BRPI0615044B1

BRPI0615044B1 - prato filtrante para reator de leito fixo com co-corrente descendente de gás e de líquido

Info

Publication number: BRPI0615044B1
Application number: BRPI0615044A
Authority: BR
Inventors: Abdelhakim Koudil; Christophe Boyer
Original assignee: Inst Français Du Petrole
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2016-04-05
Also published as: KR101257974B1; EP1922391B1; FR2889973B1; FR2889973A1; US20130064727A1; WO2007023225A1; RU2008111506A; EP1922391A1; JP2009505819A; KR20080038196A; JP5069238B2; RU2415903C2; CN101287813B; CN101287813A; US8329974B2; BRPI0615044A2; US20090177023A1; US8728403B2

Abstract

prato filtrante para reator de leito fixo com co-corrente descendente de gás e de líquido.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 FILTRANTE 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 distribuidores destinados a alimentar com gás e com líquido reatores químicos que funcionam com co-corrente descendente de gás e de líquido. Tais reatores são encontrados no domínio da refinação, mais especialmente nas reações de hidrogenação seletiva de diversos cortes petrolíferos, e mais geralmente nos hidrotratamentos que necessitam de fluxo de hidrogênio sob pressão elevada e que trabalham com cargas líquidas pesadas que podem conter impurezas constituídas por partículas sólidas colmatantes.

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

Entre essas cargas colmatantes, podem ser citadas as misturas de hidrocarbonetos que têm de 3 a 50 átomos de carbono e preferencialmente de 5 a 30 átomos de carbono, e que podem conter uma proporção não desprezível de compostos insaturados ou poliinsaturados acetilênicos ou diênicos, ou uma combinação desses diferentes compostos, a proporção total de compostos insaturados podendo ir até 90 % em peso da carga. Pode ser citada a título de exemplo representativo das cargas concernidas pela presente invenção a gasolina de pirólise, a pirólise designando um processo de craqueamento térmico bem conhecido pelo profissional. É possível encontrar uma descrição desse tipo de processos e dos produtos correspondentes na obra "Raffinage et Génie chimique de P. Wuithier publicada nas edições Technip, página 708. A presente invenção permite limitar o depósito de partículas colmatantes no seio do leito catalítico.

Ela contribui assim para a manutenção da homogeneidade do leito do ponto de vista da fração vazia e portanto da qualidade de escoamento, e ela permite também limitar o aumento da perda de carga.

De fato, quando um entupimento se produz no seio de um leito catalítico, é constatada bem rapidamente uma elevação da perda de carga do escoamento através do reator. A perda de carga pode se tornar tal que o explorador é obrigado a parar o reator e substituir uma parte ou a totalidade do catalisador, o que acarreta evidentemente uma redução considerável das durações de ciclos do processo. O entupimento de uma parte do leito catalítico pode ser devido a vários mecanismos.

Diretamente, a presença de partículas no fluxo da carga pode acarretar um entupimento por depósito das ditas partículas no seio do (eito catalítico, esse depósito tendo como efeito reduzir a fração vazia.

Indiretamente, a formação de uma camada de produtos provenientes das reações químicas, tipicamente o coque, mas eventualmente outros produtos sólidos derivados das impurezas presentes na carga, produtos que se depositam na superfície dos grãos de catalisador, podem também contribuir para a redução da fração vazia do leito.

Além disso, o depósito das partículas colmatantes podendo ser feito 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 no plano hidrodinâmico, visto que eles perturbam mais ou menos gravemente a homogeneidade do escoamento das fases no seio do leito e podem levar a heterogeneidades ao nível do avanço da reação química, assim como no plano térmico.

EXAME DA TÉCNICA ANTERIOR A patente US-3,702,238 propõe um sistema de condutos munidos de discos de ruptura tarados que têm como objetivo desviar uma parte do escoamento dos reagentes quando o leito catalítico se colmata. A subida em pressão tem como efeito romper o disco de ruptura e permitir o escoamento da carga através dos condutos. O efeito instantâneo da derivação de uma parte do escoamento através dos condutos é uma redução grande da perda de carga. A entrada dos condutos está situada a montante ou a jusante de um prato distribuidor, mas nenhum sistema é previsto para desviar de modo controlado ou independente o escoamento líquido e o escoamento gás.

