BRPI0615044A2 - prato filtrante para reator de leito fixo com co-corrente descendente de gás e de lìquido - Google Patents

Abstract

PRATO FILTRANTE PARA REATOR DE LEITO FIXO COM CO-CORRENTE DESCENDENTE DE GáS E DE LìQUIDO.A presente invenção refere-se a um dispositivo que permite reter as partículas colmatantes contidas na carga líquida que alimenta um rea-tor que funciona com co-corrente descendente de gás e de líquido, com o auxílio de um prato distribuidor específico que compreende um meio filtrante. O presente dispositivo se aplica especialmente ao tratamento de hidrogenação seletiva de cargas que contêm compostos acetilênicos e diênicos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PRATO FIL-TRANTE PARA REATOR DE LEITO FIXO COM CO-CORRENTE DESCENDENTE DE GÁS E DE LÍQUIDO".

DOMÍNIO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se ao domínio dos pratos distribuido-res destinados a alimentar com gás e com líquido reatores químicos quefuncionam com co-corrente descendente de gás e de líquido. Tais reatoressão encontrados no domínio da refinação, mais especialmente nas reaçõesde hidrogenação seletiva de diversos cortes petrolíferos, e mais geralmentenos hidrotratamentos que necessitam de fluxo de hidrogênio sob pressãoelevada e que trabalham com cargas líquidas pesadas que podem conterimpurezas constituídas por partículas sólidas colmatantes.

Em certos casos de fato, a carga líquida contém impurezas quepdlem se depositar sobre o próprio leito catalítico e, com o tempo, reduzir ovolume intersticial desse leito catalítico.

Entre essas cargas colmatantes, podem ser citadas as misturasde niarocarbonetos que têm de 3 a 50 átomos de carbono e preferencial-mente de 5 a 30 átomos de carbono, e que podem conter uma proporçãonão desprezível de compostos insaturados ou poliinsaturados acetilênicosou diênicos, ou uma combinação desses diferentes compostos, a proporçãototal de compostos insaturados podendo ir até 90 % em peso da carga. Podeser citada a título de exemplo representativo das cargas concernidas pelapresente invenção a gasolina de pirólise, a pirólise designando um processode craqueamento térmico bem conhecido pelo profissional.

É possível encontrar uma descrição desse tipo de processos edos produtos correspondentes na obra "Raffinage et Génie chimique deP. Wuithier publicada nas edições Technip, página 708.

A presente invenção permite limitar o depósito de partículascolmatantes no seio do leito catalítico.

Ela contribui assim para a manutenção da homogeneidade doleito do ponto de vista da fração vazia e portanto da qualidade de escoamen-to, e ela permite também limitar o aumento da perda de carga.De fato, quando um entupimento se produz no seio de um leitocatalítico, é constatada bem rapidamente uma elevação da perda de cargado escoamento através do reator.

A perda de carga pode se tornar tal que o explorador é obrigadoa parar o reator e substituir uma parte ou a totalidade do catalisador, o queacarreta evidentemente uma redução considerável das durações de ciclosdo processo.

O entupimento de uma parte do leito catalítico pode ser devido avários mecanismos.

Diretamente, a presença de partículas no fluxo da carga podeacarretar um entupimento por depósito das ditas partículas no seio do leitocatalítico, esse depósito tendo como efeito reduzir a fração vazia.

Indiretamente, a formação de uma camada de produtos proveni-entes das reações químicas, tipicamente o coque, mas eventualmente ou-tros produtos sólidos derivados das impurezas presentes na carga, produtosque se depositam na superfície dos grãos de catalisador, podem tambémcontribuir para a redução da fração vazia do leito.

Além disso, o depósito das partículas colmatantes podendo serfeito no seio do leito de maneira mais ou menos aleatória, podem resultar- disso heterogeneidades na repartição da fração vazia desse leito que vão. se—traduzir pela criação de caminhos preferenciais.

Esses caminhos preferenciais são extremamente prejudiciais noplano hidrodinâmico, visto que eles perturbam mais ou menos gravemente ahomogeneidade do escoamento das fases no seio do leito e podem levar aheterogeneidades ao nível do avanço da reação química, assim como noplano térmico.

