação e nas reivindicações, a não ser queindicado o contrário, devem ser entendidos por significar"pelo menos um/uma".

A frase "e/ou" como usada aqui na especificação enas reivindicações, deve ser entendida por; significar "umaou ambas" dos elementos associados, isto é, elementos queestão conjuntamente presentes em alguns casos e separadamen-te presentes em outros casos. Outros elementos podem opcio-nalmente estar presentes além dos elementos especificamenteidentificados pela clausula "e/ou", seja relacionado ou nãorelacionado aos referidos elementos especificamente identi-ficados. Assim, como um exemplo não limitante, uma referên-cia "A e/ou B" pode se referir, em uma modalidade, a apenasA (opcionalmente incluindo os elementos diferentes de B) ; emoutra modalidade, a apenas B (opcionalmente incluindo os e-lementos diferentes de A) ; e ainda em uma outra modalidade,a ambos AeB (opcionalmente incluindo outros elementos);etc. Como usado aqui na especificação e nas reivindicações,"ou" deve ser entendido por ter o mesmo significado que"e/ou" como acima definido. Por exemplo, quando itens sepa-rados em uma lista, "ou" ou "e/ou" deve ser interpretado co-mo sendo inclusivo, isto é, a inclusão de pelo menos um, masainda incluindo mais de um, de um número ou lista de elemen-tos, e, opcionalmente, adicionalmente itens não relaciona-dos. Apenas os termos claramente indicados o contrário, taiscomo "apenas um de" ou "exatamente um de", se referirão àinclusão de exatamente um elemento de um número ou lista deelementos. Em geral, o termo "ou" como usado aqui deve ape-nas ser interpretado como indicando alternativas exclusivas(isto é, "um ou o outro, mas não ambos") quando precedidopor termos de exclusividade, tais como "um ou outro", "umde", "apenas um de", ou "exatamente um de".

Como usado aqui na especificação e nas reivindica-ções, a frase "pelo menos um" em referência à lista de um oumais elementos, deve ser entendida, a não ser que indicado ocontrario, significar pelo menos um elemento selecionado apartir de qualquer um ou mais dos elementos na lista de ele-mentos, mas não necessariamente incluindo pelo menos um decada e cada elemento especificamente relacionado na lista deelementos e não excluindo quaisquer combinações de elementosna lista de elementos. As referidas· definições devem aindapermitir que os elementos possam estar opcionalmente presen-tes além dos elementos especificamente identificados na lis-ta de elementos que a frase "pelo menos um" se refere, sejaelementos relacionados ou não relacionados àqueles elementosespecificamente identificados. Assim, como um exemplo nãolimitante, "pelo menos um de A e B" (ou equivalentemente,"pelo menos um de A ou B, ou equivalentemente "pelo menos umde A e/ou B") pode se referir, em uma modalidade, a pelo me-nos, opcionalmente incluindo mais de um, A, sem que B estejapresente (e opcionalmente incluindo os elementos diferentesde B); em uma outra modalidade, a pelo menos um, opcional-mente incluindo mais de um, B, sem nenhum A presente (e op-cionalmente incluindo elementos diferentes de A) ; ainda emuma outra modalidade a pelo menos um, opcionalmente incluin-do mais de um, A, e pelo menos um, opcionalmente incluindomais de um, B, (e opcionalmente incluindo outros elementos); etc.

