BRPI0708847A2 - reator trocador e utilização do mesmo - Google Patents

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BRPI0708847A2
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catalytic zone
exchanger reactor
catalytic
combustion
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BRPI0708847-7A
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Stephane Bertholin
Fabrice Giroudiere
Beatrice Fischer
Jerome Colin
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Inst Francais Du Petrole
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Abstract

REATOR TROCADOR E UTILIZAçãO DO MESMO. A presente invenção se refere a um reator trocador (1) compreendendo um compartimento (2), meios de distribuição de uma carga através de uma zona catalítica em camada fixa (10), meios de coleta (6) do efluente oriundo da zona catalítica (10), meios de aquecimento da zona catalítica (10), no qual esses meios de coleta (6) comportam condutos que atravessam a zona catalítica (10) de ambos os lados, esses condutos sendo repar- tidos na zona catalítica e intercalados entre os meios de aquecimento, e no qual os meios de aquecimento da zona catalítica são contidos em estojos em parte imersos na zona catalítica (10), os estojos (8) sendo abertos em uma de suas extremidades e fechados na outra, a extremidade aberta sendo fixada em uma placa tubular superior (21) delimitando a câmara de coleta (19) situada acima da zona catalítica (10), esses meios de aquecimento comportando pelo menos uma zona de combustão (13) situada nas proximidades da zona catalítica, meios de alimentação dessa zona de combustão (13) com mistura gasosa oxidante (15) e com combustível gasoso (17), e meios de evacuação do efluente gasoso oriundo da combustão (14).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "REATORTROCADOR À COMBUSTÃO INTERNA PARA REAÇÃO ENDOTÉRMICAEM CAMADA FIXA".
A presente invenção refere-se ao domínio dos reatores destina-dos efetuar reações de vapo-refinação a partir de cargas hidrocarbonadas,visando produzir uma mistura de hidrogênio e de monóxido de carbono de-nominado gás de síntese.
Mais precisamente, a presente invenção se refere à tecnologiados reatores que utilizam meios otimizados de controle das trocas térmicaspara as reações endotérmicas e mais particularmente para as reações devapo-refinação.
A vapo-refinação é o processo maior de produção de hidrogênioou de gás de síntese constituído de hidrogênio e de monóxido de carbono, apartir de uma carga hidrocarbonada e de vapor d'água.
A carga hidrocarbonada é composta de hidrocarbonetos leves,tais como o gás natural, os gases de refinaria, o GPL e as naftas leves emais particularmente o metano, em mistura com o vapor d'água. No caso dometano, a reação de vapo-refinação utilizada é a seguinte:
CH4 + H2O < - > CO + 3H2
A reação de vapo-refinação é uma reação química muito endo-térmica (AH9298 = 206 kJ/mol) que necessita, portanto, de um fornecimentode calor externo importante.
Estado da Técnica
Os reatores que utilizam as reações catalíticas endotérmicaspara a produção de hidrogênio a partir de carga hidrocarbonada são bem-conhecidos na técnica anterior.
O documento US 4 692 306 descreve um reator trocador de va-po-refinação que comporta um meio de aquecimento situado no centro deuma zona catalítica anular de dimensão reduzida. É claro que esse reator édestinado a unidades de pequeno tamanho. Essa tecnologia de reator troca-dor é, portanto, excluída para aplicações industriais de grande capacidade.
O documento US 5 565 009 descreve um reator trocador de va-po-refinação em camada fixa aquecida por duplas tubulações colocadas nacamada nas quais se faz uma combustão. A carga penetra no nível da ex-tremidade superior do reator na camada catalítica no qual a reação de vapo-refinação ocorre graças ao calor da combustão transferido por radiação aomeio reacional.
Esse reator não permite uma otimização das trocas térmicas en-tre os diferentes fluidos como o permite a presente invenção.
O documento US 3 909 299 descreve um reator no qual se ope-ra uma reação de vapo-refinação, a reação sendo permitida por um forneci-mento de calor fornecido por um queimador alimentado com combustível ecom hidrogênio e munido de bicos que permitem a passagem do fluxo de arquente gerado em uma câmara de combustão que envolve os compartimen-tos do reator que contém a camada catalítica. O reator de acordo com o do-cumento US 3 909 299 permite a geração de calor na câmara de combustãoe sua distribuição em torno dos compartimentos do reator contendo a cama-da catalítica. Essa configuração não permite uma distribuição uniforme docalor no meio das zonas catalíticas.
O documento EP 1 505 036 descreve um reator no qual é pro-duzido o hidrogênio. O reator contém um único queimador imerso em umazona catalítica cilíndrica, os gases de combustão sendo evacuados no espa-ço anular 4A-4B. Após reação na zona catalítica cilíndrica aquecida peloqueimador, o efluente gasoso oriundo da reação é coletado e evacuado emum espaço anular externo à zona catalítica.
O documento EP 1 516 663 descreve um reator no qual a cargaé vaporizada pelo calor desprendido pela combustão do combustível e do arque penetra no compartimento do reator, a zona de combustão sendo exter-na à camada catalítica. Os gases de combustão são também utilizados paraaquecer a camada catalítica.
O documento US 4 504 447 descreve um reator de refinaçãomunido de um queimador externo à zona catalítica situada no interior deuma tubulação de tipo tubulação com baioneta, o queimador sendo coloca-do, de maneira que os gases de combustão circulam em um conduto queenvolve a zona catalítica.
Um objetivo da invenção é de atenuar os inconvenientes do es-tado da técnica e fornecer uma tecnologia nova do reator, e mais particular-mente um reator que apresenta uma estrutura interna particular, no qual ocalor necessário à reação endotérmica é fornecida, no interior do reator, poruma série de troca de calor radioativo e/ou convectivo.
No âmbito da reação de vapo-refinação muito endotérmica, énecessário transferir à carga (um hidrocarboneto e o vapor d'água), assimcomo à zona reacional, que contém a zona catai ítica, a energia térmica re-querida para esse serviço.
Convém, portanto, dispor de superfícies de trocas conseqüentesem contato com o catalisador: a solução usual descrita na técnica anteriorconsiste em compartimentar a zona catalítica em um espaço estreito carac-terizado por um pequeno volume catalítico e uma superfície de troca térmicaimportante. Tipicamente, dispõe-se o catalisador em uma configuração tubu-lar (tubulação simples ou dupla tubulação concêntrica (dita tubulação combaioneta)) ou entre placas aproximadas, o espaçamento característico deuma zona sendo da ordem de uma dezena de centímetros.
Nessas configurações, a capacidade de conversão permitidanesse espaço é imitada. Seria, além disso, ilusório querer fabricar reatores,mudando a escala dos conceitos unitários. Só é possível, portanto, aumentara capacidade desses dispositivos, multiplicando-se o número de zonas cata-líticas idênticas, mas disjuntas que são unidas em um compartimento único.Notar-se-á, nesse caso, que esses reatores são mais freqüentemente Iiga-ções de reatores elementares aquecidos pelo exterior.