EXAME DA TÉCNICA ANTERIOR

A patente US-3,702,238 propõe um sistema de condutos muni-dos de discos de ruptura tarados que têm como objetivo desviar uma partedo escoamento dos reagentes quando o leito catalítico se colmata. A subidaem pressão tem como efeito romper o disco de ruptura e permitir o escoa-mento da carga através dos condutos.O efeito instantâneo da derivação de uma parte do escoamentoatravés dos condutos é uma redução grande da perda de carga. A entradados condutos está situada a montante ou a jusante de um prato distribuidor,mas nenhum sistema é previsto para desviar de modo controlado ou inde-pendente o escoamento líquido e o escoamento gás.

Nenhum dispositivo de redistribuição é previsto nesse caso parahomogeneizar o escoamento na saída dos condutos. Esse dispositivo tempor outro lado a desvantagem de ser sensível às variações brutais de pres-são.

As patentes US-3,607,000 e FR7513207 propõem sistemascompostos por cestos filtrantes colocados a montante ou no topo do leitocataiítico para coletar as impurezas veiculadas pelo escoamento dos reagen-tes. Nesse caso, um volume não desprezível do leito é ocupado pelos ditoscestos que não impedem por outro lado o depósito de partículas nas fraçõesdo leito situadas entre os cestos. Por outro lado, para as aplicações em es-coamento gás/líquido, o sistema não permite controlar uma distribuição ho-mogênea do escoamento gás/líquido entre os cestos e a jusante dos cestos.

No artigo de Τ. H. Linsdstrom et al., publicado em HydrocarbonProcessing, em fevereiro de 2003, (páginas 49-51), um sistema de filtrosexterior é descrito, mas esse sistema não resolve todos os tipos de entupi-mento e o custo dessa solução é muito alto.

As patentes US-4,313,908 ou EP 0.050.505-A2 descrevem dis-positivos que permitem diminuir o aumento da perda de carga no leito catalí-tico desviando para isso uma parte do escoamento através de tubos. Umasérie de tubos que forma curto-circuito atravessa o leito catalítico. A entradadesses tubos está situada a jusante de um prato distribuidor e a saída des-ses tubos desemboca acima da entrada do leito catalítico a diferentes níveis.O sistema permite assim evitar independentemente os escoamentos de gáse de líquido com a condição de que um nível líquido se estabeleça a mon-tante do leito. O dispositivo descrito nas patentes citadas não permite contro-lar a relação entre as vazões líquido e gás desviadas para os tubos quecompõem o dito sistema. De fato, o gás será desviado desde o início do fun-cionamento do reator e o líquido só será desviado quando um nível suficien-te de líquido se estabelecerá acima do leito devido ao depósito de partículas.

Por outro lado, na saída dos dispositivo descritos nas duas pa-tentes citadas, não há nenhum efeito de distribuição dos fluidos o que ne-cessita da colocação no lugar a jusante do dispositivo, de um prato distribui-dor ou de um sistema equivalente. No caso da presente invenção, a funçãode distribuição é incorporada ao sistema de filtração para formar um disposi-tivo único.

O pedido de patente mais recente W003/000401 A1 descreveum dispositivo que utiliza tubos que formam curto-circuito, acoplado comcâmaras que também formam curto-circuito, e que servem para a capturadas eventuais impurezas contidas na carga. Esse dispositivo não compreen-de um sistema de redistribuição eficaz dos efluentes gás/líquido na saídadas ditas câmaras quando o sistema é utilizado em escoamento gás/líquido.

Na patente US 3,958,952 o prato objeto da invenção é constituí-do por uma série de unidades de filtração cada uma delas constituída poruma alternância de câmaras concêntricas, umas vazias e as outras ocupa-das por "corpos filtrantes que não são precisados.

Em um tal sistema, a função de filtração é completamente sepa-rada da função de mistura e de distribuição, enquanto que no dispositivo,objeto da presente invenção, há uma verdadeira sinergia entre o leito de fil-tração e os tubos de mistura como será explicado mais adiante.

De fato, o leito de filtração diretamente integrado ao prato temuma função secundária de estabilização da interface gás/líquido situada a-cima do prato, e contribui assim, para uma alimentação uniforme em líquidodos tubos de mistura e de distribuição que são parte integrante do dito prato.