Quaisquer termos usados aqui relacionados ao for-mato, orientação e/ou relação- geométrica de ou entre, porexemplo, um ou mais artigos,; estruturas, forças, campos,fluxos, direções/trajetórias e/ou subcomponentes dos mesmose/ou combinações dos mesmos e/ou quaisquer outros elementostangíveis ou intangíveis não relacionados acima capazes decaracterização pelos referidos termos, a não ser que defini-do ou indicado o contrário, devem ser entendidos não neces-sitando de conformação absoluta a uma definição matemáticado referido termo, mas em vez disso, deve ser entendido comoindicando conformação à definição matemática do referidotermo na extensão possível para o assunto caracterizado comoseria entendido por aqueles versados na técnica mais proxi-mamente relacionada ao referido sujeito. Exemplos dos refe-ridos termos relacionados a formato, orientação, e/ou rela-ção geométrica incluem, mas não são limitados a, termos des-critivos de: formato - tais como, redondo, quadrado, circu-lar/circulo, retangular/retângulo, triangular/triangulo, ci-líndrico/cilindro, eliptico/elipse, (n) poligonal/(n) polí-gono, etc.; orientação angular - tal como perpendicular, or-togonal, paralelo, vertical, horizontal, colinear, etc.;contorno e/ou trajetória - tais como, plano/planar, copla-nar, hemisférico, semi-hemisférico, linha/linear, hiperbóli-co, parabólico, plano, curvo, reto, arqueado, sinusóide,tangente/tangencial, etc.; direção - tais como norte, sul,leste, oeste, etc.; propriedades de superfície e/ou de volu-me de material e/ou resolução espacial/temporal e/ou distri-buição, tais como - liso, reflexivo, transparente, claro,opaco, rígido, impermeável, uniforme(mente) , inerte, não u-midificável, insolúvel, estável, invariante, constante, ho-mogêneo, etc., assim como muitos outros que podem ser apa-rentes para aqueles versados na técnica relevante. Como umexemplo, um artigo fabricado que possa ser aqui descrito co-mo sendo "quadrado" não deve necessitar que o referido arti-go seja dotado de faces ou lados que sejam perfeitamenteplanos ou lineares e que intersectem em ângulos de exatamen-te 90 graus (de fato, o referido artigo pode apenas existircomo uma abstração matemática) , mas em vez disto, o formatodo referido artigo deve -ser interpretado como se aproximandode um quadrado, como definido matematicamente, a uma exten-são tipicamente alcançável e alcançada por uma técnica defabricação determinada como será entendido por aqueles ver-sados na técnica ou como especificamente descrito.

Todas as referências aqui citadas, incluindo aspatentes e publicações de patentes, se encontram aqui in-corporadas por referência. Em casos onde a presente espe-cificação e um documento se encontrem aqui incorporado porreferência e/ou referido incluírem descrições conflitantes,e/ou uso inconsistente de terminologia, e/ou o uso de docu-mentos incorporados/referenciados ou que definam termos di-ferentes do que os que são usados ou definidos na presenteespecificação, a presente especificação deve controlar.

Claims

1. Sistema reator catalítico, CARACTERIZADO pelofato de ser adaptado para realizar uma reação química paraproduzir um produto químico desejado a partir de um reagenteintroduzido em um sistema e adicionalmente adaptado para fa-cilitar a recuperação de um produto químico desejado a par-tir do sistema reator catalítico, compreendendo:pelo menos dois objetos catalíticos, cada objetodotado de pelo menos uma superfície complementar em formatoe/ou contorno a pelo menos uma superfície no outro dos obje-tos catalíticos, de modo que uma área de contato projetadaentre os dois objetos catalíticos seja capaz de ser maior doque 1% da área de superfície de contato externa total cata-liticamente ativa dos dois objetos catalíticos de contato; eum dispositivo indutor de contato configurado edisposto para trazer repetidamente as superfícies complemen-tares dos pelo menos dois objetos catalíticos em contato en-tre si, de modo que a área de contato projetada entre osdois catalíticos de contato é em média superior a 1% da áreade superfície de contato externa total cataliticamente ativados dois objetos catalíticos de contato.

2. Sistema reator catalítico, de acordo com a rei-vindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o objeto cata-lítico adicionalmente compreende um material de suporte re-vestido com um material cataliticamente ativo.

3. Sistema reator catalítico, de acordo com a rei-vindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos doisobjetos catalíticos compreendem partículas distintas ou grâ-nulos.

4. Sistema reator catalítico, de acordo com a rei-vindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que as partículasdistintas ou grânulos apresentam um formato que é essencial-mente um icosaedro truncado.

5. Sistema reator catalítico, de acordo com a rei-vindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmentecompreende um reator que compreende uma entrada para permi-tir que o reagente flua para dentro do reator e uma saídaconfigurada para permitir que o produto químico desejadoflua para fora do reator, onde os objetos catalíticos sãocontidos no interior do reator de modo que os objetos cata-líticos são expostos ao reagente.