Ao contrário, nossas pesquisas permitiram encontrar uma alter-nativa para os diferentes dispositivos, permitindo manter uma única zonacatalítica contínua, isto é, uma zona carregável e descarregável em uma ú-nica vez.
O reator trocador, de acordo com a invenção, apresenta umaúnica zona catalítica contínua, na qual o calor é gerado e distribuído na zonacatalítica, de preferência única por meios de aquecimento e meios de coletado efluente, diferentes e repartidos nessa zona catalítica.Descrição dos Modos de Realização
A invenção refere-se a um reator trocador 1 compreendendo:
- um compartimento 2
- meios de distribuição de uma carga através de uma zona cata-lítica em camada fixa 10,
- meios de coleta 6 do efluente oriundo da zona catalítica 10,
- meios de aquecimento da zona catalítica 10,
no qual esses meios de coleta 6 comportam condutos que atravessam a zo-na catalítica 10 de ambos os lados, esses condutos sendo repartidos na zo-na catalítica e intercalados entre os meios de aquecimento, e no qual osmeios de aquecimento da zona catalítica são contidos em estojos em parteimersos na zona catalítica 10, os estojos 8 sendo abertos em uma de suasextremidades e fechados na outra, a extremidade aberta sendo fixada emuma placa tubular superior 21 delimitando a câmara de coleta 19 situadaacima da zona catalítica 10, esses meios de aquecimento comportando pelomenos uma zona de combustão 13 situada nas proximidades da zona catalí-tica, meios de alimentação dessa zona de combustão 13 com mistura gaso-sa oxidante 15 e com combustível gasoso 17, e meios de evacuação do e-fluente gasoso oriundo da combustão 14.
Pelo menos dois meios de coleta 6 podem ser repartidos emuma única e só zona catalítica em camada fixa e intercalados entre pelo me-nos dois meios de aquecimento.
Os meios de distribuição da carga podem comportar uma placatubular inferior perfurada, cujas perfurações são prolongadas por elementostubulares denominados tubulações de carga.
Os meios de distribuição da carga através da zona catalítica 10em camada fixa podem ser constituídos de placas perfuradas horizontaistruncadas 24 e de uma placa perfurada superior não truncada 26, as perfu-rações permitindo a passagem dos meios de coleta 6 do efluente.
As placas perfuradas horizontais truncadas 24 e a placa perfura-da superior não truncada 26 podem ser dispostas na zona inferior inerte 10cpara formar um sistema de chicanas.
A placa tubular inferior perfurada pode ser sustentada por umacamada de esferas inertes.
A zona catalítica pode comportar pelo menos uma zona inerteinferior situada sobre essa placa tubular inferior.
A zona inerte inferior pode ter uma espessura correspondentesensivelmente ao comprimento dessas tubulações de carga.
Os condutos que coletam o efluente oriundo da zona catalíticapodem ficar situados entre uma câmara de coleta situada a jusante da zonacatalítica e meios de evacuação desse efluente.
Os condutos que coletam o efluente oriundo da zona catalíticapodem atravessar essa placa tubular inferior no espaço interno das tubula-ções de carga.
Os condutos que coletam o efluente oriundo da zona catalíticapodem comportar sobre sua parede externa das alhetas para aumentar asuperfície em contato com a zona catalítica.
Os estojos podem comportar sobre sua parede externa das alhe-tas para aumentar a superfície em contato com a zona catalítica.
Os meios de aquecimento podem ser constituídos pelas peçasco-axiais seguintes:
- uma tubulação de alimentação com mistura gasosa oxidante,desembocando no estojo sensivelmente ao nível superior da zona catalítica;
- um meio de distribuição do combustível dito tubulação de com-bustível ligada a uma de suas extremidades por meio de alimentação comcombustível e situada no interior da tubulação de alimentação com misturagasosa oxidante e desembocando sensivelmente no mesmo nível.
A zona de combustão pode ficar situada no estojo 8 no nível daextremidade superior da zona catalítica 10.
Nesse caso, os meios de aquecimento podem compreender umatubulação de recirculação do efluente gasoso oriundo da combustão, abertaem suas duas extremidades, e situada no estojo a jusante da zona de com-bustão.Os meios de aquecimento podem também ser constituídos pelasseguintes peças co-axiais:
- uma tubulação de alimentação com mistura gasosa oxidante,que desemboca no estojo sensivelmente no nível do fundo desses estojos;
- um meio de distribuição do combustível dito tubulação de com-bustível ligada a uma de suas extremidades por meio de alimentação comcombustível, situada no interior da tubulação de alimentação com misturagasosa oxidante e prolongando-se sensivelmente até o fundo dos estojos,essa tubulação de combustível compreendendo pelo menos uma parte deparede porosa.
As perfurações feitas na parede das tubulações de combustível112 podem definir várias zonas de combustão 113 repartidas ao longo daparede das tubulações de combustível 112 imersa na zona catalítica 110.
As tubulações de alimentação com mistura gasosa oxidante po-dem ser cheias em toda a sua altura e até à extremidade superior da zonacatalítica, de um catalisador de oxidação.
Os meios de aquecimento podem também ser constituídos por:
- uma tubulação de alimentação com mistura gasosa oxidante,que desemboca no estojo sensivelmente no nível do fundo desses estojos;
- um catalisador de oxidação no interior e sobre pelo menos umaparte da altura das tubulações de alimentação com mistura gasosa oxidante,na vertical da zona catalítica e disposta a jusante da tubulação de distribui-ção do combustível.
Um fluido de resfriamento pode ser injetado na câmara de coletado efluente oriundo da zona catalítica.
A placa tubular perfurada superior pode ser constituída em duplaparede, de forma a permitir a circulação de um fluido de resfriamento no es-paço interno.
A zona de combustão 13 pode ficar situada no meio da zona ca-talítica 10.
O reator trocador pode ser utilizado para a reação de vapo-refinação.Descrição Sumária das Figuras
A figura 1 mostra uma vista em corte segundo um eixo BB1 doreator trocador ilustrado na figura 1.
A figura 2 mostra uma vista longitudinal em corte, segundo o ei-xo AA' do reator trocador, de acordo com a invenção, em sua versão de base.
A figura 3 mostra uma vista longitudinal em corte do reator tro-cador, de acordo com a invenção, em uma variante na qual a injeção docombustível é repartida por toda a altura dos estojos.
A figura 4 mostra uma vista longitudinal em corte do reator tro-cador, de acordo com a invenção, em uma variante na qual a combustão nosestojos é feita sobre um catalisador de oxidação.
As figuras 5a e 5b mostram uma vista longitudinal em corte daparte superior do reator trocador em variantes no qual um sistema de resfri-amento é utilizado.
A figura 6 mostra uma vista longitudinalmente em corte segundoo eixo AA' do reator trocador, de acordo com a invenção, em uma variantena qual a placa tubular inferior perfurada é sustentada por uma camada deesferas inertes.
A figura 7 ilustra uma vista longitudinal em corte, segundo o eixoAA' do reator trocador, de acordo com a invenção, uma variante dos meiosde distribuição da carga através da zona catalítica em camada fixa.
