BRPI0616818A2 - aparelho de carregamento de catalisador - Google Patents

Abstract

APARELHO DE CARREGAMENTO DE CATALISADOR. é descrito um método para o carregamento de um catalisador em partículas em um tubo de catalisador vertical compreendendo (i) introduzir o aparelho de carregamento de catalisador em um tubo catalisador vertical, (ii> carregar partículas de catalisador no topo do tubo, onde, depois disso, elas entram em contato com o referido aparelho na medida em que passam pelo tubo formando, um leito uniforme de catalisador embaixo do referido aparelho e (iii) simultaneamente, remover o aparelho do tubo catalisador em relação sincronizada com o carregamento de catalisador, em que o referido aparelho compreende uma ou mais unidades defletoras, sendo que cada unidade defletora compreende uma pluralidade de placas defletoras inclinadas dispostas sobre um elemento alongado rígido tal que todas as partículas de catalisador são defletidas por uma ou mais das referidas placas conforme elas passam através de cada unidade.

Description

APARELHO DE CARREGAMENTO DE CATALISADOR

Esta invenção refere-se a métodos e aparelhos para ocarregamento de catalisador em partículas em tubosverticais.

Os tubos preenchidos com o catalisador são amplamenteusados em reatores de troca de calor onde a mistura dereação é aquecida ou resfriada por um meio de troca decalor que passa em torno do exterior dos tubos. Emparticular, tais reatores são bem conhecidos e sãoamplamente usados para a reforma do vapor catalítico dehidrocarbonetos onde uma mistura de hidrocarboneto,tipicamente metano, e vapor, é passada a pressão elevada emum catalisador de reforma de partículas, como Ni emalumina, disposto dentro de tubos que são aquecidosexternamente até altas temperaturas por uma mistura de gásquente.

Os métodos tradicionais para o carregamento de pelotasde catalisador em tubos verticais, como "sock-loading" ou"wet-loading", não superam de maneira satisfatória oproblema de ligação de partículas. A ligação de partículaspode levar a vazios no interior dos tubos que criamdiferenças na queda de pressão de tubo para tubo e, porconseguinte, na taxa de fluxo, extensão da reação, fluxo decalor, temperatura e, em processos de reforma de vapor aalta temperatura, falha prematura dos tubos. Os métodos decarregamento tradicionais são lentos e com odesenvolvimento de reatores maiores de troca de calorcontendo muito mais tubos, existe uma necessidade dedesenvolver métodos mais rápidos para carregareconomicamente pelotas de catalisador nos tubos de umamaneira consistente. No entanto, a necessidade decarregamento rápido compete com a necessidade de quebramínima do catalisador. A quebra do catalisador leva àformação de "finos" que pode bloquear o fluxo de gasesatravés do tubo preenchido com catalisador, causando maiorqueda de pressão. Queda de pressão maior leva à redução daprodução da planta, desequilíbrio de fluxo e, na reforma devapor, pode levar a super-aquecimento do tubo e colapso dotubo.

US 3608751 descreve um método de carregamento decatalisador onde o aparelho de carregamento de catalisadorcompreende uma linha flexível que suporta pares espaçadosde lâminas inclinadas. 0 aparelho é abaixado dentro dotubo, o catalisador em partículas é carregado a partir dotopo do tubo e, ao mesmo tempo, a linha é retirada. Esteaparelho, de acordo com o conhecimento dos requerentes, nãoestá em uso, presumivelmente porque as partículas parecemser capazes de desviar das lâminas.

US 5247970 descreve um método de carregamento decatalisador onde escovas abafadoras, por exemplo, na formade molas que se estendem radialmente, são fornecidas em umalinha flexível para reduzir a velocidade das pelotas decatalisador conforme elas descem no tubo. Tal aparelho éusado comercialmente, no entanto, a taxa máxima decarregamento de catalisador é limitada e taxas mais rápidassão desejadas.

Desenvolveu-se um método e aparelho que oferece quebrareduzida e carregamento mais rápido do que era possívelanteriormente.

Sendo assim, a invenção proporciona um método paracarregamento de um catalisador em partículas em um tubocatalisador vertical que compreende:

(i) introduzir o aparelho de carregamento decatalisador em um tubo catalisador vertical,

(ii) carregar partículas de catalisador no topo dotubo, onde, depois disso, elas entram em contato com oreferido aparelho na medida em que passam pelo tuboformando um leito uniforme de catalisador embaixo doreferido aparelho e

(iii) simultaneamente, remover o aparelho do tubocatalisador em relação sincronizada com o carregamento decatalisador, em que o referido aparelho compreende uma oumais unidades defletoras, sendo que cada unidade defletoracompreende uma pluralidade de placas defletoras inclinadasdispostas sobre um elemento alongado rígido tal que todasas partículas de catalisador são defletidas por uma ou maisdas referidas placas conforme elas passam através de cadaunidade.

A invenção também proporciona o aparelho decarregamento de catalisador usado no método.

Os tubos de catalisador são tipicamente cilindros de10 a 15 metros de comprimento com um diâmetro interno de7,5 a 15 cm. Meios de restrição de catalisador perfurados,como uma grade ou malha, são tipicamente proporcionados nofundo do tubo para suportar as partículas de catalisador.

