BRPI0617418A2 - dispositivo para a realização de reações quìmicas - Google Patents

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Abstract

DISPOSITIVO PARA A REALIZAçãO DE REAçõES QUìMICAS. A presente invenção refere-se a um dispositivo para a realização de reações químicas exotérmicas, em que uma fase gasosa é guiada através de um leito fixo e deixada reagir. O dito dispositivo compreende uma carcaça e uma unidade permutável em que ocorre a reação.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO PARA A REALIZAÇÃO DE REAÇÕES QUÍMICAS"
A presente invenção refere-se a um dispositivo para a realização de reações químicas, em particular para a realização de reações exotérmi- cas e altamente exotérmicas em que uma fase gasosa é passada sobre um leito de material sólido e conduzida à reação.
As reações altamente exotérmicas são geralmente realizadas em reatores do tipo feixe de tubos que usa um catalisador heterogêneo. Há numerosos exemplos destes na literatura: de acordo com a EP 0 188 532 (Nippon Kayaku) ou com a JP 11080052 (Toa Gosei Chemical Industry Co.), são usados reatores do tipo feixe de tubos para reagir o propeno para forne- cer acroleína e ácido acrílico. De acordo com a DE 102 60 094 (BASF AG), os reatores do tipo feixe de tubos são similarmente usados para a produção de diisocianatos cíclicos.
Os reatores deste tipo, no entanto, não são muito flexíveis em uso. Por exemplo, entre outras coisas, o número de tubos do reator estabe- lece a capacidade nominal do reator. Embora isto possa ser reduzido por fechamento apropriado de tubos individuais, o aumento da capacidade no- minal, entretanto, não é possível sem maiores despesas.
Os objetivos da invenção são fornecer um reator que pode ser utilizado com flexibilidade. Isto é considerado para significar que, por exem- plo, um desempenho variável da reação durante o período de duração do catalisador pode tornar necessária a adaptação da superfície da reação. Si- milarmente, pode ser conveniente trocar os tubos, por exemplo, por um ou mais estágios ou por placas. Além disso, a limpeza, o trabalho de manuten- ção ou a mudança do catalisador força interrupções do funcionamento em um reator de feixe de tubos convencional o que provoca grandes custos de- vido à perda de capacidade de produção.
Para neutralizar estas desvantagens, dependendo do processo, no entanto, é conveniente otimizar a geometria da unidade que contém a reação: por exemplo, pode ser vantajoso para o processo variar o diâmetro do tubo ou o comprimento do tubo quando, por exemplo, for usado um cata- lisador aperfeiçoado. A invenção refere-se a um dispositivo que serve como um reator para a realização de reações químicas exotérmicas que consiste em uma carcaça e de uma unidade que contém a reação, por meio de solu- ções técnicas detalhadas, o reator inteiro levando em conta os requisitos de funcionalidade, pressão e temperatura. Em uma modalidade em particular, os dutos das linhas de entrada ou de saída da unidade que contém a reação através da parede da carcaça são suplementados pelas unidades que con- têm a carga.
Estas servem primeiro para ancorar a unidade que contém a re- ação na carcaça por meio de um duto de suporte que contém a carga, em segundo lugar elas servem para interceptar os esforços que ocorrem no rea- tor, em particular esforços térmicos, que se originam do aquecimento e do resfriamento da unidade que contém a reação.
A unidade que contém a reação está instalada intercambiavel- mente pelo arranjo de uma junta de flange principal na terça parte superior da carcaça (tampa do reator), pela qual esta pode ser separada da carcaça residual.
Dependendo dos requerimentos da técnica da reação para rea- ções exotérmicas, em cada caso a unidade mais adequada que contém a reação, por exemplo, na forma de um arranjo de tubos, placas ou de um ou mais estágios (tubos em feixes ou placas) podem ser usados intercambia- velmente. Esta unidade é preferivelmente introduzida na carcaça do reator de modo a estar suspenso ou na posição vertical. A unidade que contém a reação que enche a carcaça pode consistir em uma pluralidade de módulos que estão montados diretamente próximos um ao outro e um abaixo do ou- tro. O número η destes módulos pode ser de até 10.
O reator localizado abaixo da invenção é adequado em particular para a realização de reações exotérmicas e altamente exotérmicas em que o gás do estoque de alimentação é levado a reagir na presença de um catali- sador heterogêneo. Por exemplo, o aparelho é adequado para a reação exo- térmica de metanol com o H2S para fornecer o metilmercáptan.
O aparelho é, de modo similar, particularmente adequada para reagir, por exemplo, um componente C3 à temperatura elevada sobre um catalisador heterogêneo de oxido misturado com oxigênio, vapor d'água e/ou gás inerte ou preferivelmente um gás de exaustão da reação da qual foram separados os componentes condensados.
Além disso, a construção da carcaça do reator é caracterizado pelo fato de que, em contraste com reatores convencionais do tipo de feixe de tubos, o espaço da reação, designado como espaço de pressão, co- encerra o espaço de resfriamento. Desse modo, na eventualidade de um vazamento concebível entre dois espaços, não pode ocorrer contaminação da região externa.
Uma parte do conceito da invenção é a rápida capacidade de permutação da unidade que contém a reação.
Como apresentado na Figura 1 para ilustrar a invenção, uma modalidade da invenção consiste em uma carcaça do reator que está em conexão, por uma unidade que contém carga à unidade que contém a rea- ção. As unidades que contêm a reação podem estar ancoradas à carcaça do reator de modo a estarem suspensas ou na posição vertical, de modo que dependendo do arranjo o lado superior ou inferior da unidade que contém a reação na eventualidade de esforços térmicos pode se expandir ou contrair. A carcaça do reator está equipada com uma unidade que contém a carga de uma maneira tal que ela esteja situada no lado de dentro da carcaça do rea- tor ou no lado de fora da carcaça do reator no duto das linhas de entrada ou de saída. A unidade que contém a carga é capaz de eliminar a expansão ou a contração da unidade que contém a reação e como um resultado compen- sar os esforços nos dutos da carcaça do reator.
Vários tipos de modalidades de um tal compensador estão des- critos na literatura. Assim, por exemplo, a EP 0895806 e a EP 1048343 A2 descrevem a compensação dos esforços pelo princípio da dobradiça. Uma outra modalidade é que as linhas de entrada e de saída são realizadas na forma curvada e assim em forma suficientemente elástica (vide a Figura 2).
A invenção também refere-se a um arranjo da unidade que con- tém a reação que está vantajosamente fixada à tampa do reator em uma posição suspensa. Por exemplo, pela disposição de uma junta de flange principal na regição superior da carcaça (tampa do reator), de preferência na terça parte superior, pode ser realizada uma rápida mudança das unidades que contém a reação no total ou em partes.
O dispositivo localizado abaixo da invenção é adequado em par- ticular para a realização de reações exotérmicas e altamente exotérmicas em que uma fase gasosa é passada sobre um leito de material sólido e con- duzida à reação.
Esta reação pode ser, por exemplo, a reação de metanol com H2S para formar o metilmercaptan que se processa sob catálise heterogênea à pressão e temperatura elevadas com desenvolvimento de calor exotérmico.
Os aparelhos / os dispositivos são particularmente adequados para reagir um componente C3, tal como, por exemplo, propano ou propeno, a temperatura elevada sobre um catalisador de oxido misturado heterogênio com oxigênio, vapor d'água e/ou um gás inerte ou de preferência um gás de exaustão proveniente da reação da qual foram separados os componentes que podem ser condensados. A temperatura da reação pode ser de até 600 °C. É dada preferência a temperaturas da reação de 250 a 600 °C. O gás de reação devia geralmente ter uma velocidade específica de gás GHSV de 500 - 5000 h'1 (fluxo de gás em (l/h) / volume do catalisador (I)) e pode ser con- duzido a reação a uma pressão de até 5 Mpa (50 bar) absolutos. A formula- ção do catalisador não é limitada. O catalisador pode ser usado, por exem- plo, como extrusado, como pó ou como composição ativa suportado.
ABREVIAÇÕES NAS FIGURAS:
1 Compensador
2 Unidade que contém a reação
3 Entrada de gás do processo
4 Saída de gás do processo
5 Meio de resfriamento, entrada
6 Meio de resfriamento, saída
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS Figura 1: dispositivo, ilustração global
Figura 2: compensador, variante 1