A figura 8 mostra uma vista em corte, segundo o eixo BB1 dosmeios de distribuição da carga através da zona catalítica em camada fixa doreator trocador ilustrado na figura 7.
Descrição das Figuras
A figura 1 mostra uma vista em corte do reator, de acordo com ainvenção, ilustrada na figura 2, segundo um eixo BB1. Os meios de coleta406 do gás de síntese produzido são repartidos na zona catalítica 410 e sãointercalados entre os meios de aquecimento, de maneira que as trocas decalor entre a carga e o gás de síntese produzidos sejam homogêneas. Essaconfiguração do reator, de acordo com a invenção, permite, portanto, umadistribuição uniforme do calor na zona catalítica. Os estojos 408 contêm astubulações de recirculação 409 do efluente gasoso oriundo da combustão.
O reator trocador 1 é esquematizado na figura 2. Ele compreen-de um compartimento cilíndrico 2, segundo o eixo AA1 inteiramente recobertosobre sua superfície interna por um material refratário isolante (não repre-sentado sobre a figura).
O reator trocador 1 compreende, em seu compartimento, umazona catalítica 10, apoiando-se na parte inferior do reator trocador sobreuma placa tubular 4 perfurada inferior, fixada de maneira estanque no com-partimento do reator.
Essa zona catalítica 10 se decompõe em três camadas dispos-tas umas sobre as outras:
- uma zona catalítica superior 10a
- uma zona catalítica mediana 10b
- uma zona inerte inferior 10c.
Esse compartimento compreende:
- um meio de alimentação 3 com carga hidrocarbonada;
- uma placa tubular perfurada inferior 4, permitindo a passagemda carga hidrocarbonada através da zona catalítica, em elementos tubularessituados no prolongamento das perfurações e ligados à superfície dessaplaca. Os elementos tubulares, denominados tubulação de carga 5, são decomprimento sensivelmente igual à espessura da zona inerte inferior. A pla-ca tubular perfurada inferior 4 e os elementos tubulares constituem os meiosde distribuição da carga através da zona catalítica;
- uma câmara de coleta 19 do efluente oriundo da zona catalíticasituado acima da zona catalítica, essa câmara de coleta 19 sendo obturadapor uma placa tubular superior 21 é fixada de maneira estanque no compar-timento do reator;
- meios de coleta 6 do efluente oriundo da zona catalítica, atra-vessando de ambos os lados a zona catalítica 10, esses meios de coleta 6sendo constituídos de condutos que colocam em comunicação a câmara decoleta 19 com um meio de evacuação 18 do efluente oriundo da zona catalí-tica;
- a placa tubular superior 21 que obtura a câmara de coleta doefluente oriundo da zona catalítica apresenta orifícios, nos quais são fixados,de maneira estanque, estojos 8, esses estojos 8 penetrando na zona catalíti-ca 10 e mais particularmente na zona catalítica ativa superior 10a. O estojo 8é aberto em uma de suas extremidades e fechado na outra, a extremidadeaberta sendo fixada na placa tubular 21 e desembocando no espaço situadoentre a placa tubular 21 e a placa tubular 20, e a extremidade fechada sendomergulhada na zona catalítica ativa. O espaço situado entre a placa tubular21 e a placa tubular 20 permite a coleta do efluente gasoso oriundo da com-bustão e a evacuação desse efluente pelos meios de evacuação 14;
- no interior desses estojos 8, são dispostos meios de aqueci-mento da zona catalítica, de acordo com muitas variantes, esses meios deaquecimento sendo alimentados por um meio de alimentação 15 com mistu-ra gasosa oxidante e um meio de alimentação 17 com combustível gasoso.
De acordo com um primeiro modo de realização ilustrado na fi-gura 2, os meios de aquecimento da zona catalítica 10 são constituídos pe-las seguintes peças coaxiais:
- uma tubulação de alimentação 11 com mistura gasosa oxidan-te, aberta em suas duas extremidades, uma extremidade aberta sendo fixa-da na placa tubular 20 e desembocando no espaço coletor da mistura gaso-sa oxidante 22, e a outra extremidade aberta sendo mergulhada no estojo 8até o nível da extremidade superior da zona catalítica 10;
- um meio de distribuição do combustível constituído por umatubulação dita tubulação de combustível 12, ligado em uma de suas extremi-dades por meio de alimentação com combustível 17 e situado no interior dotubo de alimentação 11 com mistura gasosa oxidante e sensivelmente demesma dimensão. A extremidade inferior da tubulação de alimentação 11com mistura gasosa oxidante e a extremidade inferior da tubulação de com-bustível 12 desembocam sobre uma zona de combustão 13, isto é, sobreuma zona na qual a reação de combustão ocorre. A zona de combustão 13se situa no estojo 8 no nível da extremidade superior da zona catalítica 10;- uma tubulação 9 de recirculação do efluente gasoso oriundo dacombustão, aberta em suas duas extremidades e situada no estojo 8 a ju-sante da zona de combustão 13.
A figura 3 ilustra uma outra variante dos meios de aquecimentona qual os tubos de alimentação 111 em mistura gasosa oxidante, contendoas tubulações de combustível 112 de mesma dimensão e fechadas em suaextremidade inferior, mergulham no fundo dos estojos 108.
As tubulações de combustível 112 apresentam uma parede es-tanque em sua parte superior não imersa na zona catalítica 110, e uma pa-rede porosa em sua parte inferior imersa na zona catalítica 110. A porosida-de é obtida seja por orifícios abertos na parede das tubulações de combustí-vel 112, seja utilizando-se diretamente um material poroso de tipo calcinado,espuma metálica ou espuma cerâmica para realizar as tubulações. As perfu-rações feitas na parede das tubulações de combustível 112 definem váriaszonas de combustão 113 repartidas ao longo da parede das tubulações decombustível 112 imersa na zona catalítica 110.
A multiplicidade das zonas de combustão permite obter local-mente maior diluição e, por conseguinte, uma temperatura de combustãomais baixa.
A figura 4 ilustra uma variante dos meios de aquecimento idênti-co à variante precedente, com a diferença que se realiza nesses meios deaquecimento uma combustão catalítica.
De acordo com um modo de realização particular em 223c dafigura 4, realiza-se uma combustão catalítica sem chama, dispondo se umcatalisador de oxidação no interior e por toda a altura das tubulações de ali-mentação 211 em mistura gasosa oxidante imersa na zona catalítica 210.
De acordo com o modo de realização particular ilustrado em223b, a tubulação de alimentação 211 com mistura gasosa oxidante mergu-lha até o fundo do estojo 208 e contém a tubulação de combustível 212 queé diminuída em relação à variante ilustrada em 223c e cuja extremidade infe-rior aberta desemboca no nível da extremidade superior da camada de cata-lisador de oxidação 223. De acordo com essa variante, a camada de catali-sador de oxidação é colocada no interior da tubulação de alimentação 221com mistura gasosa oxidante, no nível da extremidade superior da zona ca-talítica 210 e ocupa aí toda a seção.
O modo de realização particular ilustrado em 223a é idêntico aomodo de realização ilustrado em 223b, com a diferença que a camada decatalisador de oxidação 223 é repartida por toda a altura imersa da tubula-ção de alimentação 211 com mistura gasosa oxidante e aí ocupa toda a seção.