As partículas de catalisador podem ser esferas,cilindros, anéis ou outros formatos de catalisador comtamanho de partícula na faixa de 10 a 30 mm, formadas, porexemplo, por extrusão ou formação de pelotas. Por "tamanhode partícula" pretende-se dizer a menor dimensão departícula de catalisador, como comprimento ou diâmetro. Aspartículas de catalisador, de preferência, têm uma razão deaspecto < 2, mais pref erivelmente £ 1,5. Por "razão deaspecto" pretende-se dizer a razão entre comprimento ediâmetro ou largura. Tipicamente, em tubos menores, sãousadas partículas menores, mas qualquer combinação detamanho de partículas pode ser empregada na presenteinvenção, contanto que o aparelho de carregamento sejadimensionado apropriadamente para as menores partículas decatalisador escolhidas. Descobriu-se que a presenteinvenção é especialmente útil para cilindros dotados delobos ou de estrias, particularmente cilindros dotados delobos ou estrias com múltiplos orifícios, tendo uma razãode aspecto < 2. Estas partículas de catalisador, por causa dos lobos e estrias, podem ter risco maior de ligar ou dequebrar ao serem carregadas usando métodos tradicionais decarregamento. No entanto, descobriu-se que as partículascom lobos ou estrias oferecem aprimoramentos consideráveisna redução de queda de pressão, ao mesmo tempo em quemantêm a atividade de conversão, particularmente emprocessos de reforma de vapor.

o aparelho de carregamento compreende uma ou maisunidades defletoras. Para que todas as partículas decatalisador sejam defletidas por cada unidade defletora, as placas defletoras devem ser dispostas, de preferência, noelemento alongado de tal modo que elas, ao seremvisualizadas a partir de cima, definam uma superfície dedeflexão em torno da qual existe uma folga entre a bordaperiférica das placas e a parede interna do tubocatalisador, sendo que esta folga tem uma largura menor doque metade do tamanho da menor dimensão de partícula decatalisador. Assim, para um tubo de seção transversalcircular, as placas defletoras, ao serem vistas de cima,devem definir, de preferência, uma superfície circulartendo um vazio anular em torno da periferia cuja largura émenor do que metade do tamanho da menor dimensão departícula de catalisador. Para conseguir isso, o diâmetroda superfície, de preferência, é ao menos, uma dimensão departícula de catalisador menor do que o diâmetro interno dotubo, isto é, a diferença no diâmetro da superfície e odiâmetro interno do tubo, de preferência, é menor do queuma dimensão da menor partícula. Obviamente, é necessárioque o diâmetro de tal superfície seja menor do que odiâmetro interno do tubo, tal que o aparelho não fiquepreso dentro do tubo. Descobiu-se que uma folga em tornodas placas defletoras entre cerca da metade e cerca de umquarto do tamanho de partícula do catalisador (dimensãomínima de partícula do catalisador) é preferida. Asuperfície aparente, quando vista de cima, não precisa sercontínua mas qualquer folga e/ou orifício na superfícieaparente deve ser menor do que a dimensão mínima departícula de catalisador para impedir que as partículas decatalisador desviem da unidade defletora.

Dispor as placas defletoras desta maneira assegura quetodas as partículas de catalisador entrem em contato compelo menos uma das placas defletoras em cada unidadedefletora. Além do mais, esta disposição permite algummovimento do aparelho dentro dos tubos sem comprometer oprocesso de carregamento.

Cada unidade defletora compreende um elemento alongadoe uma pluralidade de placas defletoras inclinadas fixadasao elemento alongado. Na presente invenção, o elementoalongado no qual as placas são montadas ou fixadas, érígido. Os elementos alongados rígidos são, de preferência,hastes, que podem ter seção transversal poligonal, oval, emforma de anel ou, de preferência, circular. Tais elementosalongados são fabricados, adequadamente, a partir de açoou, alternativamente, pode ser usado um material rígidoleve. Os elementos alongados têm, de preferência, 10 a 100cm de comprimento, mais pref erivelmente, 10 a 60 cm decomprimento. Ao usar um elemento alongado rígido, épossível fixar as placas defletoras em uma disposição emque todas as partículas de catalisador são defletidas. EmUS 3 60751, mencionada anteriormente, as lâminas inclinadasforam fixadas a uma corda flexível e, conseqüentemente, aslâminas são capazes de virar ou mover com relação a outradurante o carregamento do catalisador, permitindo assim queas partículas de catalisador desviem das lâminas.

As unidades defletoras podem ser conectadasdiretamente uma à outra mas, de preferência, são separadasa intervalos de 0,5 a 2,5 metros, mais preferivelmente,intervalos de 1 a 2 metros, por uma corda, cabo ou fioflexível adequado. Em uso, a unidade defletora mais alta ésuspensa, de preferência, dentro do tubo catalisador pormeio de corda, cabo ou fio flexível com até 2,5 metros apartir do topo do tubo. As conexões entre as unidadesdefletoras podem ser feitas por meio de ganchos, aros,juntas universais ou algo similar. De preferência, asconexões permitem a montagem e a desmontagem imediata doaparelho de carregamento, já que isso permite que oaparelho seja prontamente adaptado ao comprimento do tubo epermite que diferentes unidades defletoras tendo diferentesdisposições de placas defletoras sejam usadas paracarregamento do catalisador em cada tubo. Além do mais, otransporte para e do reator do aparelho é simplificado.

O aparelho de carregamento de catalisador,conseqüentemente, compreende, de preferência, umapluralidade de unidades defletoras, sendo que cada unidadecompreende um elemento alongado rígido no qual sãosuportadas placas inclinadas em que, cada unidade éseparada por um comprimento de corda, cabo ou fio flexível.