Nenhum dispositivo de redistribuição é previsto nesse caso para homogeneizar o escoamento na saída dos condutos. Esse dispositivo tem por outro lado a desvantagem de ser sensível às variações brutais de pressão.

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

No artigo de T. H. Linsdstrom et al., publicado em Hydrocarbon Processing, em fevereiro de 2003, (páginas 49-51), um sistema de filtros exterior é descrito, mas esse sistema não resolve todos os tipos de entupimento e o custo dessa solução é muito alto.

As patentes US-4,313,908 ou EP 0.050.505-A2 descrevem dispositivos que permitem diminuir o aumento da perda de carga no leito catalítico desviando para isso uma parte do escoamento através de tubos. Uma série de tubos que forma curto-circuito atravessa o leito catalítico. A entrada desses tubos está situada a jusante de um prato distribuidor e a saída desses tubos desemboca acima da entrada do leito catalítico a diferentes níveis. O sistema permite assim evitar independentemente os escoamentos de gás e de líquido com a condição de que um nível líquido se estabeleça a montante do leito. O dispositivo descrito nas patentes citadas não permite controlar a relação entre as vazões líquido e gás desviadas para os tubos que compõem 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 suficiente de líquido se estabelecerá acima do leito devido ao depósito de partículas.

Por outro lado, na saída dos dispositivo descritos nas duas patentes citadas, não há nenhum efeito de distribuição dos fluidos o que necessita da colocação no lugar a jusante do dispositivo, de um prato distribuidor ou de um sistema equivalente. No caso da presente invenção, a função de distribuição é incorporada ao sistema de filtração para formar um dispositivo único. O pedido de patente mais recente W003/000401 A1 descreve um dispositivo que utiliza tubos que formam curto-circuito, acoplado com câmaras que também formam curto-circuito, e que servem para a captura das eventuais impurezas contidas na carga. Esse dispositivo não compreende um sistema de redistribuição eficaz dos efluentes gás/líquido na saída das ditas câmaras quando o sistema é utilizado em escoamento gás/líquido.

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

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

De fato, o leito de filtração diretamente integrado ao prato tem uma função secundária de estabilização da interface gás/líquido situada a-cima do prato, e contribui assim, para uma alimentação uniforme em líquido dos tubos de mistura e de distribuição que são parte integrante do dito prato. A patente US 4,229,418 descreve um sistema de prato que compreende elementos de filtração, mas o termo filtração no contexto dessa patente, significa uma permeabilidade em relação aos fluidos do processo e uma impermeabilidade em relação às partículas de catalisador enquanto que no sentido da presente invenção, o termo filtração significa a capacidade de reter partículas colmatantes contidas na carga.

Finalmente, o dispositivo descrito na presente invenção apresenta uma compacidade notável ao contrário dos dispositivos da técnica anterior, e permite portanto dispor de mais catalisador em um reator de volume dado, e assim aumentar sua eficácia.

DESCRIÇÃO SUMÁRIA DAS FIGURAS A figura I representa um esquema de um prato distribuidor filtrante de acordo com a invenção, o dito prato sendo colocado a montante de um leito catalítico alimentado por uma carga que tem uma parte gás e uma parte líquida.

A figura 11 representa as curvas de evolução em função do tempo da quantidade de impurezas depositadas (curva A), da perda de carga de um lado e de outro do leito catalítico sem leito de filtração (curva B), e da perda de carga de um lado e de outro do leito catalítico com um prato de acordo com a invenção, quer dizer munido de um leito de filtração. DESCRIÇÃO SUMÁRIA DA INVENÇÃO O dispositivo descrito na presente invenção permite reter as partículas colmatantes contidas no escoamento líquido que constitui uma parte da carga de um reator filtrante com co-corrente descendente de gás e de líquido, com o auxílio de um prato distribuidor específico que compreende um meio filtrante. A presente invenção consiste em um dispositivo que permite simultaneamente distribuir a fase gás e a fase líquida que alimentam um reator em leito fixo que funciona com co-corrente descendente das ditas fases, ao mesmo tempo em que assegura uma função de filtração em relação às impurezas contidas na fase líquida que constitui uma parte da carga a tratar.