A patente US 4,229,418 descreve um sistema de prato quecompreende elementos de filtração, mas o termo filtração no contexto dessapatente, significa uma permeabilidade em relação aos fluidos do processo euma impermeabilidade em relação às partículas de catalisador enquanto queno sentido da presente invenção, o termo filtração significa a capacidade dereter partículas colmatantes contidas na carga.Finalmente, o dispositivo descrito na presente invenção apresen-ta uma compacidade notável ao contrário dos dispositivos da técnica anteri-or, e permite portanto dispor de mais catalisador em um reator de volumedado, e assim aumentar sua eficácia.

DESCRIÇÃO SUMÁRIA DAS FIGURAS

A figura I representa um esquema de um prato distribuidor fil-trante de acordo com a invenção, o dito prato sendo colocado a montante deum leito cataiítico alimentado por uma carga que tem uma parte gás e umaparte líquida.

A figura II representa as curvas de evolução em função do tem-po da quantidade de impurezas depositadas (curva A), da perda de carga deum lado e de outro do leito catalítico sem leito de filtração (curva B), e daperda de carga de um lado e de outro do leito catalítico com um prato deacordo com a invenção, quer dizer munido de um leito de filtração.

DESCRIÇÃO SUMÁRIA DA INVENÇÃO

O dispositivo descrito na presente invenção permite reter as par-tículas colmatantes contidas no escoamento líquido que constitui uma parteda carga de um reator filtrante com co-corrente descendente de gás e delíquido, com o auxílio de um prato distribuidor específico que compreendeum meio filtrante.

A presente invenção consiste em um dispositivo que permitesimultaneamente distribuir a fase gás e a fase líquida que alimentam um rea-tor em leito fixo que funciona com co-corrente descendente das ditas fases,ao mesmo tempo em que assegura uma função de filtração em relação àsimpurezas contidas na fase líquida que constitui uma parte da carga a tratar.

Mais precisamente, o dispositivo de acordo com a invenção éum dispositivo de filtração e de distribuição de uma fase gás e de uma faselíquida que constituem a alimentação de um reator que compreende pelomenos um leito fixo de catalisador, que funciona com co-corrente descen-dente de gás e de líquido, a fase líquida sendo geralmente carregada empartículas colmatantes, o dito dispositivo compreendendo um prato situado amontante do leito catalítico, o dito prato sendo constituído por um plano debase sensivelmente horizontal e solidário das paredes do reator e ao qualsão fixados tubos sensivelmente verticais, abertos em sua extremidade su-perior para a admissão do gás, e em sua extremidade inferior para a evacu-ação da mistura gás-líquido destinada a alimentar o leito catalítico situado ajusante, os ditos tubos sendo perfurados em uma certa fração de sua alturapor uma fenda lateral contínua ou por orifícios laterais para a admissão dolíquido, o dito prato sustentando um leito de filtração que circunda os tubos,e o dito leito de filtração sendo constituído por pelo menos uma camada departículas de tamanho inferior ou igual ao tamanho das partículas do leitocatalítico.

O leito de filtração fazendo parte do prato distribuidor, ele é ge-ralmente composto por várias camadas de partículas de tamanho diferente.

As partículas que compõem as diferentes camadas do leito defiltração são geralmente inertes e na maior parte das vezes, formadas desílica ou de alumina, ou de qualquer outra substância cerâmica.

Em certos casos entretanto, poderá ser interessante que pelomenos uma camada do leito de filtração seja composta de partículas ativasno sentido da reação química que ocorre no leito catalítico situado a jusantedo prato distribuidor filtrante. Nesse caso, as partículas ativas serão de pre-ferência compostas por um catalisador idêntico ou que pertence à mesmafamília que o catalisador do leito catalítico.

Em uma variante do dispositivo de acordo com a invenção, oleito de filtração é composto por uma guarnição estruturada cuja porosidadevaria entre 35 % e 50 % (0,35 a 0,50).

De modo a evitar o entupimento dos orifícios laterais dos tubosou da fenda lateral, cada tubo é geralmente separado do leito de filtraçãoque o circunda com o auxílio de uma grade de malha suficientemente fina,quer dizer de tamanho de malha inferior àquele das partículas de filtração.Nesse caso, a distância que separa o tubo do leito de filtração está geral-mente compreendida entre 5 mm e 20 mm.

O dispositivo de filtração e de distribuição de acordo com a in-venção é portanto, um prato filtrante distribuidor cujo plano de base que sus-tenta os tubos e o leito de filtração é, de maneira preferida, munido de orifí-cios com uma densidade de orifícios superior a 100 orifícios por m2 de seçãodè reator.