De preferência, em cada unidade defletora, o elementoalongado suporta entre 1 e 20 placas defletoras, maispreferivelmente, entre 2 e 8 placas defletoras. As placasdefletoras são fabricadas, de preferência, a partir de ummaterial rígido, como metal ou plástico. Se for desejado,as placas defletoras podem ser fabricadas a partir do mesmomaterial que o elemento alongado, por exemplo, aço, parasimplificar a fabricação. Se for desejado, as placasdefletoras podem ser revestidas com um material resiliente.Em uma modalidade preferida, as placas defletoras sãofabricadas a partir de um plástico resiliente comopolipropileno. Isso permite a fabricação imediata dasplacas e caso os tubos fiquem bloqueados durante ocarregamento, uma mangueira de vácuo pode ser inserida pelotubo com o aparelho de carregamento no lugar com forçasuficiente para deslocar as placas sem causar danopermanente às unidades. As placas de polipropileno têm, depreferência, 1 a 3 mm de espessura.

As placas podem ser fixadas aos elementos alongadosusando métodos adequados como soldagem, colagem ou métodossimilares. Em uma modalidade preferida, o elemento alongadocompreende uma pluralidade de sub-unidades que podem serfixadas juntas. Por exemplo, as sub-unidades podem ser rosqueadas em suas extremidades, tal que elas possam seraparafusadas uma à outra. As placas defletoras podem então,ser prontamente fixadas entre as sub-unidades.

As placas defletoras podem ser espaçadas uniformementeao longo do elemento alongado. Alternativamente, as placas defletoras podem ser suportadas em oposição, como pares. Umou mais pares opostos podem estar presentes em cada unidadedefletora. De preferência, as placas têm um espaçamento <100 cm, com o menor espaçamento ditado pelo tamanho dapartícula do catalisador. De preferência, as placas defletoras estão separadas por 1 a 50 cm, maispref erivelmente, 0,5 a 1,0 diâmetro do tubo interno deseparação, especialmente 5 a 10 cm de separação.As placas defletoras são inclinadas. Com isso, pretende-sedizer que elas são inclinadas com relação ao eixogeométrico de fluxo das partículas de catalisador, quegeralmente é igual ao eixo do tubo catalisador a sercarregado e, conseqüentemente, também do elemento alongado.

Os tubos a serem carregados são tipicamente dispostosverticalmente no interior do reator. A inclinação de cadaplaca defletora com relação ao eixo pode estar na faixa de30 a 60 graus, de preferência, 40 a 50 graus, maispreferivelmente, cerca de 45 graus, já que descobriu-se queisso é ótimo para os requisitos competitivos de quebrareduzida e carregamento rápido.

De preferência, as placas defletoras inclinadasapresentam uma borda superior ou de avanço que é curvada.

Descobriu-se que, tendo as bordas superiores das placasdefletoras curvas, a quantidade de quebra do catalisador éreduzida em comparação com o meio defletor que tem bordasde avanço horizontais. Sem desejar ficar limitado pelateoria, acredita-se que a borda curva é capaz de defletir aenergia de partículas que vão de encontro a elatangencialmente, e, conseqüentemente, reduz a probabilidadede as partículas quebrarem.

O elemento alongado tem uma pluralidade de placasdefletoras que definem uma trajetória para as partículas decatalisador conforme elas caem através da unidadedefletora. Conforme foi referido acima, quando vistas decima, as placas defletoras podem definir uma superfície dedeflexão circular. Sendo assim, as placas defletoras podemtomar a forma de setores de um círculo, unidas ao elementoalongado no ápice das bordas radiais. Neste caso, ossetores podem ser definidos pelo ângulo entre as bordasradiais. Por exemplo, quando um setor tem bordas radiais aum ângulo de 4 5 graus com relação ao outro, quando visto decima, serão necessários 8 tais setores para formar umcírculo completo quando visto de cima. De modo similar, 60graus requerem 6 setores, 90 graus requerem 4 setores, 120graus requerem 3 setores e 180 graus, requerem doissetores. No último caso, as bordas radiais formam uma bordade diâmetro que é unida ao elemento alongado em seu centro.Quando as placas são dispostas como pares opostos, paraimpedir o desvio de partículas de catalisador, os diâmetrosque atravessam cada par são dispostos, de preferência, detal modo que as placas definem uma superfície de deflexãocircular. Por exemplo, quando são dispostos 6 setores aolongo do elemento alongado como três pares opostos, paraimpedir que as partículas de catalisador desviem dasplacas, os diâmetros que passam pelas placas devem estar acerca de 120 graus um do outro.

As placas defletoras dispostas sobre o elementoalongado podem ser iguais ou diferentes, isto é, setorescom formatos diferentes podem ser fixados ao longo doelemento, mas, de preferência, os setores são iguais parasimplificar a fabricação.

Em cada caso, a borda superior da placa defletora é,de preferência, curvada. Em uma modalidade preferida, asbordas radiais dos setores são curvadas para dentro. Por"curvadas para dentro" pretende-se dizer que as bordasradiais do setor são defletidas para dentro quando vistasde cima. Em tais casos, o tamanho dos setores deve serajustado de tal modo que as partículas de catalisador nãosejam capazes de desviar da unidade defletora. Além domais, será entendido que para as placas defletoras formaremsetores de um círculo quando vistas de cima, as bordascircunferenciais curvadas das placas defletoras podemprecisar ser elípticas para levarem em conta o ângulo deinclinação das placas defletoras.