Mais precisamente, o dispositivo de acordo com a invenção é um dispositivo de filtração e de distribuição de uma fase gás e de uma fase líquida que constituem a alimentação de um reator que compreende pelo menos um leito fixo de catalisador, que funciona com co-corrente descendente de gás e de líquido, a fase líquida sendo geralmente carregada em partículas colmatantes, o dito dispositivo compreendendo um prato situado a montante do leito catalítico, o dito prato sendo constituído por um plano de base sensivelmente horizontal e solidário das paredes do reator e ao qual são fixados tubos sensivelmente verticais, abertos em sua extremidade superior para a admissão do gás, e em sua extremidade inferior para a evacuação da mistura gás-líquido destinada a alimentar o leito catalítico situado a jusante, os ditos tubos sendo perfurados em uma certa fração de sua altura por uma fenda lateral contínua ou por orifícios laterais para a admissão do líquido, 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 de partículas de tamanho inferior ou igual ao tamanho das partículas do leito catalítico. O leito de filtração fazendo parte do prato distribuidor, ele é geralmente composto por várias camadas de partículas de tamanho diferente.

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

Em certos casos entretanto, poderá ser interessante que pelo menos uma camada do leito de filtração seja composta de partículas ativas no sentido da reação química que ocorre no leito catalítico situado a jusante do prato distribuidor filtrante. Nesse caso, as partículas ativas serão de preferência compostas por um catalisador idêntico ou que pertence à mesma família que o catalisador do leito catalítico.

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

De modo a evitar o entupimento dos orifícios laterais dos tubos ou da fenda lateral, cada tubo é geralmente separado do leito de filtração que 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 geralmente compreendida entre 5 mm e 20 mm. O dispositivo de filtração e de distribuição de acordo com a invenção 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 orifícios com uma densidade de orifícios superior a 100 orifícios por m2 de seção de reator, O dispositivo de filtração e de distribuição de acordo com a presente invenção permite um alongamento significativo da duração de ciclo do catalisador. Geralmente, a substituição periódica do leito de filtração é realizada com uma periodicidade de pelo menos 6 meses.

O dispositivo de filtração e de distribuição de acordo com a invenção é especialmente interessante de se empregar nos reatores de hidro-tratamento, de hidrogenação seletiva, ou de conversão de resíduos ou de cortes hidrocarbonados de ponto de ebulição inicial superior a 250°C. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO O dispositivo objeto da presente invenção é composto por um prato distribuidor que compreende um plano de base sensivelmente horizontal, solidário das paredes do reator, sobre o qual é fixado um conjunto de tubos sensivelmente verticais, munidos de uma abertura superior e de uma abertura inferior, e perfurados com orifícios laterais distribuídos ao longo de todas 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 penetra dentro dos tubos essencialmente pelos orifícios laterais. O termo “es-sencíalmente significa que pelo menos 50 % e preferencialmente pelo menos 80 % do gás e do líquido penetra respectivamente dentro dos tubos pela abertura superior e pelos orifícios laterais. A mistura do gás e do líquido é efetuada dentro dos tubos, e a mistura resultante deixa os tubos pela abertura inferior.

Os orifícios laterais podem formar uma fenda contínua que se estende na maior parte da altura dos tubos. Na sequência do texto se continuará a falar de orifícios laterais, incluindo sob essa denominação o caso de uma fenda contínua. O prato distribuidor sustenta um leito de filtração constituído por pelo menos um sólido granular que desempenha o papel de filtro, o dito leito sólido granular circundando cada um dos tubos em uma fração da altura dos mesmos.

Os tubos ultrapassam geralmente o nível do leito de filtração de uma 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 partículas de uma forma qualquer. O tamanho das partículas que constituem cada camada do leito de filtração diminui de cima para baixo do leito de filtração.