6. Método de realizar uma reação química catalisa-da por um catalisador heterogêneo em um sistema reator cata-lítico, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende os atos de:expor pelo menos dois objetos do sistema reatorcatalítico, cada objeto contendo pelo menos uma superfíciecomplementar em formato e/ou contorno a pelo menos uma su-perfície do outro dos objetos, pelo menos um dos referidosobjetos é um objeto catalítico dotado de uma superfície queé cataiiticamente ativa, a um ambiente que compreende um re-agente selecionado,criar um contato repetido entre os objetos de modoque toda a área de contato projetada entre as superfíciescomplementares dos dois objetos de contato é em média supe-rior a 1% da área de superfície de contato externa total ca-taliticamente ativa dos dois objetos de contato,permitir que o reagente selecionado sofra reaçãoquímica em pelo menos uma superfície cataliticamente ativapara produzir um produto desejado, erecuperar o produto desejado a partir do sistemareator catalítico.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6,CARACTERIZADO pelo fato de que cada um dos objetos catalíti-cos compreende pelo menos uma superfície essencialmente pla-na dotada de uma área que compreende pelo menos cerca de 1%da área de superfície externa cataliticamente ativa do obje-to .

8. Método, de acordo com a reivindicação 6,CARACTERIZADO pelo fato de que o contato faz com que pelomenos uma porção de uma área de superfície externa cataliti-camente ativa do objeto catalítico se torne regenerada.

9. Objeto catalítico, CARACTERIZADO pelo fato deque compreende uma superfície externa que compreende umapluralidade de porções/facetas de mosaico onde pelo menosuma porção/faceta de mosaico encontra uma faceta adjacenteem uma borda, para formar um formato tridimensional prede-terminado; onde uma pluralidade de porções/facetas de mosai-co adjacentes compreende o material cataliticamente ativo

10. Objeto catalítico, de acordo com a reivindica-ção 9, CARACTERIZADO pelo fato de que uma porção/faceta demosaico individual apresenta uma área de superfície maior doque 1% da área de superfície externa total do objeto catalí-tico .

11. Objeto catalitico, de acordo com a reivindica-ção 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o formato tridimensio-nal predeterminado é essencialmente um icosaedro truncado.

12. Objeto catalitico, de acordo com a reivindica-ção 9, CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compre-ende um material de suporte revestido com um material cata-liticamente ativo.

13. Sistema reator catalitico, CARACTERIZADO pelofato de que ser adaptado para realizar uma reação químicapara produzir um produto químico desejado a partir de um re-agente introduzido no sistema e adicionalmente adaptado parafacilitar a recuperação de um produto químico desejado apartir do sistema reator catalitico; compreendendo um apare-lho mecânico construído e disposto para criar contato inter-mitente entre uma superfície cataliticamente ativa de um ob-jeto catalitico e uma superfície de contato de um segundoobjeto, de modo que a área de contato projetada em média en-tre os dois objetos é superior a 1% da área de superfície decontato externa total dos dois objetos de contato.

14. Método de produção de uma ação catalítica so-bre pelo menos um material reagente em um sistema reator ca-talitico, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:proporcionar um sistema reator catalitico compre-endendo pelo menos dois objetos catalíticos, onde os objetoscatalíticos cada um dos quais compreende um material catali-ticamente ativo em pelo menos uma porção de uma superfícieexterna do objeto catalitico,expor os objetos catalíticos a um ambiente quecompreende um material reagente,produzir movimento dos objetos cataliticos o sufi-ciente para causar eventos de contato de impacto superfíciea superfície transitórios freqüentes e repetidos entre asáreas de superfície externas dos objetos cataliticos usandoum dispositivo indutor de contato; os eventos de contato ca-da um dos quais dotado em média de uma área de contato pro-jetada superior a 1% da área média de superfície de contatototal projetada dos objetos cataliticos que entram em conta-to durante o evento de contato, etransformar quimicamente pelo menos algum materialreagente em um produto desejado quimicamente diferente comrelação ao material reagente, erecuperar o produto desejado a partir do sistemareator catalítico.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14,CARACTERIZADO pelo fato de que a distribuição de movimentomédia dos eventos de contato ocorre por essencialmente todasas superfícies exteriores cataliticamente ativas de todos osobjetos.