As faces das placas defletoras podem ser curvadas nocaminho de uma placa propulsora, mas, de preferência, sãoplanas para simplificar a fabricação.

Em arranjos preferidos, as placas defletoras são semi-círculos ou quadrantes quando vistas de cima. A partirdaqui, tais placas defletoras serão denominadas semi-circulares ou quadrantes, mas deve-se entender que osformatos reais precisarão de ajuste para levar em conta oângulo de inclinação e impedir o desvio das partículas decatalisador na periferia da unidade.

Em uma primeira modalidade de uma unidade defletora,pares de placas defletoras semi-circulares são fixadas emrelação espaçada ao longo do elemento alongado com asbordas do diâmetro das placas defletoras paralelas entre sie as faces, de preferência, perpendiculares. Isso permiteque as partículas de catalisador fluam descendentemente emforma de serpentina.

Em uma segunda modalidade, pares de placas defletorassemicirculares são fixadas ao elemento alongado em relaçãooposta as bordas de diâmetro e faces das placas defletorasemparelhadas perpendiculares entre si. De preferência, cada par de placas defletoras é disposto de tal modo que asbordas do diâmetro são perpendiculares ao par subseqüenteou precedente. Isso permite que as partículas decatalisador fluam descendentemente em forma de círculo.

Em uma modalidade preferida com placas defletoras emquadrantes, as placas defletoras são dispostas com umaborda radial horizontal e perpendicular ao elementoalongado.

Pares de tais quadrantes podem ser fixados em relaçãoespaçada ao longo do elemento alongado com cada par dequadrantes em uma relação, adjacente, tal que duas dasbordas radiais são colineares, isto é, as duas bordasradiais perpendiculares ao elemento alongado formam umdiâmetro pelo tubo. Quando tais pares são empregados, depreferência as bordas radiais colineares de um par formamum diâmetro perpendicular às bordas radiais colineares deum par subseqüente ou anterior.

Em uma modalidade particularmente preferida, oaparelho de carregamento compreende uma ou mais unidadestendo três pares opostos de placas defletoras cujas bordasradiais são curvadas para dentro. 0 ângulo do setor é, depreferência, cerca de 60 graus. Os diâmetros que passampelo elemento alongado, dividem as placas ao meio. Osdiâmetros dos pares opostos estão, conseqüentemente, depreferência, a um ângulo de cerca de 120 graus entre si,tal que as partículas de catalisador que descem através daunidade, baterão pelo menos em uma placa. As placas sãoinclinadas a um ângulo de cerca de 45 graus com relação aoelemento alongado. A inclinação das placas é dispostadentro da unidade tal que as partículas de catalisadorseguem um caminho circular conforme elas descem. Nestamodalidade, prefere-se fabricar cada par a partir de umapeça de plástico resiliente, por exemplo, polipropileno, eformar a unidade a partir de sub-unidades conectadasatravés do ápice dos três pares opostos de placasdefletoras de setor.

O aparelho de carregamento, de acordo com a presenteinvenção, pode compreender uma pluralidade das mesmasplacas defletoras ou unidades diferentes, em qualquerdisposição. Por exemplo, uma ou mais placas defletorastendo placas semi-circulares, podem ser dispostas acima deuma ou mais unidades tendo placas em quadrante.

Alternativamente, o aparelho de carregamento podecompreender uma pluralidade de unidades de 6 placas, em queas placas são dispostas como três pares opostos.

De modo a impedir que o aparelho gire dentro do tubodurante o carregamento, prefere-se, onde as partículas docatalisador seguem uma trajetória circular conforme elasdescem, que as placas sejam dispostas nos elementosalongados tal que as partículas se movam de uma maneiraequilibrada no sentido horário e anti-horário. Depreferência, as unidades compreendem uma pluralidade deplacas que direcionam as partículas no sentido horário ouanti-horário e as unidades são dispostas dentro do tubo talque as partículas se alternam entre rotação no sentidohorário e anti-horário conforme elas descem através dotubo.

As partículas do catalisador estão localizadas no topodo tubo por meios convencionais e caem pelo tubo sob a açãoda gravidade, batendo contra as superfícies e bordas doaparelho de carregamento. Quando as partículas encontramuma unidade defletora, elas são defletidas contra o ladointerno da parede do tubo, reduzindo sua velocidadevertical e assim, são incapazes de passar em torno daperiferia das placas defletoras. As partículas decatalisador podem então cair verticalmente até o fundo dotubo ou, de preferência, até uma outra unidade defletorasuspensa até 2,5 metros abaixo e assim por diante, até aspartículas serem depositadas no topo do leito crescente decatalisador. Conforme o leito de partículas de catalisadorcresce para cima, o aparelho é simultaneamente retirado dotubo, mantendo a unidade defletora mais baixa dentro de 2,5metros, de preferência, 1,5 metro, mais preferivelmente,dentro de 1 metro da superfície do leito em crescimento.

O aparelho de carregamento de catalisador pode serintroduzido e/ou retirado do tubo manualmente, no entanto,é preferível usar meios para introduzir e remover oreferido aparelho dos tubos de catalisador, como umcabrestante ou outro tal aparelho de elevação/abaixamentopara manter uma taxa de elevação controlada, conforme ocatalisador é carregado. Além do mais, considerando que ocatalisador pode ser carregado manualmente, por exemplo, apartir de tambore, as partículas de catalisador, depreferência, são alimentadas ao tubo de uma maneiracontrolada, usando, por exemplo, um alimentador vibratório.

Isso melhora o empacotamento da partícula de catalisadordentro do tubo.