O dispositivo de filtração e de distribuição de acordo com a pre-sente invenção permite um alongamento significativo da duração de ciclo docatalisador. Geralmente, a substituição periódica do leito de filtração é reali-zada com uma periodicidade de pelo menos 6 meses.

O dispositivo de filtração e de distribuição de acordo com a in-venção é especialmente interessante de se empregar nos reatores de hidro-tratamento, de hidrogenação seletiva, ou de conversão de resíduos ou decortes hidrocarbonados de ponto de ebulição inicial superior a 250°C.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

O dispositivo objeto da presente invenção é composto por umprato distribuidor que compreende um plano de base sensivelmente horizon-tal, solidário das paredes do reator, sobre o qual é fixado um conjunto detubos sensivelmente verticais, munidos de uma abertura superior e de umaabertura inferior, e perfurados com orifícios laterais distribuídos ao longo detodas as suas paredes verticais.

A parte gás da alimentação penetra na parte de dentro dos tubos- essencialmente pela abertura superior, e a parte líquida da alimentação pe-netra dentro dos tubos essencialmente pelos orifícios laterais. O termo "es-sencialmente significa que pelo menos 50 % e preferencialmente pelo me-nos 80 % do gás e do líquido penetra respectivamente dentro dos tubos pelaabertura superior e pelos orifícios laterais.

A mistura do gás e do líquido é efetuada dentro dos tubos, e amistura resultante deixa os tubos pela abertura inferior.

Os orifícios laterais podem formar uma fenda contínua quê seestende na maior parte da altura dos tubos. Na seqüência do texto se conti-nuará a falar de orifícios laterais, incluindo sob essa denominação o caso deuma fenda contínua.

O prato distribuidor sustenta um leito de filtração constituído porpelo menos um sólido granular que desempenha o papel de filtro, o dito leitosólido granular circundando cada um dos tubos em uma fração da altura dosmesmos.

Os tubos ultrapassam geralmente o nível do leito de filtração deuma altura (H') pelo menos igual a 30 mm, de preferência superior a 35 mm,e mesmo a 40 mm.

O leito de filtração pode compreender várias camadas de partí-culas de uma forma qualquer.

O tamanho das partículas que constituem cada camada do leitode filtração diminui de cima para baixo do leito de filtração.

As partículas da camada inferior (ou a mais baixa) possui umtamanho médio de preferência inferior ao tamanho das partículas de catali-sador que constituem o leito catalítico situado a jusante do prato distribuidor.

De maneira geral, o tamanho das partículas de cada camadavaria entre 1 e 30 mm, e preferencialmente entre 1 e 20 mm.

Em uma variante do dispositivo de filtração e de distribuição deacordo com a invenção, o leito de filtração é composto por pelo menos duascamadas de partículas sóiiaas, o tamanho das partículas de uma camadadada sendo inferior ao tamanho das partículas da camada imediatamentesuperior.

Em uma variante especial do dispositivo de acordo com a inven-ção, o tamanho das partículas da camada superior do leito de filtração estácompreendido entre 5 mm e 30 mm, e o tamanho das partículas da camadainferior está compreendido entre 2 mm e 10 mm.

A título puramente ilustrativo, e sem que isto constitua uma Iimi-tação qualquer, um leito de filtração conforme o dispositivo de acordo com ainvenção pode ser constituído:

- por uma camada superior que representa 25 % da altura totaldo leito de filtração, e composta por partículas de tamanho superior (de pre-ferência de pelo menos 10 %) ao tamanho dos grãos de catalisador,

- por uma acamada intermediária que representa 25 % da alturatotal do leito de filtração, e composta por partículas com tamanho aproxima-damente igual ao tamanho dos grãos de catalisador,- por uma camada inferior que representa 50 % da altura total doleito de filtração, e composta por partículas de tamanho inferior (de preferên-cia de pelo menos 10 %) ao tamanho dos grãos de catalisador.

As partículas que formam o leito de filtração podem ter uma for-ma qualquer, por exemplo esférica ou cilíndrica, com ou sem volume vaziona parte de dentro. Elas são geralmente inertes, mas podem eventualmenteser catalíticas. Nesse último caso, as partículas ativas do leito de filtraçãosão geralmente constituídas por um catalisador da mesma família que o ca-talisador utilizado no leito catalítico situado a jusante do leito de filtração.