16. Método, de acordo com a reivindicação 14,CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície externa catali-ticamente ativa de pelo menos uma porção de pelo menos umobjeto catalítico é segregada em porções/facetas de mosaico,cada porção/faceta de mosaico dotada de uma área de superfí-cie externa que é substancialmente menor do que a área desuperfície externa total cataliticamente ativa de pelo menosum objeto catalítico que é segregado em porção/faceta de mo-saico.

17. Objeto catalitico, CARACTERIZADO pelo fato deque compreende uma superfície externa que compreende umapluralidade de porções/facetas de mosaico onde pelo menosuma porção/faceta de mosaico encontra uma faceta adjacenteem uma borda para formar um formato tridimensional selecio-nado, onde pelo menos uma porção/faceta de mosaico compreen-de um material cataliticamente ativo; e onde o formato tri-dimensional selecionado é essencialmente um icosaedro trun-cado.

18. Objeto catalitico, CARACTERIZADO pelo fato deque compreende uma superfície externa que compreende umapluralidade de porções/faceta de mosaico onde pelo menos umaporção/faceta de mosaico vai de encontro a uma faceta adja-cente em uma borda para formar um formato tridimensional se-lecionado, onde a pelo menos uma porção/faceta de mosaicocompreende um material cataliticamente ativo; e onde o for-mato tridimensional selecionado é essencialmente um cilindrofacetado.

19. Objeto catalitico, CARACTERIZADO pelo fato deque compreende uma superfície externa que compreende umapluralidade de porções/faceta de mosaico onde pelo menos umaporção/faceta de mosaico vai de encontro a uma faceta adja-cente em uma borda para formar um formato tridimensional se-lecionado, onde o formato tridimensional selecionado é es-sencialmente na forma de um dente de engrenagem em uma en-grenagem, e onde pelo menos uma porção de faceta/mosaico quecompreende um material cataliticamente ativo que está loca-lizado em uma porção do dente de engrenagem configurada parafazer contato com uma superfície complementar quando a en-grenagem está em engate com um dente de engrenagem corres-pondente de outra engrenagem enquanto em uso.

20. Método de fabricação de um objeto de substratomoldado, CARACTERIZADO pelo fato de ser adaptado para reves-timento com um material catalítico, compreendendo:adicionar uma mistura fluente compreendendo um ma-terial cerâmico e um material polimérico a um molde dotadode um formato tridimensional predeterminado;fundir a mistura dentro do molde para formar umobjeto moldado dotado de um formato complementar a um forma-to tridimensional predeterminado;tratar o objeto moldado para remover pelo menosuma porção do material polimérico a partir do objeto moldadopara produzir o objeto moldado tratado; esinterizar o objeto moldado tratado para produzirum objeto de substrato moldado; ondeo objeto de substrato moldado apresenta um formatocomplementar ao formato tridimensional predeterminado; ondeo formato do objeto de substrato moldado compreen-de uma pluralidade de porções/facetas de mosaico onde a pelomenos uma faceta/porção de mosaico vai de encontro a uma fa-ceta adjacente a uma borda e onde uma faceta/porção de mo-saico individual apresenta uma área de superfície maior doque 1% da área de superfície externa total do substrato mol-dado; ondeo formato do objeto de substrato moldado apresentaa característica de que a mistura de uma pluralidade de ob-jetos de substrato moldado apresenta uma tendência mais bai-xa de agregar de modo a reduzir a mobilidade dos objetos desubstrato moldado do que uma pluralidade de objetos dimensi-onados de modo similar dotados de um formato caracterizadopor uma simetria esférica; e ondeo objeto de substrato moldado é substancialmentenão poroso com superfícies de porção/faceta substancialmentelisas.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20,CARACTERIZADO pelo fato de que adicionalmente compreende:revestir o objeto de substrato moldado com um ma-terial catalítico.