A invenção é adicionalmente descrita por referênciaaos desenhos a seguir em que:

As Figuras 1, 2 e 3 ilustram vistas lateral, de topo eoblíqua de uma modalidade de uma unidade defietora tendoplacas defletoras em quadrante.

As Figuras 4, 5 e 6 ilustram vistas lateral, de topo eoblíqua de uma primeira modalidade de uma unidade defletoratendo placas defletoras semi-circulares;

As Figuras 7, 8 e 9 ilustram vistas lateral, de topo eoblíqua de uma segunda modalidade de uma unidade defletoratendo placas defletoras semi-circulares; e

As Figuras 10, 11 e 12 ilustram vistas lateral, detopo e oblíqua de uma modalidade de uma unidade defletora tendo três pares opostos de placas defletoras em setorcujas bordas radiais são curvadas para dentro.

Na Figura 1, um tubo de catalisador 10 encerra oaparelho 12 (veja a Figura 3) que compreende uma hasterígida 14 suportando dois pares espaçados de placasdefletoras elípticas em quadrante 16a, 16b, 16c e 16d, cadauma fixada à dita haste no ápice das bordas radiais. Ospares de placas 16a, 16b e 16c e 16d são espaçados 0,5 dodiâmetro interno do tubo para permitir o fluxo livre semdesvio ou queda excessiva. No topo e no fundo da haste,estão meios de conexão (não mostrados) que conectam a hasteatravés de orifícios 13 via um comprimento de cabo, aoutros elementos rígidos que carregam placas defletoras(não mostrados). 0 par superior de placas defletoras 16a e16b é fixado ã haste 14 com suas bordas radiais retas 18a e18b co-lineares e perpendiculares à haste. As faces dasplacas defletoras 16a e 16b são inclinadas a cerca de 45graus com relação ao eixo geométrico do tubo e a cerca de90 graus com relação uma à outra. 0 par inferior 16c e 16dé fixado à haste também com suas bordas radiais retas 18c e18d colineares e perpendiculares à haste e com suas facesinclinadas a cerca de 4 5 graus com relação ao eixogeométrico do tubo e cerca de 90 graus entre si. As bordas18a/18b e 18c/18d e, conseqüentemente, também as bordasradiais inclinadas para cima 22a/22b e 22c/22d, estão a 90graus entre si, tal que, quando vistas de cima (veja Figura2), as placasd defletoras 16a-d formam um círculo com asbordas externas circunferenciais das placas defletoras 20a-d definindo um espaço anular 19 entre as bordas externascurvas das placas defletoras 20 e a parede interna do tubo 10.

Em uso, o aparelho é suspenso dentro do tubo decatalisador por meio de uma corda, cabo ou fio flexível até2,5 metros a partir do topo do tubo. As partículas decatalisador são carregadas no topo do tubo e caemverticalmente até o aparelho, onde elas entram em contatocom as superfícies inclinadas de uma ou mais placas 16a,16b, 16c e 16d que defletem todas as partículas, reduzindoassim sua velocidade vertical. Então, as partículas podemcair até a próxima unidade defletora, que pode ser igual oudiferente e assim por diante, até as partículas seremdepositadas no topo do leito catalisador em crescimento.

Na Figura 4, um tubo catalisador 10 encerra o aparelho30 (veja a Figura 6) que compreende uma haste rígida 14 quesuporta duas placas defletoras elípticas espaçadas entre si32a e 32b, cada placa defletora fixada à dita haste no meiode sua borda do diâmetro. No topo e no fundo da haste estãomeios de conexão (não mostrados) que conectam a hasteatravés de orifícios 13 via um comprimento de cabo atéoutros elementos rígidos portadores de placas defletoras(não mostrados). As placas defletoras superior e inferior32a e 32b são fixadas à haste 14 com as bordas de diâmetro34a e 34b paralelas entre si e perpendiculares ao eixogeométrico do tubo 10. A distância entre as bordas 34a-b éde cerca de 0,5 do diâmetro interno do tubo para permitir olivre fluxo sem desviar ou queda excessiva. As faces dasplacas defletoras 32a e 32b são inclinadas para cima acerca de 4 5 graus com relação ao eixo geométrico do tubo ea cerca de 90 graus com relação à outra. Quando vistas decima (veja a Figura 5), as placas defletoras 32a-b formamum círculo com as bordas externas circunferenciais dasplacas defletoras 36a e 36b que definem um espaço anular 19entre as bordas externas curvadas das placas defletoras 36e a parede interna do tubo 10.

Em uso, o aparelho é suspenso dentro do tubo decatalisador por meio de uma corda, cabo ou fio flexível até2,5 metros a partir do topo do tubo. As partículas decatalisador são carregadas no topo do tubo e caemverticalmennte até o aparelho, onde elas entram em contatocom a superfície inclinada da placa 32a e então, asuperfície inclinada da placa 32b e são defletidas contraas paredes internas do tubo, reduzindo assim a velocidadevertical. Então, as partículas podem cair até a próximaunidade defletora, que pode ser a mesma ou pode serdiferente e assim por diante, até as partículas seremdepositadas no topo do leito de catalisador em crescimento.