O leito de filtração pode também ser constituído por elementosde guarnição que oferecem uma grande superfície de captação das impure-zas, ao mesmo tempo em que oferece uma fração de vazio elevada.

A título de exemplo de tais elementos de guarnição, podem sercitadas partículas inertes compostas de titânio e de alumina de forma cilín-drica com 20 mm de diâmetro, nas quais são dispostos canais cilíndricos.

Como exemplo de partículas ativas, podem ser citadas esferasde 10 mm de diâmetro que contêm níquel-molibdênio ou cobalto-molibdênio,assim como alumina.

Um exemplo de composição de um leito de filtração com o auxí-lio de várias camadas é dado no exemplo detalhado que segue a presentedescrição.

A altura total do leito de filtração está em geral compreendidapara a maior parte dos reatores industriais em questão entre 200 e 1500mm, e preferencialmente compreendida entre 300 e 600 mm.

Os orifícios laterais se estendem na maior parte da altura dostubos, mas o mais baixo deles deve ser de preferência situado a uma alturamínima (h) em relação ao plano de base do prato, de preferência igual a 50mm acima do plano de base do dito prato, e mesmo igual a 60 mm. É cha-mado de plano de base do prato o plano, solidário das paredes do reator, eque sustenta o leito de filtração.

Os orifícios se escalonam de preferência em todas as alturas dotubo até uma altura máxima (h') que é de preferência igual a 20 mm acimada superfície superior do leito de filtração, e mesmo igual a 15 mm.

As alturas mínima e máxima de escalonamento dos orifícios late-rais podem se aplicar também no caso em que se trata de uma fenda contí-nua.

O diâmetro interno dos tubos está geralmente compreendidoentre 10 mm e 150 mm, e preferencialmente compreendido entre 25 mm e80 mm.

De acordo com um modo de realização preferido da invenção,uma zona de separação que circunda cada tubo evita o contato direto doleito de filtração com os tubos, de maneira a impedir qualquer obturação dosorifícios laterais ou da fenda lateral dos tubos pelas partículas sólidas ou pe-los elementos de guarnecimento que constituem o leito de filtração.

Nesse caso, a distância que separa o tubo do leito de filtraçãoestá geralmente compreendida entre 5 mm e 20 mm.

O leito de filtração se colmata progressivamente com o decorrerdo tempo começando pelas camadas inferiores, e cria-se sensivelmenteuma interface entre a porção inferior colmatada, e a porção superior nãocolmatada.

O líquido atravessa o leito de filtração em sua porção superiornão- colmatada, e penetra através dos tubos pelos orifícios laterais.

A fase gás é majoritariamente introduzida dentro dos tubos pelaabertura superior dos mesmos.

Uma parte maior ou menor do gás é também introduzida pelosorifícios laterais dos tubos ou pela fenda lateral.

A abertura superior dos tubos está geralmente situada a umaaltura H' acima do leito de filtração e é geralmente protegida por uma tampaou qualquer forma equivalente, que tem como objetivo impedir a introduçãodireta de líquido pela dita abertura superior dos tubos.

O líquido introduzido pelos orifícios laterais ou pela fenda lateralse mistura então com a fase gás dentro do tubo, e a mistura resultante é e-vacuada do tubo pela abertura inferior, e depois é distribuída para o líquidocataiítico situado a jusante do prato distribuidor.Na seqüência do texto, o conjunto do dispositivo constituído peloprato distribuidor, pelos tubos, e pelo leito de filtração sustentado pelo ditoprato distribuidor será chamado de prato filtrante distribuidor.

O dispositivo, objetivo da presente invenção é composto portan-to por um prato filtrante distribuidor solidário da parede cilíndrica interna doreator e situado acima do leito cataiítico.

Quando o reator compreende vários leitos catalíticos distintos,cada um desses leitos catalíticos pode ser alimentado por um prato filtrantedistribuidor de acordo com a invenção.

Nesse caso, a fase gás e a fase líquido que alimentam um pratofiltrante distribuidor dado, são constituídas pelos efluentes do leito catalíticosituado imediatamente acima, ao qual se junta eventualmente um fluido in-troduzido entre dois leitos catalíticos que será na maior parte das vezes nocaso das reações de hidrogenação ou de hidrotratamento, um fluido de res-friamento.