As figuras 5 apresentam utilizações de injeção de um fluido deresfriamento na parte superior do reator trocador 301. O objetivo dessa inje-ção é essencialmente resfriar a placa tubular 321 que obtura a câmara decoleta 319 do efluente oriundo da zona catalítica, no caso em que a trocatérrpica entre o efluente gasoso da combustão e a mistura gasosa oxidanteao longo da parede da tubulação de combustão 311 seria insuficiente parabaixar a temperatura do efluente gasoso oriundo da combustão a uma tem-peratura admissível pela placa tubular 321.
A figura 5a utiliza uma variante na qual uma injeção direta dofluido de resfriamento é feita sob a placa tubular 321. O fluido de resfriamen-to se mistura ao efluente oriundo da zona catalítica 310 e é evacuado docompartimento do reator trocador pelas tubulações que constituem os meiosde coleta 306 do efluente oriundo da zona catalítica.
A figura 5b utiliza uma outra variante na qual a placa tubular per-furada 321 é constituída em dupla parede 321 326 deixando passar os esto-jos 308. A placa tubular perfurada inferior em dupla parede 321 e 326 for-mam um espaço fechado, comportando um meio de injeção com fluido deresfriamento 324, e um meio de avaliação 9325 desse mesmo fluido, apóstroca de calor.
A figura 6 ilustra um modo de realização particular do reator, deacordo com a invenção, no qual a placa tubular inferior perfurada 4 é susten-tada por uma camada de esferas inertes preenchendo o espaço coletor 23da mistura de carga hidrocarbonada e de vapor d'água. O espaço coletor 23é obturado por um distribuidor 25 que tem por função distribuir a mistura decarga hidrocarbonada e vapor d'água de maneira homogênea no interior doespaço coletor 23 e manter a camada de esferas inertes no interior desseespaço coletor 23.
A placa tubular inferior perfurada 4 tem por função comprimir a carga a circular nas tubulações de cargas 5 em torno dos meios de coleta 6e não uma função de sustentação das tubulações de cargas 5 e da zonacatalítica 10 em camada fixa.
A placa tubular inferior perfurada 4 pode ser, por exemplo, esco-rada sobre um anel de suporte fixado na parede interna do compartimento,não representado na figura.
A placa tubular inferior perfurada 4 pode também ser simples-mente mantida em posição pelas esferas inertes que enchem o espaço cole-tor 23 e a zona catalítica 10 em camada fixa carregada acima.
As tubulações de cargas 5 podem ser escoradas sobre a placatubular inferior perfurada 4, sua manutenção em posição perpendicular àplaca tubular inferior perfurada 4 sendo assegurada pela zona catalítica 10em camada fixa.
A camada de esferas inertes que enchem o espaço coletor 23forma uma zona 10d que favorece a homogeneização da distribuição dacarga no espaço coletor 23.
A camada de esferas inertes que constitui a zona 10d é constitu-ída, por exemplo, de esferas de alumina.
A camada de esferas inertes que enchem o espaço coletor 23forma uma zona 10d, é unicamente representada na figura 6, mas podetambém ser representada nas figuras 2 a 5.
A figura 7 ilustra uma variante dos meios de distribuição da car-ga através da zona catalítica 10 em camada fixa.
Nesse caso, os meios de distribuição da carga através da zonacatalítica 10 em camada fixa são constituídos de placas perfuradas horizon-tais truncadas 24 e de uma placa perfurada superior não truncada 26, asperfurações permitindo a passagem dos meios de coleta 6 do efluente.
As placas perfuradas horizontais truncadas 24 são dispostas nazona inferior inerte 10c para formar um sistema de chicanas e permitir umacirculação da carga em ziguezague entre os meios de coletas do efluentegasoso.
A placa perfurada superior não truncada 26, dita placa de distri-buição, comporta meios de distribuição homogênea da mistura de carga hi-drocarbonada e de vapor d'água na zona catalítica 10 e em primeiro lugar nazona inerte 10c, de maneira a permitir a repartição do fluido por toda a su-perfície da placa.
O sistema de chicanas permite uma circulação da esquerda paraa direita da mistura de carga hidrocarbonada e de vapor d'água mais longa.
A figura 8 ilustra uma vista em corte, segundo um eixo BB11 osistema de chicana da figura 7. Trata-se, portanto, de placas perfuradas ho-rizontais truncadas 24, as perfurações permitindo a passagem dos meios decoleta 406 do efluente. Essas placas perfuradas horizontais truncadas 424permitem a circulação da esquerda para a direita da mistura de carga hidro-carbonada e de vapor d'água.
A fim de proteger a placa tubular superior 21 das temperaturaselevadas da câmara de coleta 19, é também possível recobrir a superfíciedessa placa tubular superior 21 em contato com o efluente oriundo da zonacatalítica, de uma tela térmica 27 representada na figura 1. A tela térmica éfeita em material isolante, tal como, por exemplo, em concreto refratário ouem cerâmica. Essa tela térmica 27 é unicamente representada na figura 1,mas pode ser representada em todas as figuras.
Embora a distribuição do combustível seja assegurada por umúnico meio de alimentação com combustível 17, comum a todas as tubula-ções de combustível 2, segundo as figuras 2 a 5, a invenção não está limita-da a esse modo de alimentação particular, é também possível alimentar ca-da tubulação de combustível 12 por um meio de alimentação independente.
Esse modo de realização particular, não representado nas figu-ras, permite o controle da combustão em cada meio de aquecimento de for-ma independente.
Embora seja orientado verticalmente, nas variantes descritasacima, a invenção não está limitada a um modo de orientação particular.
O compartimento do reator trocador é de forma cilíndrica nasvariantes descritas acima, mas a invenção não está limitada a essa forma dereator. O compartimento do reator trocador pode ser de diferente seção.
As placas tubulares 4, 20 e 21 são fixadas de maneira estanquenas paredes internas do compartimento. Elas são, de preferência, soldadasno compartimento ou parafusadas com porca com uma junta de estanquei-dade.
A placa tubular inferior perfurada 4 pode ser fixada, de maneira estanque, nas paredes internas do compartimento e, de preferência, soldadano compartimento ou a parafusada com porca com uma junta de estanquei-dade.
As tubulações de cargas 5 podem ser soldadas na placa tubularinferior perfurada 4 no prolongamento das perfurações.
A placa tubular inferior perfurada 4 pode também ser escoradasobre um anel de suporte fixado na parede interna do compartimento.
As tubulações de cargas 5 podem também ser escoradas sobrea placa tubular inferior perfurada 4.
A placa tubular inferior perfurada 4 pode também ser simples-mente mantida em posição pelas esferas inertes que preenchem o espaçocoletor 23 e a zona catalítica 10 em camada fixa carregada acima.
O reator trocador descrito anteriormente apresenta uma tecnolo-gia adaptada a qualquer tipo de reação endotérmica. Ele é particularmenteadaptado no âmbito da invenção à reação de vapo-refinação.