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

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

Em uma variante do dispositivo de filtração e de distribuição de acordo com a invenção, o leito de filtração é composto por pelo menos duas camadas de partículas sólidas, o tamanho das partículas de uma camada dada sendo inferior ao tamanho das partículas da camada ímediatamente superior.

Em uma variante especial do dispositivo de acordo com a invenção, o tamanho das partículas da camada superior do leito de filtração está compreendido entre 5 mm e 30 mm, e o tamanho das partículas da camada inferior está compreendido entre 2 mm e 10 mm. A título puramente ilustrativo, e sem que isto constitua uma limitação qualquer, um leito de filtração conforme o dispositivo de acordo com a invenção pode ser constituído: - por uma camada superior que representa 25 % da altura total do leito de filtração, e composta por partículas de tamanho superior (de preferência de pelo menos 10 %) ao tamanho dos grãos de catalisador, - por uma acamada intermediária que representa 25 % da altura total do leito de filtração, e composta por partículas com tamanho aproximadamente igual ao tamanho dos grãos de catalisador, - por uma camada inferior que representa 50 % da altura total do leito de filtração, e composta por partículas de tamanho inferior (de preferência de pelo menos 10 %) ao tamanho dos grãos de catalisador.

As partículas que formam o leito de filtração podem ter uma forma qualquer, por exemplo esférica ou cilíndrica, com ou sem volume vazio na parte de dentro. Elas são geralmente inertes, mas podem eventualmente ser catalíticas. Nesse último caso, as partículas ativas do leito de filtração são geralmente constituídas por um catalisador da mesma família que o catalisador utilizado no leito catalítico situado a jusante do leito de filtração. O leito de filtração pode também ser constituído por elementos de guarnição que oferecem uma grande superfície de captação das impurezas, ao mesmo tempo em que oferece uma fração de vazio elevada. A título de exemplo de tais elementos de guarnição, podem ser citadas partículas inertes compostas de titânio e de alumina de forma cilíndrica com 20 mm de diâmetro, nas quais são dispostos canais cilíndricos.

Como exemplo de partículas ativas, podem ser citadas esferas de 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 auxílio de várias camadas é dado no exemplo detalhado que segue a presente descrição. A altura total do leito de filtração está em geral compreendida para a maior parte dos reatores industriais em questão entre 200 e 1500 mm, e preferencialmente compreendida entre 300 e 600 mm.

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

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

As alturas mínima e máxima de escalonamento dos orifícios laterais podem se aplicar também no caso em que se trata de uma fenda contínua. O diâmetro interno dos tubos está geralmente compreendido entre 10 mm e 150 mm, e preferencialmente compreendido entre 25 mm e 80 mm.

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

Nesse caso, a distância que separa o tubo do leito de filtração está geralmente compreendida entre 5 mm e 20 mm. O leito de filtração se colmata progressivamente com o decorrer do tempo começando pelas camadas inferiores, e cria-se sensivelmente uma interface entre a porção inferior colmatada, e a porção superior não colmatada. O líquido atravessa o leito de filtração em sua porção superior não colmatada, e penetra através dos tubos pelos orifícios laterais. A fase gás é majoritariamente introduzida dentro dos tubos pela abertura superior dos mesmos.

Uma parte maior ou menor do gás é também introduzida pelos orifícios laterais dos tubos ou pela fenda lateral. A abertura superior dos tubos está geralmente situada a uma altura H’ acima do leito de filtração e é geralmente protegida por uma tampa ou qualquer forma equivalente, que tem como objetivo impedir a introdução direta de líquido pela dita abertura superior dos tubos. O líquido introduzido pelos orifícios laterais ou pela fenda lateral se 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 líquido catalítico situado a jusante do prato distribuidor.

Na seqüência do texto, o conjunto do dispositivo constituído pefo prato distribuidor, pelos tubos, e pelo leito de filtração sustentado pelo dito prato distribuidor será chamado de prato filtrante distribuidor. O dispositivo, objetivo da presente invenção é composto portanto por um prato filtrante distribuidor solidário da parede cilíndrica interna do reator e situado acima do leito catalítico.