Claims (9)

1. Dispositivo para a realização de reações químicas exotérmi- cas que consiste em uma carcaça e de uma unidade que contém a reação permutável no total ou em partes pelo arranjo de uma junta de flange princi- pal na terça parte superior da carcaça.
2. Dispositivo de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade que contém a reação está montada na carcaça do reator de modo a estar suspensa ou na posição vertical.
3. Dispositivo de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade que contém a reação consiste em uma pluralida- de de módulos cujo número é η até 10.
4. Dispositivo de acordo com a Reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os módulos estão montados próximos um ao outro ou um abaixo do outro.
5. Dispositivo de acordo com a Reivindicação 1 em que a unida- de que contém a reação é introduzida na carcaça pelo fundo ou pelo topo.
6. Dispositivo de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um espaço da reação, designado como espaço de pressão, co-encerra o espaço de resfriamento.
7. Dispositivo de acordo com as Reivindicações 1 a 6, caracteri- zado pelo fato de que a unidade que contém a reação é formada por um ar- ranjo de tubos, placas ou de um ou mais estágios.
8. Dispositivo de acordo com as Reivindicações 1 a 7, caracteri- zado pelo fato de que a unidade que contém a reação é afixada à tampa do reator em uma posição suspensa.
9. Dispositivo de acordo com as Reivindicações 1 a 8 em que a unidade que contém a reação está em conexão com a carcaça por um duto de suporte que contém a carga.
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