Aplicação do dispositivo à reação de vapo-refinação
No caso em que o reator trocador é utilizado para realizar umareação de vapo-refinação, a carga hidrocarbonada compreende uma misturade hidrocarbonetos leves, tais como, por exemplo, o gás natural, os gasesde refinaria, o GPL, as naftas leves e os biogases oriundos da fermentaçãodos dejetos ou da biomassa, considerados sozinhos ou em mistura, com ovapor d'água, de preferência uma mistura de metano e de vapor d'água nocaso em que a reação endotérmica é a reação de "Steam Methane Refor-ming", segundo a terminologia anglo-saxônica ou de vapo-refinação do metano.
Nesse caso, a zona cataiítica em camada fixa que enche pelomenos parcialmente o compartimento do reator-trocador se decompõe emtrês zonas cataiíticas dispostas umas sobre as outras:
- uma zona inerte inferior em contato com a placa tubular com-posta de uma camada de partículas inertes;
- uma zona catalítica mediana de pré-refinação, composta de umcatalisador que pode ser idêntico ou diferente daquele utilizado na zona ca-talítica ativa de vapo-refinação;
- uma zona catalítica superior de vapo-refinação que é compostade um catalisador clássico de vapo-refinação.
No caso em que a zona catalítica superior de vapo-refinação e azona catalítica mediana de pré-refinação são compostas do mesmo catalisa-dor, trata-se de um catalisador clássico de vapo-refinação compreendendo 8a 25 % em peso de um elemento do grupo VIII, de preferência o níquel, 1 a 4% em peso de potassa suportado sobre alumina.
No caso em que a zona catalítica superior de vapo-refinação e azona catalítica mediana de pré-refinação são compostas de um catalisadordiferente, o catalisador utilizado na zona catalítica superior de vapo-refinação é aquele descrito acima e o catalisador utilizado na zona catalíticamediana de pré-refinação é um catalisador específico de pré-refinação com-preendendo 1 a 20 % em peso de um elemento do grupo VIII, de preferênciao níquel, 0,4 a 5 % em peso de potássio suportado pela alumina ou o alumi-nato de cálcio.
As partículas inertes que constituem a zona catalítica inerte sãogeralmente constituídas de alumina sob a forma de esferas.
Na parte alta do reator trocador, a mistura de carga hidrocarbo-nada e de vapor de água penetra no compartimento pelo meio de alimenta-ção 3, atravessa a placa tubular inferior 4 e penetra na zona inerte inferior,passando nas tubulações de carga 5 que atravessam essa zona. A misturase aquece circulando nas tubulações de carga dispostas em torno dos meiosde coletas 6 do gás de síntese produzido, por troca de calor com o gás desíntese que circula no interior dos meios de coletas.
Essa zona inerte inferior, não aquecida pelos meios de aqueci-mento, constitui uma primeira zona de troca de calor. Ela permite uma trocade calor convectivo entre o fluxo de carga hidrocarbonada e o fluxo do gásde síntese produzido que circula à contracorrente.
A mistura assim preaquecida penetra na zona catalítica medianade pré-refinação, delimitada pela extremidade superior da zona inerte e aextremidade fechada do envoltório. Essa zona de pré-refinação é uma zonade pré-tratamento da carga hidrocarbonada antes de sua passagem na zonade reação, permitindo converter pelo menos parcialmente a carga hidrocar-bonada em gás de síntese. A energia necessária a essa reação é fornecidapela carga, ela própria preaquecida no nível da zona inerte inferior nas tubu-lações de carga, mas também por troca de calor com o gás de síntese quecircula no interior das tubulações de gás de síntese, no nível da zona catalí-tica mediana de pré-refinação.
Essa zona de pré-refinação, não aquecida pelos meios de aque-cimento, constitui uma segunda zona de troca de calor. Essa segunda zonade troca de calor permite preaquecer o fluxo de carga hidrocarbonada quecircula na zona catalítica mediana de pré-refinação e fornecer a energia ne-cessária à reação de pré-refinação, resfriando o fluxo de gás de síntese quecircula à contracorrente nos meios de coleta do gás de síntese que atraves-sa a zona catalítica.
A utilização, no âmbito da invenção, de uma reação de pré-refinação apresenta um interesse determinado:
- as calorias contidas no gás de síntese produzido são utilizadasao máximo, pois a troca térmica permite não somente preaquecer a carga,mas também convertê-la. Isto permite limitar o carregamento do refinadorprincipal e permite uma temperatura de ataque do refinador principal maisimportante para um risco de formação de coque equivalente;
- a pré-refinação permite também converter os componentes osmais pesados da carga, o que preserva o catalisador do refinador principal edá maior flexibilidade à instalação quanto à natureza da carga a tratar.
O efluente produzido na zona mediana de pré-refinação penetraem seguida na zona catalítica superior constituída de um catalisador de va-po-refinação e sobe ao longo dessa zona, produzindo gás de síntese. A e-nergia necessária a essa reação é fornecida principalmente por troca de ca-lor radioativo e convectivo com o meio de aquecimento, mas também portroca de calor convectivo com o gás de síntese que circula no interior dosmeios de coleta do gás de síntese que atravessa a zona catalítica.
Essa zona de vapo-refinação constitui, portanto, uma zona detroca de calor, situada no nível da zona catalítica superior, isto é, na zonaonde ocorre a reação de vapo-refinação que é definida pelo espaço situadoentre a extremidade inferior fechada do estojo e a extremidade superior dazona catalítica. Essa terceira zona permite uma troca de calor ao mesmotempo radioativa e convectiva.
O gás de síntese produzido na zona catalítica de vapo-refinaçãosuperior sai da zona catalítica e é coletado na câmara de coleta 19 situadaacima da zona catalítica, essa câmara de coleta sendo obturada pela placatubular superior 21.
Os meios de coleta 6 do gás de síntese produzido são repartidosna zona catalítica e são intercalados entre os meios de aquecimento, demaneira que as trocas de calor entre a carga e o gás de síntese produzidassejam homogêneas.
A presença dos meios de coleta 6 do gás de síntese produzido,atravessando de ambos os lados da zona catalítica, permite, portanto, trocasde calor convectivas por toda a altura da zona catalítica, entre a carga e ogás de síntese produzidas pela circulação à contracorrente desses dois flu-xos: saindo da zona catalítica superior de vapo-refinação, o gás de sínteseproduzido penetra nos meios de coleta 6 do gás de síntese atravessando deambos os lados a zona catalítica e desce de novo na parte baixa do reatortrocador, resfriando-se por toda a extensão da zona catalítica, por troca decalor com o efluente que circula na zona catalítica superior, depois na zonacatalítica mediana de pré-refinação, depois com a carga que circula nas tu-bulações de carga na zona inerte inferior. O gás de síntese produzido é emseguida evacuado do reator trocador pelo meio de evacuação 18.
Na parte alta do reator trocador, a mistura gasosa oxidante pe-netra no compartimento pelo meio de alimentação 15, atravessa a placa tu- bular 20 e penetra nos meios de aquecimento pelas tubulações de alimenta-ção 11 em mistura gasosa oxidante.