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

Nesse caso, a fase gás e a fase líquido que alimentam um prato filtrante distribuidor dado, são constituídas pelos efluentes do leito catalítico situado imediatamente acima, ao qual se junta eventualmente um fluido introduzido entre dois leitos catalíticos que será na maior parte das vezes no caso das reações de hidrogenação ou de hidrotratamento, um fluido de resfriamento. O prato filtrante distribuidor pode por outro lado ser perfurado, através de seu plano horizontal de base, por furos de forma qualquer, de maneira a que a porosidade global devido a esses furos possa assegurar uma altura mínima de líquido no prato, chamada de guarda líquida. Um prato filtrante distribuidor sem furo através de seu plano de base é entretanto funcional, e permanece no âmbito da presente invenção. O prato filtrante distribuidor sustenta também os tubos que servem para misturar o gás e o líquido e para encaminhar a mistura resultante para o leito catalítico situado na zona a jusante do prato. A densidade desses tubos está compreendida entre 10 e 150 por m2 de seção catalítica, e preferencialmente compreendida entre 30 e 100 por m2 de seção de leito catalítico.

Todos esses tubos são munidos de orifícios laterais situados a diferentes níveis escalonados ao longo de toda a parede vertical dos tubos, ou de uma fenda longitudinal contínua, que permite a passagem da fase líquida 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 estudada para se ajustar à variação da vazão líquida no decorrer do cicio de funcionamento, como é explicado mais adiante.

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

Uma forma de fenda qualquer é possível desde que se encontrem respeitadas as condições sobre a altura da fenda que deve de preferência começar a uma altura (h’) de pelo menos 50 mm acima do plano de base do prato, e de preferência se estender até uma altura (h) de pelo menos 20 mm acima do nível superior do leito de filtração. A função de distribuição do escoamento gás/líquido é mantida à medida da colmatagem, visto que o conjunto dos tubos é sempre utilizado, e que a vazão líquida permanece aproximadamente idêntica entre os tubos, essa última sendo essencialmente condicionada pelo nível líquido que se estabelece sobre o prato. Compreende-se assim, a importância de estabelecer e de manter um certo nível líquido acima do plano de base do prato filtrante.

Além disso, a existência do leito de filtração contribui para estabilizar esse nível líquido amortecendo para isso as flutuações da interface entre o gás e o líquido. A distribuição do líquido permanece portanto controlada ao longo de toda a duração de vida do leito de filtração, e a utilização progressiva dos orifícios laterais ou das fendas laterais distribuídos ao longo dos tubos, permite 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 invenção, é apresentada com o auxílio da figura 1 que se refere a um modo de realização no qual o prato filtrante distribuidor é constituído por um plano de base (11) que sustenta um leito granular de filtração (2) que compreende três 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 um reator alimentado por um escoamento co-corrente descendente de gás (G) e de líquido (L). O prato filtrante distribuidor é situado a montante de um leito catalítico (10) no qual é efetuada uma reação catalítica que emprega as fases gás (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, constituídas por fendas longitudinais de forma retangular, mas podem ser constituídas também por uma fenda de forma não retangular, por exemplo triangular, ou por uma série de orifícios de uma forma qualquer distribuídos a diferentes níveis ao longo de toda a altura dos tubos (3). A densidade dos tubos (3) está compreendida entre 10 e 150 por m2, 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 passo quadrado ou triangular. A forma das partículas que constituem o leito de filtração (2) é definida de modo a desenvolver uma área grande que facilita o depósito das impurezas, ao mesmo tempo em que mantém um volume poroso suficiente para captar o máximo de impurezas, e aumentar a duração de funcionamento do filtro.

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

Será lembrado que um plano de base sem orifício também é possível e permanece dentro do âmbito da invenção, mas de maneira preferida o plano de base é munido de orifícios, e nesse caso, a densidade dos orifícios situados no plano de base do prato (11) é geralmente pelo menos igual 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 a escoar através da fenda retangular (4) dos tubos (3). À medida da colmatagem, o nível de líquido se eleva acima do plano de base do prato (11).