Na Figura 7, um tubo de catalisador 10 encerra oaparelho 4 0 (veja a Figura 9) que compreende uma hasterígida 14 que suporta duas placas defletoras elípticas 42ae 42b, cada placa defletora fixada à dita haste no meio desua borda de diâmetro. No topo e no fundo estão meios deconexão (não mostrados) que conectam as hastes através deorifícios 13 via um comprimento de cabo a outros elementosrígidos que carregam placas defletoras (não mostrados). Asplacas defletoras opostas 42a e 42b são fixadas à haste 14com suas bordas de diâmetro 44a e 44b a cerca de 90 grausentre si e a cerca de 4 5 graus com relação ao eixogeométrico do tubo 10. As faces das placas defletoras 42a e42b são, conseqüentemente, inclinadas a cerca de 45 grauscom relação ao eixo geométrico do tubo e a cerca de 90graus entre si. Quando vistas de cima (veja a Figura 8), asplacas defletoras 42a-b formam um círculo com as bordasexternas circunferenciais das placas defletoras 46a e 46bque definem um espaço anular 19 entre as bordas externascurvadas das placas defletoras 4 6 e a parede interna do tubo 10.Em uso, o aparelho é suspenso dentro do tubo decatalisador por meio de uma corda, cabo ou fio flexível até2,5 metros a partir do topo do tubo. As partículas decatalisador são carregadas no topo do tubo e caemverticalmente até o aparelho, onde entram em contatosimultaneamente com as superfícies inclinadas das placas42a e 42b e são defletidas contra as paredes internas dotubo, reduzindo assim sua velocidade vertical. Então, aspartículas podem cair até a próxima unidade defletora, quepode ser a mesma ou pode ser diferente e assim por diante,até as partículas serem depositadas no topo do leito decatalisador em crescimento.

Na Figura 10, um tubo de catalisador 10 encerra oaparelho 5 0 que compreende uma haste rígida 14 que suportaos pares opostos uniformemente espaçados de placasdefletoras em setor 52a-52b, 54a-54b e 56a-56b, cada placadefletora fixada à dita haste no ápice do setor. A haste 14compreende quatro sub-unidades (veja a Figura 12) 58, 60,62 e 64 que são alternadamente interna e externamenterosqueadas e aparafusadas juntas. Os pares opostos deplacas defletoras 52a-52b, 54a-54b, e 56a-56b são fixadasnas junções onde as sub-unidades são aparafusadas juntas.No topo e no fundo da haste estão meios de conexão (nãomostrados) que conectam as hastes através de orifícios 13em sub-unidades 5 8 e 64 via um comprimento de cabo a outroselementos rígidos portadores de placa defletora (nãomostrados). Os pares opostos de placas defletoras 52a-52b,54a-54b e 56a-56b têm suas faces superiores inclinadas acerca de 90 graus entre si e cerca de 45 graus com relaçãoao eixo geométrico do tubo 10.As placas 52, 54, 56 nesta modalidade, estão dispostasde tal modo que as partículas de catalisador seguem umatrajetória rotacional no sentido anti-horário conforme elasdescem através da unidade. Será entendido que ao girar oeixo geométrico de inclinação para cada placa por 90 graus,que a unidade produzirá rotação no sentido horário. Quandovistos de cima (veja a Figura 11) , os pares opostos deplacas defletoras 52a-52b, 54a-54b e 56a-56b formam umcírculo com as bordas externas circunferenciais das placasdefletoras que definem um espaço anular 19 entre as bordasexternas curvadas das placas defletoras e a parede internado tubo 10.

Em uso, o aparelho é suspenso dentro do tubo decatalisador por meio de uma corda, cabo ou fio flexível até2,5 metros a partir do topo do tubo. As partículas decatalisador são carregadas no topo do tubo e caemverticalmente até o aparelho, onde entram em contatosimultaneamente com as superfícies inclinadas das placas52a-52b, 54a-54b e 56a-56b e são defletidas contra asparedes internas do tubo, reduzindo assim sua velocidadevertical. Então, as partículas podem cair até a próximaunidade defletora, que pode ser a mesma ou pode serdiferente e assim por diante, até as partículas seremdepositadas no topo do leito de catalisador em crescimento.Considerando que o presente aparelho e método são descritospara o carregamento de um catalisador em partícula, oaparelho e método são igualmente adequados para ocarregamento de outros materiais em partículas, comoabsorventes em tubos verticais.

A invenção é adicionalmente ilustrada por referênciaaos exemplos a seguir.Exemplo 1

As vantagens do método e aparelho de carregamentoforam demonstradas carregando-se um tubo com diâmetrointerno de 100 mm, com 4,2 metros de comprimento. Primeiro,as partículas de catalisador foram carregadas por quedalivre em um tubo vazio a diferentes taxas de fluxo. Então,isso foi repetido usando-se o aparelho de carregamento dapresente invenção, demonstrando carregamento mais rápido equebra significativamente reduzida.

As partículas do catalisador eram estriadas, pelotascilíndricas de 4 orifícios com diâmetro de 13 mm e 16 mm decomprimento.

No tubo de teste vazio, 0,82 litros de pelotas(aproximadamente 240 pelotas) foram carregados. A taxa decarregamento é expressa em aumento de metros na altura dasuperfície do leito de catalisador dentro do tubo porminuto.

<table>table see original document page 21</column></row><table>No próximo teste, 6,5 kg (8,8 litros) de pelotas(aproximadamente 2600 pelotas) foram carregados usando umamodalidade da presente invenção.