O prato filtrante distribuidor pode por outro lado ser perfurado,através de seu plano horizontal de base, por furos de forma qualquer, demaneira a que a porosidade global devido a esses furos possa asseguraruma altura mínima de líquido no prato, chamada de guarda líquida. Um pratofiltrante distribuidor sem furo através de seu plano de base é entretanto fun-cional, e permanece no âmbito da presente invenção.

O prato filtrante distribuidor sustenta também os tubos que ser-vem para misturar o gás e o líquido e para encaminhar a mistura resultantepara o leito catalítico situado na zona a jusante do prato.

A densidade desses tubos está compreendida entre 10 e 150por m2 de seção catalítica, e preferencialmente compreendida entre 30 e 100por m2 de seção de leito catalítico.

Todos esses tubos são munidos de orifícios laterais situados adiferentes níveis escalonados ao longo de toda a parede vertical dos tubos,ou de uma fenda longitudinal contínua, que permite a passagem da fase lí-quida para dentro dos ditos tubos, e isso qualquer que seja o nível de colma-tagem do leito de filtração.A forma desses orifícios laterais ou da fenda lateral é estudadapara se ajustar à variação da vazão líquida no decorrer do ciclo de funcio-namento, como é explicado mais adiante.

No caso de uma fenda lateral, a forma da dita fenda pode serretangular ou triangular com a ponta do triângulo dirigida para baixo ou paracima.

Uma forma de fenda qualquer é possível desde que se encon-trem respeitadas as condições sobre a altura da fenda que deve de prefe-rência começar a uma altura (h') de pelo menos 50 mm acima do plano debase do prato, e de preferência se estender até uma altura (h) de pelo me-nos 20 mm acima do nível superior do leito de filtração.

A função de distribuição do escoamento gás/líquido é mantida àmedida da colmatagem, visto que o conjunto dos tubos é sempre utilizado, eque a vazão líquida permanece aproximadamente idêntica entre os tubos,essa última sendo essencialmente condicionada pelo nível líquido que seestabelece sobre o prato. Compreende-se assim, a importância de estabele-cer e de manter um certo nível líquido acima do piano de base ao prato fil-trante.

Além disso, a existência do leito de filtração contribui para esta-bilizar esse nível líquido amortecendo para isso as flutuações da interfaceentre o gás e o líquido.

A distribuição do líquido permanece portanto controlada ao longode toda a duração de vida do leito de filtração, e a utilização progressiva dosorifícios laterais ou das fendas laterais distribuídos ao longo dos tubos, per-mite utilizar o leito de filtração até sua saturação completa, sem subida do*gradiente de pressão que obrigaria à paralisação da unidade.

Uma descrição detalhada do dispositivo de acordo com a inven-ção, é apresentada com o auxílio da figura 1 que se refere a um modo derealização no qual o prato filtrante distribuidor é constituído por um plano debase (11) que sustenta um leito granular de filtração (2) que compreendetrês camadas no caso da figura 1.

Será lembrado que um número de camadas maior é perfeita-mente possível, e permanece dentro do âmbito da presente invenção.

O prato filtrante distribuidor é situado na parte superior de umreator alimentado por um escoamento co-corrente descendente de gás (G) ede líquido (L).

O prato filtrante distribuidor é situado a montante de um leito ca-talítico (10) no qual é efetuada uma reação catalítica que emprega as fasesgás (G) e líquido (L) introduzidas no topo do reator.

O prato filtrante distribuidor é constituído por um plano de base(11) no qual são fixados tubos (3) munidos de aberturas laterais (4).

As aberturas laterais (4) são, no caso da figura 1, constituídaspor fendas longitudinais de forma retangular, mas podem ser constituídastambém por uma fenda de forma não retangular, por exemplo triangular, oupor uma série de orifícios de uma forma qualquer distribuídos a diferentesníveis ao longo de toda a altura dos tubos (3).

A densidade dos tubos (3) está compreendida entre 10 e 150 porm2, e de modo preferido entre 30 e 100 por m2. A distribuição dos tubos (3)no plano de base (11) é regular, e pode ser feita de acordo com um passoquadrado ou triangular.

A forma das partículas que constituem o leito de filtração (2) édefinida de modo a desenvolver uma área grande que facilita o depósito dasimpurezas, ao mesmo tempo em que mantém um volume poroso suficientepara captar o máximo de impurezas, e aumentar a duração de funcionamen-to do filtro.