Quando o leito filtrante está totalmente colmatado, o líquido escoa através da fenda lateral (4) em sua porção situada acima do nível superior do leito de filtração (2).

Em todos os casos, o gás escoa através dos tubos (3) sendo para isso principalmente introduzido pelas aberturas superiores (6), eventualmente munidas de tampas (7) para impedir a introdução de líquido pelas ditas aberturas superiores (6), Uma grade circular (8) circunda os tubos (3) para deixar um volume vazio entre os tubos (3) e o leito de filtração (2), de modo que as partículas do leito de filtração (2) não venham obstruir a fenda lateral (4) situada ao longo dos tubos (3).

O tamanho das malhas dessa grade (8) será portanto inferior ao diâmetro mínimo das partículas do leito de filtração (2) do prato distribuidor. EXEMPLO O exemplo seguinte foi obtido com o auxílio de uma simulação que utiliza uma equação de cinética para o depósito de partículas que corresponde a um depósito linear em função do tempo. O reator tem um diâmetro de 1 metro, e uma altura total de 5 metros, que inclui o prato distribuidor e o leito catalítico. O leito catalítico é composto por partículas de um catalisador tradicional para efetuar a hidro-genação seletiva. Trata-se de um catalisador que contém Ni depositado sobre um suporte de alumina. O tamanho das partículas de catalisador que formam o leito catalítico situado a jusante do prato distribuidor é de 2 mm. A alimentação do reator é composta por uma parte líquida e por uma parte gás. O líquido é constituído por uma gasolina de pirólise com intervalo de ebulição compreendido entre 50°C e 280°C com um ponto de ebulição médio a 120Χ nas condições padrão. A fase gás é composta a 90 % em mol de hidrogênio, o resto sendo essencialmente metano. O prato filtrante distribuidor possui 7 tubos com um diâmetro de 50 mm e com uma altura de 650 mm, cada tubo sendo munido de uma fenda longitudinal retangular de dimensão 400 mm (altura da fenda) por 5 mm (largura da fenda). A extremidade inferior da fenda começa a h = 50 mm acima do plano de base do prato. O leito de filtração é composto por 4 camadas de mesma espessura anotadas 1,2, 3, 4 de baixo para cima.

As partículas são partículas inertes de aiumina comercializadas pela sociedade AXENS.

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

Tipo de Partículas Diâmetro (mm) Porosidade Inicia! da Camada 1- Camada Prato Filtrante 1,0 0,39 2- Camada Prato Filtrante 1,5 0,41 ------------------------------------------------------------------------------ 3â Camada Prato Filtrante 2,0 0,41 4- Camada Prato Filtrante 2,5 0,43 Leito de Catalisador 2,0 0,41 1___________________________l________________I________________________________ Tabela I

Propriedades das partículas As propriedades do gás e do líquido nas condições de operação do reator são dadas na tabela II abaixo:______________________________________ Massa Volúmica do Líquido (kg/m3)______________________710___________ Massa Volúmica do Gás (kg/m3)__________________________15____________ Viscosidade Dinâmica do Líquido (Pa.s) 0,00085 Viscosidade Dinâmica do Gás (Pa.s)_____________________0,00002 Velocidade Superficial do Líquido (m/s)________________0,0062________ Velocidade Superficial do Gás (m/s)____________________0,1000________ Tensão Superficial (N/m)_______________________________0,01__________ Tabela II

Propriedades 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 equação cinética de depósito. - da perda de carga medida de um lado e de outro do leito catalítico na ausência de leito de filtração representada pela curva (B). - da perda de carga medida de um lado e de outro do leito catalítico na presença do leito de filtração de acordo com a invenção representada pela curva (C). A curva (B) e a curva (C) são aproximadamente paralelas com uma diferença no tempo.