O aparelho de carregamento tinha unidades de 4defletores separados a distâncias de 1 metro. A unidadedefletora de fundo era conforme descrita nas Figuras 1 a 3e as outras unidades defletoras, conforme descritas nasFiguras 4 a 6. As placas defletoras foram feitas de aço,com placas defletoras ajustadas a 45 graus com relação àhorizontal e a folga anular (periférica) em torno dasplacas até a parede do tubo, ajustadas a 3 mm (isto é,cerca de 0,25 de uma dimensão mínima de catalisador) . Asunidades defletoras tinham 170 mm de comprimento e estavamconectadas por cabo de aço flexível com 1 metro decomprimento e 3 mm de diâmetro, usando presilhas com pregase grilhetas. A distância entre a unidade defletora inferiore a superfície do leito de catalisador foi mantida aaproximadamente 1 m durante o carregamento do catalisadorelevando-se simultaneamente o aparelho conforme os artigoscatalisadores eram adicionados.

<table>table see original document page 22</column></row><table><table>table see original document page 23</column></row><table>

O uso do dispositivo de carregamento descrito aquireduziu a quebra em queda livre por um fator de mais de100, e permitiu taxas de carregamento que preencheriam umtubo de 12 metros em 6,1 minutos.

Exemplo 2

As vantagens do método e aparelho de carregamento dapresente invenção foram demonstrados carregando-se um tubocom diâmetro interno de 101 mm em escala total, com 12,7metros de comprimento. Primeiro, as partículas decatalisador foram carregadas por queda livre em um tubovazio. Então, isso foi repetido usando o aparelho decarregamento da presente invenção a diferentes taxas defluxo, demonstrando carregamento rápido e quebrasignificativamente reduzida.

Estas demonstrações foram conduzidas usando doistamanhos de partículas de catalisador. O primeiro tamanhoeram pelotas estriadas cilíndricas com 4 orifícios dediâmetro de 16 mm e comprimento de 19 mm, referidas apartir daqui como "pelotas grandes". 0 segundo tamanho erampelotas estriadas cilíndricas com 4 orifícios com diâmetrode 11 mm e comprimento de 13 mm, referidas a partir daquicomo "pelotas pequenas".

No tubo vazio, dois êmbolos, cada um contendo 8,0 kgde pelotas, foram carregados. A taxa de carregamento éexpressa em metros/minuto de aumento na altura dasuperfície do leito de catalisador dentro do tubo. Asquebras são expressas na porcentagem do peso carregado depelotas de catalisador que são menores do que três quartosde uma pelota intacta quando carregada.

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A seguir ao preenchimento usando tubos vazios, opreenchimento foi testado então para comparação usando oaparelho de carregamento de acordo com a presente invenção.

O aparelho de carregamento tinha unidades defletorasseparadas por distâncias de 1 metro. Todas as unidadesdefletoras eram conforme está ilustrado nas Figuras 10 a12, mas com as placas em cada unidade dispostas paraproporionar rotação alternada no sentido horário e anti-horário das partículas de catalisador. As placas defletorasforma feitas de polipropileno com espessura de 1 mm,estando a um ângulo de 4 5 graus com relação à horizontal ea folga anular entre as placas e a parede do tubo menor doque 3 mm (isto é, cerca de 0,27 de uma dimensão mínima docatalisador pequeno) para assegurar que nenhuma pelotadesviasse das lâminas.

As unidades defletoras tinham 190 mm de comprimento eestavam conectadas por cabo de aço flexível com 1 m decomprimento, 3 mm de diâmetro, com presilhas com prega egrilhetas. As placas defletoras foram montadas a 65 mm deespaçamento em cada uma das unidades. A distância entre aunidade defletora inferior e a superfície do leito decatalisador foi mantida a aproximadamente 1 m durante ocarregamento do catalisador elevando-se simultaneamente oaparelho conforme as pelotas de catalisador eramadicionadas.

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A quebra média resultante do carregamento de pelotasgrandes usando este aparelho é 1,04 % p/p, em comparaçãocom 24,50 % p/p do carregamento de um tubo vazio. 0aparelho, de acordo com a presente invenção, reduziu onivel de quebras por um fator de mais de 23 em comparaçãocom a queda livre, e permitiu taxas de carregamento quepreencheriam o tubo de 12,7 m em 3,3 minutos (excluindoverificações intermediárias).

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A quebra média resultante do carregamento de pelotaspequenas usando o aparelho da presente invenção é de 0,12 %p/p, em comparação com 7,13 % p/p do carregamento de umtubo vazio. O aparelho reduziu o nivel de quebra por umfator de mais de 54 em comparação com a queda livre epermitiu taxas de carregamento que preencheriam o tubo de12,7 m em 2,5 minutos (excluindo verificaçõesintermediárias).

O desempenho do aparelho da presente invenção foientão comparado com um aparelho de carregamento existente,conforme descrito na US 5247970. As tentativas descritasacima foram repetidas para as pelotas grandes e pequenas decatalisador usando taxas típicas para as taxas decarregamento do aparelho e método.

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A quebra média resultante do carregamento de pelotasgrandes usando o aparelho descrito na US 5247970 é 1,55 %p/p. Isso é aproximadamente 50% mais alto do que as quebrasresultantes do uso do aparelho descrito na presenteinvenção. O tubo de 12,7 metros pode ser carregado em 6,3minutos (excluindo verificações intermediárias). A presenteinvenção, conseqüentemente, permite o carregamento emapenas 52% deste tempo.