O combustível gasoso penetra também no compartimento pelomeio de alimentação 17 correspondente, depois nas tubulações de combus-tível 12 situadas no interior das tubulações de alimentação com mistura ga-sosa oxidante 11.
A mistura gasosa oxidante é um gás que contém entre 0,1 e 21% de oxigênio compreendendo, de preferência, o ar, uma mistura de oxigê-nio e de dióxido de carbono ou de maneira muito preferida, fumaças oriun-das de uma turbina a gás para a geração de eletricidade. Nesse caso, a mis-tura gasosa oxidante é constituída de fumaças oxidantes oriundas de umaturbina.
O combustível gasoso compreende um hidrocarboneto sob aforma gasosa de tipo gás natural ou gás de refinaria ou sob a forma líquida,de tipo gasolina ou fuelóleo pesado, previamente vaporizado antes de suaentrada no reator e, de maneira preferida, hidrogênio produzido pelo próprioreator e utilizado após tratamento de separação.
De acordo com uma primeira variante dos meios de aquecimen-to ilustrado na figura 1, à saída das tubulações de combustível 12, o com-bustível gasoso se mistura com a mistura gasosa oxidante ao nível da zona de combustão e reage por uma reação de combustão que produz fumaças àalta temperatura no nível da extremidade superior da zona catalítica.
Essas fumaças penetram nas tubulações de recirculação, sãoorientadas até o fundo dos estojos 8 e sobem no espaço anular formado en-tre as tubulações de recirculação 9 e os estojos 8.
Por toda a altura da tubulação de recirculação 9, as fumaças quedescem na tubulação de recirculação aquecem por troca de calor as fuma-ças que sobem no espaço anular formado entre a tubulação de recirculaçãoe a parede interna do estojo. Estas aquecem o efluente em reação na zonacatalítica superior por troca de calor através da parede dos estojos 8.
Essas trocas de calor à contracorrente têm por objetivo reduzirao máximo o gradiente térmico na altura dos estojos. Dessa forma, o calortransferido pelas fumaças oriundas da combustão na zona catalítica é relati-vamente homogêneo por toda a altura dos estojos imersa na zona catalítica.
Na parte alta das tubulações de recirculação 9, uma parte dasfumaças que sobem no espaço anular formado entre a tubulação de recircu-lação e o estojo é arrastado pelas fumaças produzidas no nível da zona decombustão 13 e recirculam de novo nas tubulações de recirculação. Essaconfiguração permite diluir e agitar localmente os reagentes da combustão,portanto, baixar a temperatura da chama produzida pela combustão, o quepreserva os materiais de uma temperatura muito importante e reduz a for-mação dos óxidos de nitrogênio prejudiciais para o meio ambiente.
As fumaças quentes, oriundas da combustão, que não recircu-lam nas tubulações de recirculação, sobem no espaço anular formado entreas tubulações de alimentação 11 com mistura gasosa oxidante e os estojos8 e se resfriam por troca de calor com a mistura gasosa oxidante que se a-quece, descendo nas tubulações de alimentação 11 com mistura gasosaoxidante.
Essa zona, situada entre a extremidade da zona catalítica e aplaca tubular 20 constitui uma quarta zona de troca de calor. Essa quartazona permite uma troca de calor convectivo entre o fluxo das fumaças oriun-das da combustão, antes de sua evacuação do compartimento, e o fluxo damistura gasosa oxidante que penetra no meio de aquecimento.
Essa quarta zona de troca de calor é muito importante, já queela permite baixar suficientemente a temperatura das fumaças oriundas dacombustão para poder utilizar uma tecnologia de tipo placa tubular soldadaclássica, isto é, utilizando ligas metálicas ordinárias para a realização dasplacas. Após ter atravessado essa placa tubular, as fumaças oriundas dacombustão são evacuadas do compartimento do reator trocador pelo meiode evaporação 14.De acordo com a figura 2, os meios de aquecimento repartem ainjeção do combustível no fluxo de mistura gasosa oxidante e permitem as-sim conseguir uma zona de combustão 113 mais extensa. O combustívelgasoso circula nas tubulações de combustível 112 até sua parte porosa, on-de atravessa a parede das tubulações para queimar ao contato com a mistu-ra gasosa oxidante que circula na tubulação de alimentação 111 com mistu-ra gasosa oxidante. As fumaças oriundas da combustão circulam então até ofundo dos estojos 108, depois sobem no espaço anular formado entre astubulações de alimentação 111 com mistura gasosa oxidante e os estojos108, trocando calor com a zona de reação e com as fumaças oriundas dacombustão contidas nas tubulações de alimentação com mistura gasosa o-xidante.
Dessa forma, a combustão é repartida por toda a altura porosada tubulação de combustível em função da porosidade escolhida. Portanto, épossível, modulando-se a porosidade, distribuir o calor, seja de forma homo-gênea na altura da tubulação, seja de forma não homogênea, caso se dese-je impor um perfil térmico. Por exemplo, é possível acentuar a porosidade naparte inferior da tubulação, o que permitiria aumentar a vazão de combustí-vel nessa zona e, por conseguinte, aumentar a temperatura de combustão.Nesse caso, a temperatura das fumaças de combustão é mais importante naparte inferior do estojo do que na parte superior.
De acordo com a figura 3, os meios de aquecimento utilizamuma combustão sem chama no interior das tubulações de alimentação 211com mistura gasosa oxidante, com o auxílio de uma camada de catalisadorde oxidação 223 repartida nessas tubulações de alimentação. A mistura ga-sosa oxidante penetra no reator trocador, atravessa a placa tubular 220 ecircula nas tubulações de alimentação 211 com mistura gasosa oxidante atéo catalisador de oxidação 223. A mistura gasosa oxidante e o combustível semisturam nas proximidades do catalisador de oxidação e reagem sobre estepor combustão sem chama para produzir fumaças quentes. Essas fumaçasde combustão saem das tubulações de alimentação com mistura gasosaoxidante na parte baixa e sobem nos estojos 208 fornecendo a energia àzona catalítica por troca de calor, antes de sua evacuação do compartimento.
Uma combustão sem chama, utilizando um catalisador de oxida-ção apresenta a vantagem de evitar a presença de pontos quentes que po-deriam danificar os materiais, e melhorar a combustão, reduzindo a presen-ça de não queimados nas fumaças.
O catalisador de oxidação compreende de 1 a 10 % de um ele-mento nobre do Grupo Vlll da classificação periódica, de preferência o palá-dio e/ou a platina sobre um suporte de tipo alumina ou zircônio. O catalisa-dor de oxidação é utilizado sob a forma de um depósito de superfície ou"washcoat", segundo a terminologia anglo-saxônica, depositado sobre ummonolito ou uma espuma realizado a partir de um material metálico de tipoliga refratária alta temperatura ou cerâmica como, por exemplo, a cordierita.