Essa diferença no tempo corresponde à colmatagem progressiva do leito de filtração. A duração da colmatagem se estende a partir do tempo tO até o tempo tf, que corresponde à saturação do leito de filtração determinada pelo patamar da curva (A), No tempo tf, a curva (A) atinge seu patamar, e depois do tempo tf as impurezas contidas na carga líquida não são mais retidas pelo leito de filtração. - Com o prato sem leito de filtração (de acordo com a invenção anterior), a perda de carga de um lado e de outro do leito catalítico aumenta brutalmente a partir do tempo tb, até atingir o valor limite da perda de carga admissível pelo reator. - Com o prato filtrante que possui seu leito de filtração de acordo com a presente invenção, a perda de carga de um lado e de outro do leito de catalítico aumenta brutalmente a partir do tempo tc nitidamente deslocado em relação ao tempo tb. É a diferença tc-tb que quantifica a melhoria trazida pelo prato de acordo com a invenção, visto que durante todo o tempo suplementar que corresponde ao valor tc-tb, a perda de carga de um lado e de outro do leito catalítico praticamente não varia, e permanece igual ao seu valor no início de ciclo tO, O prato de acordo com a invenção, permite portanto aiongar o tempo de duração de ciclo de um tempo equivalente a tc-tb.

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

Claims

1. Dispositivo de filtração e de distribuição de uma fase gás e de uma fase líquida que constituem a alimentação de um reator que compreende pelo menos um leito catalítico fixo (10), que funciona com co-corrente descendente de gás e de líquido, a fase líquida sendo geralmente carregada em partículas colmatantes, o dito dispositivo sendo caracterizado por compreender um prato situado a montante do leito catalítico fixo (10), o dito prato sendo constituído por um plano de base sensivelmente horizontal (11) e solidário das paredes do reator no qual são fixados tubos sensivelmente verticais (3), abertos em sua extremidade superior para a admissão do gás e em sua extremidade inferior para a evacuação da mistura gás-líquido destinada a alimentar o leito catalítico situado a jusante (10), os ditos tubos (3) sendo perfurados em uma certa fração de sua altura por uma fenda lateral contínua ou por orifícios laterais (4) para a admissão do líquido, o dito prato sustentando um leito de filtração (2) que circunda os tubos (3), e o dito leito de filtração (2) sendo constituído por pelo menos uma camada de partículas de tamanho inferior ou igual ao tamanho das partículas do leito catalítico (10).

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o leito de filtração (2) é constituído por pelo menos duas camadas de partículas, o tamanho das partículas de uma camada dada sendo inferior ao tamanho das partículas da camada imediatamente superior.

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a densidade dos tubos (3) está compreendida entre 10 e 150 por m2 de seção de leito, e preferencialmente compreendida entre 30 e 100 por m2 de seção de leito.

4. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a fenda lateral ou os orifícios laterais (4) dos tubos (3) se estendem a partir de uma posição inferior situada pelo menos a 50 mm acima do plano de base (11) do prato, a uma posição superior situada no máximo a 20 mm acima do nível superior do leito de filtração (2).

5. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a altura total do leito de filtração (2) está compreendida entre 200 mm e 1500 mm.

6. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que os tubos (3) do prato ultrapassam o nível superior do leito de filtração (2) de uma altura (H’) pelo menos igual a 30 mm.

7. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o tamanho das partículas da camada superior do leito de filtração (2) está compreendido entre 5 e 30 mm, e o tamanho das partículas da camada inferior está compreendido entre 2 mm e 10 mm.

8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das camadas que constituem o leito de filtração (2) é formada por partículas ativas em relação à reação química que ocorre no leito catalítico (10).

9. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o leito de filtração (2) é composto por uma guarnição estruturada cuja porosidade varia entre 35 % e 50 %.

10. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que cada tubo (3) é separado do leito de filtração (2) que o circunda, por uma distância compreendida entre 5 mm e 20 mm.

11. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a substituição periódica do leito de filtração (2) é realizada com uma periodicidade de pelo menos 6 meses.

12. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o plano de base do prato filtrante distribuidor é munido de orifícios (12) com uma densidade superior a 100 orifícios por m2 de seção de reator.

13. Utilização do dispositivo de filtração e de distribuição como definido na reivindicação 1, caracterizado por ser em um reator de hidrotra-tamento, de hidrogenação seletiva, ou de conversão de resíduos ou de corte hidrocarbonados com número de átomos que pode ir de 3 a 50, e preferencialmente de 5 a 30.