No início do ciclo, um nível de líquido é estabelecido acima doplano de base (11), e o escoamento de líquido é distribuído em toda a seçãodo reator através dos orifícios (12) situados no plano de base do prato (11).

Será lembrado que um plano de base sem orifício também épossível e permanece dentro do âmbito da invenção, mas de maneira prefe-rida o plano de base é munido de orifícios, e nesse caso, a densidade dosorifícios situados no plano de base do prato (11) é geralmente pelo menosigual a 100 orifícios por m2.

À medida que o leito de filtração (2) se colmata, o nível de líqui-do situado acima do prato (11) aumenta, e uma parte do líquido começa aescoar através da fenda retangular (4) dos tubos (3).

À medida da colmatagem, o nível de líquido se eleva acima doplano de base do prato (11).

Quando o leito filtrante está totalmente colmatado, o líquido es-coa através da fenda lateral (4) em sua porção situada acima do nível supe-rior do leito de filtração (2).

Em todos os casos, o gás escoa através dos tubos (3) sendopara isso principalmente introduzido pelas aberturas superiores (6), eventu-almente munidas de tampas (7) para impedir a introdução de líquido pelasditas aberturas superiores (6).

Uma grade circular (8) circunda os tubos (3) para deixar um vo-lume vazio entre os tubos (3) e o leito de filtração (2), de modo que as partí-culas do leito de filtração (2) não venham obstruir a fenda lateral (4) situadaao longo dos tubos (3).

O tamanho das malhas dessa grade (8) será portanto inferior aodiâmetro mínimo das partículas do leito de filtração (2) do prato distribuidor.

EXEMPLO

O exemplo seguinte foi obtido com o auxílio de uma simulaçãoque utiliza uma equação de cinética para o depósito de partículas que cor-responde a um depósito linear em função do tempo.

O reator tem um diâmetro de 1 metro, e uma altura total de 5metros, que inclui o prato distribuidor e o leito catalítico. O leito catalítico écomposto por partículas de um catalisador tradicional para efetuar a hidro-genação seletiva. Trata-se de um catalisador que contém Ni depositado so-bre um suporte de alumina.

O tamanho das partículas de catalisador que formam o leito ca-talítico situado a jusante do prato distribuidor é de 2 mm.

A alimentação do reator é composta por uma parte líquida e poruma parte gás.

O líquido é constituído por uma gasolina de pirólise com interva-lo de ebulição compreendido entre 50°C e 280°C com um ponto de ebuliçãomédio a 120°C nas condições padrão. A fase gás é composta a 90 % emmol de hidrogênio, o resto sendo essencialmente metano.

O prato filtrante distribuidor possui 7 tubos com um diâmetro de50 mm e com uma altura de 650 mm, cada tubo sendo munido de uma fendalongitudinal retangular de dimensão 400 mm (altura da fenda) por 5 mm (lar-gura da fenda).

A extremidade inferior da fenda começa a h = 50 mm acima doplano de base do prato.

O leito de filtração é composto por 4 camadas de mesma espes-sura anotadas 1, 2, 3, 4 de baixo para cima.

As partículas são partículas inertes de alumina comercializadaspela sociedade AXENS.

As características de tamanho de partículas e de porosidade decada camada são dadas na tabela I abaixo.

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Tabela I

Propriedades das partículas

As propriedades do gás e do Líquido nas condições de-operaçãodo reator são dadas na tabela Il abaixo:

<table>table see original document page 16</column></row><table>

Tabela IlPropriedades dos fluidos

A figura 2 dá a evolução no decorrer do tempo:

- da quantidade de impurezas depositadas sobre o leito de filtra-ção representada pela curva (A). Essa curva é obtida utilizando-se a equa-ção cinética de depósito.

- da perda de carga medida de um lado e de outro do leito catalí-tico nà ausência de leito de filtração representada pela curva (B).

- da perda de carga medida de um lado e de outro do leito catalí-tico na presença do leito de filtração de acordo com a invenção representadapela curva (C).

A curva (B) e a curva (C) são aproximadamente paralelas comuma diferença no tempo.

Essa diferença no tempo corresponde à colmatagem progressivado leito de filtração.

A duração da colmatagem se estende a partir do tempo tO até otempo tf, que corresponde à saturação do leito de filtração determinada pelopatamar da curva (A).