De acordo com um modo de realização particular ilustrado pelasfiguras 4a e 4b, é possível injetar um fluido de resfriamento diretamente soba placa tubular superior 321, na câmara de coleta do efluente oriundo dazona catalítica (segundo a figura 4a), a fim de resfriar essa placa, de manei-ra a permitir a utilização de uma tecnologia de tipo placa tubular soldadaclássica, isto é, utilizando ligas metálicas ordinárias para a realização dasplacas. O fluido de resfriamento se mistura ao gás de síntese produzido e éevacuado do compartimento do reator com ele pelos meios de coleta do gásde síntese que se comunica com o meio de evacuação.
Também é possível injetar um fluido de resfriamento no espaçosituado entre a dupla parede da placa tubular superior 321 326, essa placasendo perfurada e permitindo a passagem dos estojos, segundo a figura 4b.
Essa placa perfurada constituída em parede dupla 321 326 éfixada de forma estanque no compartimento do reator trocador. A travessiados estojos na placa é também realizada por uma montagem estanque, talcomo, por exemplo, por soldadura, ou por ligação mecânica. A ligação me-cânica pode ser uma junta de estanqueidade comprimida por caixa de veda-ção ou fole metálico, o princípio dessa ligação sendo de permitir a quenteum deslocamento dos estojos através da placa perfurada, mantendo a es-tanquéidade.
A injeção do fluido de resfriamento permite resfriar essa placatubular superior constituída em parede dupla 321 326, e os estojos por trocade calor, o fluido de resfriamento é em seguida evacuado do compartimento do reator trocador pelo meio de evacuação também situado entre a duplaparede da placa tubular superior.
O fluido de resfriamento pode ser de natureza muito diversa, soba forma de vapor, e de preferência do vapor d'água. A carga pode tambémser utilizada como fluido de resfriamento, ela será assim preaquecida, antes de ser introduzida no reator trocador. A mistura gasosa oxidante pode tam-bém ser utilizada, assim como qualquer outro fluido portador de calor.
A utilização da injeção do fluido de resfriamento em um só pontodo reator trocador não é exclusiva. A introdução pode ser realizada por múl-tiplos pontos de injeção posicionados sobre a circunferência do comparti- mento do reator trocador, a fim de cobrir toda a superfície da placa tubular.
Em um outro modo de utilização do reator trocador, a estequio-metria da mistura combustível / mistura de gás oxidante pode ser modifica-da, a fim de realizar apenas uma oxidação parcial do combustível e produzirdessa forma gás de síntese. Por exemplo, se o combustível for o metano, a insuficiência de oxigênio levará à seguinte reação:
CH4 + 1/2 O2-> CO + 2 H2
Essa reação, muito exotérmica, ocorre a uma temperatura ele-vada compreendida entre 1200 e 1500 0C, o calor produzido pode ser utili-zado para a reação de vapo-refinação, conforme no caso de base preceden-te.
Esse modo de utilização permite aumentar o rendimento do rea-tor trocador, já que, nesse caso, as fumaças de combustão são compostasde gás de síntese.
De acordo com uma variante desse outro modo de utilização doreator trocador, um catalisador de oxidação parcial pode ser utilizado, modi-ficando-se a estequiometria da mistura combustível / mistura de gás oxidan-te, a fim produzir gás de síntese por oxidação parcial catalítica. Essa reaçãoé muito exotérmica e o calor produzido pode ser utilizado para a reação devapo-refinação conforme no caso de base precedente.
Nesse caso, o catalisador de oxidação compreende 5 e 30 %, deum elemento nobre do Grupo Vlll da classificação periódica, de preferênciao Paládio, Platina ou preferencialmente o Ródio, depositado sobre um supor-te cerâmica de tipo alumina, cordierita ou zircônio e, de preferência, um su-porte em alumínio alfa porosa.
Condições operacionais
A reação de vapo-refinação opera vantajosamente a uma tempe-ratura elevada que varia entre a entrada e a saída da zona catalítica:
- na entrada da zona catalítica, a temperatura está compreendi-da entre 500 e 750 0C;
- na saída da zona catalítica, a temperatura está compreendidaentre 750 e 950 0C e, de maneira preferida, compreendida entre 850 e 900 'C.
A reação de vapo-refinação opera vantajosamente a uma pres-são compreendida entre 0,5 e 5 MPa, de maneira preferida entre 1 e 4 MPa,e, de maneira muito preferida entre 2 e 2,5 MPa.
Na entrada de reator trocador, a carga hidrocarbonada é com-posta de uma mistura de hidrocarboneto com o vapor d'água em proporçõestais como a razão molar vapor d'água / carbono está vantajosamente com-preendida entre 2 e 5, e, de maneira preferida, compreendida entre 2,3 e 2,7.
Na entrada de reator trocador, a temperatura da carga hidrocar-bonada está vantajosamente compreendida entre 350 e 750 0C e, de manei-ra preferida, compreendida entre 550 e 650 0C, e a carga hidrocarbonadapenetra no compartimento do reator trocador a uma pressão sensivelmenteidêntica à pressão de reação acima.
Após a reação de vapo-refinação, o gás de síntese produzido saida zona catalítica e penetra nos meios de coleta do gás de síntese a umatemperatura vantajosamente compreendida entre 750 e 950 0C e, de manei-ra preferida, compreendida entre 850 e 900 0C.Na saída do compartimento do reator trocador, a temperatura dogás de síntese produzido está vantajosamente compreendida entre 300 e500 °C e, de maneira preferida, entre 350 e 450 °C e o gás de síntese pro-duzido sai do compartimento do reator trocador a uma pressão sensivelmen-te idêntica à pressão de reação acima.
Na entrada de reator trocador, a temperatura da mistura gasosaoxidante está vantajosamente compreendida entre 300 e 800 °C e, de ma-neira preferida, compreendida entre 650 e 750 °C no caso em que a misturagasosa oxidante é constituída de fumaças retiradas na saída de turbinas e,de maneira preferida, compreendida entre 350 e 450 °C no caso em que amistura gasosa é constituída de fumaças retiradas na saída de compressores.
A mistura gasosa oxidante penetra no compartimento do reatortrocador a uma pressão vantajosamente compreendida entre 0,05 e 4 MPae, de maneira preferida, compreendida entre 0,3 e 0,5 MPa.
À saída da combustão, a temperatura da mistura gasosa oriundada combustão está vantajosamente compreendida entre 900 e 1500°C e, demaneira preferida, entre 900 e 1000 °C.
Na saída do compartimento do reator trocador e após resfria-mento por troca térmica com a mistura gasosa oxidante, a temperatura damistura gasosa oriunda da combustão é baixada a uma temperatura com-preendida entre 700 e 900 °C e, de maneira preferida, entre 700 e 750 °C.
De maneira vantajosa, o combustível é introduzido no comparti-mento do reator trocador a uma temperatura compreendida entre a tempera-tura ambiente e 400 °C e, de maneira preferida, entre a temperatura ambien-te e 150 °C, e a uma pressão compreendida entre 0,05 e 4 MPa e, de manei-ra preferida, compreendida entre 0,3 e 0,5.
De maneira vantajosa, o fluido de resfriamento é introduzido nointerior do compartimento do reator trocador a uma temperatura compreen-dida entre 100 e 400 °C. e, de maneira preferida, entre 250 e 350 °C.