Taxa de carregamento de pelotas pequenas (m/min) Quebras (% p/p)1, 65 0, 751,68 0, 501, 63 0, 50

A quebra média resultante do carregamento de pelotaspequenas usando o aparelho descrito na US 5247970 é 0,58%p/p. Isso é mais de 4 vezes mais alto do que as quebrasresultantes do uso do aparelho descrito na presenteinvenção. 0 tubo de 12,7 metros poderia ser carregado em7,6 minutos (excluindo verificações intermediárias). Apresente invenção permite o carregamento em apenas 33%deste tempo.

Após comparar as quebras, uma comparação entre asvariações de densidade do carregamento usando a presenteinvenção e as variações do uso da US 5247970 foi feita. Adensidade volumétrica foi calculada medindo-se o volume detubo com diâmetro de 101 mm, que foi ocupado por 8 kg depelotas de catalisador. Isso foi conduzido para pelotaspequenas e grandes. Foram conduzidos 6 carregamentos paracada tamanho e aparelho.

A principal diferença entre os dois métodos decarregamento é que a presente invenção foi usada com 8 kgsendo carregados a uma média de 20 segundos, com aquela daUS 5247970 usada em sua taxa recomendada de 8 kg emaproximadamente 3 5 segundos, para demonstrar que a presenteinvenção é consistente a uma taxa significativamente maisrápida.

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Os resultados mostram que a presente invenção e oaparelho na US5247970 proporcionam densidades comparáveis,mas que o aparelho da presente invenção pode carregarpelotas de maneira consideravelmente mais rápida. Todas astentativas conduzidas resultam em uma densidade volumétricacom um desvio padrão de menos de 1,2% do valor médio.

Assumindo uma distribuição normal, e permitindo-se 5% devariabilidade na densidade carregada, espera-se que menosde um em 32 mil carregamentos exceda este limite.

Claims (15)

1. Método para o carregamento de um catalisador empartículas em um tubo de catalisador vertical,caracterizado pelo fato de compreender:(i) introduzir o aparelho de carregamento decatalisador em um tubo catalisador vertical,(ii) carregar partículas de catalisador no topo dotubo, onde, depois disso, elas entram em contato com oreferido aparelho e seguem uma trajetória circular conformedescem pelo tubo, formando um leito uniforme de catalisadorem baixo do referido aparelho, e(iii) simultaneamente, remover o aparelho do tubocatalisador em relação sincronizada com o carregamento decatalisador, em que o referido aparelho compreende uma oumais unidades defletoras, cada unidade defletoracompreendendo uma pluralidade de placas defletorasinclinadas dispostas sobre um elemento alongado rígido talque todas as partículas de catalisador são defletidas poruma ou mais das referidas placas conforme elas passamatravés de cada unidade, as referidas placas dispostas noelemento alongado tal que as partículas se movem de umamaneira equilibrada no sentido horário e anti-horário,conforme descem pelo tubo.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que as bordas superiores dasplacas defletoras são curvadas.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que cada elemento alongadosuporta entre 2 e 8 placas defletoras.

4. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que ainclinação de cada placa defletora em relação ao eixo dotubo está na faixa de 3 0 a 6 0 graus.

5. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de queas placas defletoras têm, cada uma, duas bordas radiaisretas e uma borda circunferencial curvada.

6. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de quea unidade defletora tem três pares opostos de placasdefletoras em setor cujas bordas radiais são curvadas paradentro.

7. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fatode que as unidades defletoras são separadas a intervalos de- 0,5 a 2,5 metros por uma corda, cabo ou fio flexível.

8. Aparelho para o carregamento de um catalisador empartículas em um tubo de catalisador vertical,caracterizado pelo fato de que compreende uma ou maisunidades defletoras, sendo que cada unidade defletoracompreende uma pluralidade de placas defletoras inclinadasdispostas em um elemento alongado rígido tal que todas aspartículas de catalisador são defletidas por uma ou maisdas referidas placas, conforme elas passam através de ou decada unidade e seguem uma trajetória circular, as referidasplacas dispostas no elemento alongado tal que as partículasse movem de uma maneira equilibrada, no sentido horário eanti-horário, conforme elas descem pelo tubo.

9. Aparelho de carregamento de catalisador, de acordocom a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que asbordas superiores das placas defletoras são curvadas.

10. Aparelho de carregamento de catalisador, de acordocom a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de quecada elemento alongado suporta entre 2 e 8 placasdefletoras.

11. Aparelho de carregamento de catalisador, de acordocom qualquer uma das reivindicações 8, 9 ou 10,caracterizado pelo fato de que a inclinação de cada placadefletora até o eixo do tubo está na faixa de 30 a 60graus.

12. Aparelho de carregamento de catalisador, de acordocom qualquer uma das reivindicações 8, 9, 10 ou 11,caracterizado pelo fato de que as placas defletoras têm,cada uma, bordas radiais estreitas e uma bordacircunferencial curvada.

13. Aparelho de carregamento de catalisador, de acordocom qualquer uma das reivindicações 8, 9, 10 ou 11,caracterizado pelo fato de que as placas defletoras sãoplacas defletoras de setor cujas bordas radiais sãocurvadas para dentro.

14. Aparelho de carregamento de catalisador, de acordocom qualquer uma das reivindicações 8, 9, 10, 11, 12 ou 13,caracterizado pelo fato de que as unidades defletoras sãoseparadas a intervalos de 0,5 a 2,5 metros por uma corda,cabo ou fio flexível.

15. Aparelho de carregamento de catalisador, de acordocom qualquer uma das reivindicações 8, 9, 10, 11, 12, 13 ou-14, caracterizado pelo fato de que compreende,adicionalmente, meios para introduzir e remover o referidoaparelho dos tubos de catalisador.