No tempo tf, a curva (A) atinge seu patamar, e depois do tempotf as impurezas contidas na carga líquida não são mais retidas pelo leito defiltração.

- Com o prato sem leito de filtração (de acordo com a invençãoanterior), a perda de carga de um lado e de outro do leito catalítico aumentabrutalmente a partir do tempo tb, até atingir o valor limite da perda de cargaadmissível pelo reator.

- Com o prato filtrante que possui seu leito de filtração de acordocom a presente invenção, a perda de carga de um lado e de outro do leito decatalítico aumenta brutalmente a partir do tempo tc nitidamente deslocadoem relação ao tempo tb. É a diferença tc-tb que quantifica a melhoria trazidapelo prato de acordo com a invenção, visto que durante todo o tempo su-plementar que corresponde ao valor tc-tb, a perda de carga de um lado e deoutro do leito catalítico praticamente não varia, e permanece igual ao seuvalor no início de ciclo tO.O prato de acordo com a invenção, permite portanto alongar otempo de duração de ciclo de um tempo equivalente a tc-tb.

No caso presente, esse alongamento é de 80 % em relação aotempo de duração de ciclo com um prato distribuidor sem leito de filtração.

Claims (13)

1. Dispositivo de filtração e de distribuição de uma fase gás e deuma fase líquida que constituem a alimentação de um reator que compreen-de pelo menos um leito catalítico fixo, que funciona com co-corrente descen-dente de gás e de líquido, a fase líquida sendo geralmente carregada empartículas colmatantes, o dito dispositivo compreendendo um prato situado amontante do leito catalítico fixo, o dito prato sendo constituído por um planode base sensivelmente horizontal e solidário das paredes do reator no qualsão fixados tubos sensivelmente verticais, abertos em sua extremidade su-perior para a admissão do gás e em sua extremidade inferior para a evacua-ção da mistura gás-líquido destinada a alimentar o leito catalítico situado ajusante, os ditos tubos sendo perfurados em uma certa fração de sua alturapor uma fenda lateral contínua ou por orifícios laterais para a admissão dolíquido, o dito prato sustentando um leito de filtração que circunda os tubos,e o dito leito de filtração sendo constituído por pelo menos uma camada departículas de tamanho inferior ou igual ao tamanho das partículas do leitocatalítico.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 no qual o leito defiltração é constituído por pelo menos duas camadas de partículas, o tama-nho das partículas de uma camada dada sendo inferior aotamanho das par-tículas da camada imediatamente superior.

3. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 2, no qual a densidade dos tubos está compreendida entre 10 e 150 porm2 de seção de leito, e preferencialmente compreendida entre 30 e 100 porm2 de seção de leito.

4. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 3, no qual a fenda lateral ou os orifícios laterais dos tubos se estendem apartir de uma posição inferior situada pelo menos a 50 mm acima do planode base do prato, a uma posição superior situada no máximo a 20 mm acimado nível superior do leito de filtração.

5. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 4, no qual a altura total do leito de filtração está compreendida entre 200mm e 1500 mm.

6. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 5, no qual os tubos do prato ultrapassam o nível superior do leito de filtra-ção de uma altura (H') pelo menos igual a 30 mm.

7. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 6, no qual o tamanho das partículas da camada superior do leito de filtra-ção está compreendido entre 5 e 30 mm, e o tamanho das partículas da ca-mada inferior está compreendido entre 2 mm e 10 mm.

8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 7, no qual pelo menos uma das camadas que constituem o leito de filtra-ção é formada por partículas ativas em relação à reação química que ocorreno leito cataiítico.

9. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1a 5, no qual o leito de filtração é composto por uma guarnição estruturadacuja porosidade varia entre 35 % e 50 %.

10. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, no qual cada tubo é separado ao ieito ae filtração que o circunda, poruma distância compreendida entre 5 mm e 20 mm.

11. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, no qual a substituição periódica do leito de filtração é realizada comuma periodicidade de pelo menos 6 meses.

12. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, no qual o plano de base do prato filtrante distribuidor é munido deorifícios com uma densidade superior a 100 orifícios por m2 de seção de reator.

13. Utilização do dispositivo de filtração e de distribuição comodefinido na reivindicação 1 em um reator de hidrotratamento, de hidrogena-ção seletiva, ou de conversão de resíduos ou de corte hidrocarbonados comnúmero de átomos que pode ir de 3 a 50, e preferencialmente de 5 a 30.