Claims (23)

1. Reator trocador (1), compreendendo:- um compartimento (2)- meios de distribuição de uma carga através de uma zona cata-lítica em camada fixa (10),- meios de coleta (6) do efluente oriundo da zona catalítica (10),- meios de aquecimento da zona catalítica (10),no qual esses meios de coleta (6) comportam condutos que atravessam azona catalítica (10) de ambos os lados, esses condutos sendo repartidos nazona catalítica e intercalados entre os meios de aquecimento, e no qual osmeios de aquecimento da zona catalítica são contidos em estojos em parteimersos na zona catalítica (10), os estojos (8) sendo abertos em uma de su-as extremidades e fechados na outra, a extremidade aberta sendo fixada emuma placa tubular superior (21) delimitando a câmara de coleta (19) situadaacima da zona catalítica (10), esses meios de aquecimento comportandopelo menos uma zona de combustão (13) situada nas proximidades da zonacatalítica, meios de alimentação dessa zona de combustão (13) com misturagasosa oxidante (15) e com combustível gasoso (17), e meios de evacuaçãodo efluente gasoso oriundo da combustão (14).
2. Reator trocador (1) de acordo com a reivindicação 1, no qualpelo menos dois meios de coleta (6) são repartidos em uma única e só zonacatalítica em camada fixa e intercalados entre pelo menos dois meios deaquecimento.
3. Reator trocador (1), de acordo com uma das reivindicações 1ou 2, no qual os meios de distribuição da carga comportam uma placa tubu-lar (4) inferior perfurada, cujas perfurações são prolongadas por elementostubulares denominados tubulações de carga (5).
4. Reator trocador (1), de acordo com uma das reivindicações 1a 3, no qual os meios de distribuição da carga através da zona catalítica (10)em camada fixa são constituídos de placas perfuradas horizontais truncadas(24) e de uma placa perfurada superior não truncada (26), as perfuraçõespermitindo a passagem dos meios de coleta (6) do efluente.
5. Reator trocador (1), de acordo com a reivindicação 4, no qualas placas perfuradas horizontais truncadas (24) e a placa perfurada superiornão truncada (26) são dispostas na zona inferior inerte (10c) para formaremum sistema de chicanas.
6. Reator trocador (1), de acordo com uma das reivindicações 1a 5, no qual a placa tubular inferior perfurada (4) pode ser sustentada poruma camada de esferas inertes.
7. Reator trocador (1), de acordo com uma das reivindicações 1a 6, no qual a zona catalítica (10) pode comportar pelo menos uma zona i-nerte inferior (10c) situada sobre essa placa tubular inferior (4).
8. Reator trocador (1), de acordo com uma das reivindicações 1a 7, no qual a zona inerte inferior (10c) tem uma espessura correspondentesensivelmente ao comprimento dessas tubulações de carga (5).
9. Reator trocador (1), de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, no qual os condutos (6) que coletam o efluente oriundo da zo-na catalítica (10) ficam situados entre uma câmara de coleta (19) situada ajusante da zona catalítica (10) e meios de evacuação (18) desse efluente.
10. Reator trocador (1), de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, no qual os condutos (6) que coletam o efluente oriundo da zo-na catalítica (10) atravessam essa placa tubular inferior (4) no espaço inter-no das tubulações de carga (5).
11. Reator trocador (1), de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, no qual os condutos (6) que coletam o efluente oriundo da zo-na catalítica (10) comportam sobre sua parede externa alhetas para aumen-tar a superfície em contato com a zona catalítica (10).
12. Reator trocador (1) de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, no qual os estojos (8) comportam sobre sua parede externaalhetas para aumentar a superfície em contato com a zona catalítica (10).
13. Reator trocador (1), de acordo com uma das reivindicaçõesprecedentes, no qual os meios de aquecimento são constituídos pelas se-guintes peças co-axiais:- uma tubulação de alimentação (11) com mistura gasosa oxi-dante, desembocando no estojo (8) sensivelmente ao nível superior da zonacatalítica (10);- um meio de distribuição do combustível dito tubulação de com-bustível (12) ligada a uma de suas extremidades por meio de alimentaçãocom combustível (17) e situada no interior da tubulação de alimentação (17)com mistura gasosa oxidante e desembocando sensivelmente no mesmonível.
14. Reator trocador (1), de acordo com a reivindicação 13, naqual a zona de combustão pode ficar situada no estojo (8) no nível da extre-midade superior da zona catalítica (10).
15. Reator trocador (1), de acordo com a reivindicação 13, noqual os meios de aquecimento compreendem uma tubulação de recirculação(9) do efluente gasoso oriundo da combustão, aberta em suas duas extremi-dades, e situada no estojo (8) a jusante da zona de combustão (13).
16. Reator trocador (101), de acordo com uma das reivindica-ções 1 a 12, no qual os meios de aquecimento são constituídos pelas se-guintes peças co-axiais:- uma tubulação de alimentação (111) com mistura gasosa oxi-dante, que desemboca no estojo (108) sensivelmente no nível do fundo des-ses estojos;- um meio de distribuição do combustível dito tubulação de com-bustível (112), ligada a uma de suas extremidades por meio de alimentaçãocom combustível (117), situada no interior da tubulação de alimentação(111) com mistura gasosa oxidante e prolongando-se sensivelmente até ofundo dos estojos (108), essa tubulação de combustível (112) compreen-dendo pelo menos uma parte de parede porosa.
17. Reator trocador (101), de acordo com a reivindicação 16, noqual as perfurações feitas na parede das tubulações de combustível (112)definem várias zonas de combustão (113) repartidas ao longo da parede dastubulações de combustível (112) imersa na zona catalítica (110).
18. Reator trocador (201), de acordo com a reivindicação 16, noqual as tubulações de alimentação (211) com mistura gasosa oxidante sãocheias em toda a sua altura e até à extremidade superior da zona catalítica,de um catalisador de oxidação (223).
19. Reator trocador (201), de acordo com uma das reivindica-ções 1 a 12, no qual os meios de aquecimento são constituídos por:- uma tubulação de alimentação (211) com mistura gasosa oxi-dante, que desemboca no estojo (208) sensivelmente no nível do fundo des-ses estojos;- um catalisador de oxidação (223) no interior e sobre pelo me-nos uma parte da altura das tubulações de alimentação (211) com misturagasosa oxidante, na vertical da zona catalítica (210) e disposta a jusante datubulação de distribuição do combustível (212).
20. Reator trocador (301), de acordo com uma das reivindica-ções precedentes, no qual um fluido de resfriamento é injetado na câmarade coleta (319) do efluente oriundo da zona catalítica (310).
21. Reator trocador (301), de acordo com uma das reivindica-ções 1 a 20, no qual a placa tubular perfurada superior (321) é constituídaem dupla parede (321) (326), de forma a permitir a circulação de um fluidode resfriamento no espaço interno.
22. Reator trocador (301), de acordo com uma das reivindica-ções 1 a 21, no qual a zona de combustão (13) fica situada no meio da zonacatalítica (10).
23. Utilização do reator trocador, como definido em uma das rei-vindicações 1 a 22, para a reação de vapo-refinação.
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