BRPI0818321B1 - Reactor in fixed layer with fine layers for the chemical treatment of catalytic solid findly divided. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "REATOR EM CAMADA FIXA COM CAMADAS FINAS PARA O TRATAMENTO QUÍMICO DE SÓLIDO CATALÍTICO FINAMENTE DIVIDIDO".

POMlNIO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um reator em camada fixa com camadas finas destinado à utilização de reações de tratamento químico, de oxidação ou de redução de sólidos divididos (extrudados, esferas ou pós) utilizados como catalisadores ou precursores de catalisadores em processos de refino ou de petroquímica.

[002] Mais particularmente, a presente invenção pode ser aplicada à redução utilizando hidrogênio do catalisador de síntese Fischer Tropsch à base de cobalto para utilização em fase líquida.

[003] O catalisador de síntese Fischer Tropsch é geralmente constituído de finas partículas sólidas de diâmetro compreendido entre 30 e 100 micrometros (ou mícrons anotado com prn na sequência do texto).

[004] Esse catalisador se acha geralmente sob sua forma de óxi-do (CO3O4) ao final de sua síntese. Convém, portanto, realizar uma etapa de redução, antes da utilização do catalisador no reator de síntese Fischer Tropsch.

[005] Essa etapa de redução é realizada por meio de um gás re-dutor que é o hidrogênio puro ou diluído em um gás inerte.

[006] A presente invenção refere-se a um reator que permite efetuar essa etapa de redução do catalisador em condições ótimas face o tempo de permanência do gás reagente, da perda de carga e da manutenção do sólido a tratar.

EXAME DA TÉCNICA ANTERIOR

[007] A técnica anterior no domínio dos reatores de preparação e de tratamento dos catalisadores depende principalmente da grânulo- [008] metria do sólido a tratar. De maneira geral, quando o sólido a tratar se apresenta sob a forma de partículas da ordem do milímetro, os reatores são do tipo com camada fixa ou, às vezes, em camada móvel. Entende-se por camada móvel uma camada de partículas em escoamento lento, da ordem do metro por hora, com deslocamentos relativos entre partículas relativamente limitados.

[009] Quando a granulometria das partículas atinge valores da ordem da centena de mícrons, utilizam-se geralmente reatores com camadas fluidizadas, isto é, reatores, nos quais as partículas são dissociadas e colocadas em movimento umas em relação às outras por meio de um fluido de fluidização que atravessa a camada de baixo acima.

[0010] As camadas fluidizadas são conhecidas do versado na técnica por sua propriedade de se misturarem e de transferência de calor, o que as torna particularmente interessantes para a utilização de reações exotérmicas ou endotérmicas. Ao contrário, em função das velocidades de fluidização realizadas, elas necessitam geralmente de sistemas de separação de gás sólido mais ou menos complexos situados a jusante da camada e, eventualmente, de um sistema de reciclagem das partículas sólidas no interior da camada.

[0011] Considerando-se a granulometria do sólido a tratar, compreendida entre 30 e 100 mícrons, a técnica anterior consiste em um reator com camada fluidizada, o gás reagente servindo também de gás de fluidização.

[0012] Ora, um reator em camada fluidizada não é muito bem-adaptado à reação de redução usando hidrogênio do catalisador de síntese Fischer Tropsch. Com efeito, os reatores com camadas fluidizadas são bem-conhecidos por sua propriedade de mistura e de homogeneidade, devido ao movimento das partículas sólidas que estão em média (no tempo e no espaço) em contato com a mesma fase ga- sosa.

[0013] Além disso, no caso de uma camada fluida, a diluição do reagente por um gás inerte, que participa da fluidização, é muito rapidamente limitada pela velocidade de arrastamento das partículas de sólido menores.

[0014] No caso da reação de redução usando hidrogênio do catalisador de síntese F.T., um outro fenômeno deve ser considerado: a reação de redução usando hidrogênio é acompanhada de uma liberação de água, cuja pressão parcial no efluente reacional aumenta à medida que ocorre o avanço da reação. Ora, é conhecido do versado na técnica que essa pressão parcial de água tem uma ação inibidora sobre a redução.

[0015] Um reator com camada fixa, que funciona em regime próximo do regime de pistão, apresenta nessas condições um gradiente de concentração em vapor de água crescente, a partir da entrada até a saída do reator, seguindo o conjunto das camadas de sólido a tratar. Portanto, ele é melhor adaptado do que um reator com camada fluidi-zada, já que as primeiras camadas de sólido verão uma pressão parcial de água muito mais baixa do que as últimas camadas.

[0016] Por outro lado, a pressão parcial de água pode ser mantida facilmente abaixo de um valor máximo, esse valor máximo sendo atingido sobre as últimas camadas de sólido, calculando corretamente a diluição do hidrogênio na mistura reagente na entrada.

[0017] Por outro lado, o presente reator busca realizar uma relação DP/z/Os compreendida entre 0,1 m"1 e 10 m"1, e preferencialmente compreendida entre 0,5 m'1 e 5 m'1.

[0018] Nessa expressão, DP representa a perda de carga à travessia da camada, z a espessura da camada, e Ps designa a pressão na saída da camada.

[0019] Uma relação DP/z/Ps elevada permite aumentar a veloci- dade do gás na saída da camada em relação àquela da entrada, o que leva a uma evacuação mais rápida da água formada ao longo da camada, em particular sobre as últimas camadas. De um outro lado, o valor dessa relação deve ser limitado para não levar a uma perda de carga muito elevada.

[0020] A relação ótima pode ser obtida, ajustando a pressão na saída de camada (Ps) e a espessura de camada (z) e se situa no intervalo 0,1 m'1 a 10 m'1, e, preferencialmente, no intervalo que vai de 0,5 m'1 a 5 m'1.

[0021] Enfim, os reatores em camadas fluidizadas podem, em certos casos, apresentar dificuldades na boa distribuição do gás, salvo utilizar sistemas de distribuição muito consumidores em perda de carga.

[0022] No caso das camadas fixas, devido ao tamanho pequeno das partículas, o limite em perda de carga admissível na travessia da camada é rapidamente atingido, daí, por um lado, uma limitação sobre a espessura da camada de sólido a tratar, e, por outro lado, a busca de sistema de distribuição pouco consumidor de perda de carga.

[0023] O reator de tratamento do catalisador, segundo a presente invenção é, portanto, um reator em camada fixa, com camada fina, o que significa que a camada de partículas a atravessar tem uma espessura limitada em razão das perdas de carga. Essa espessura está geralmente compreendida entre 10 e 500 mm, preferencialmente compreendida entre 50 e 300 mm, e de maneira ainda preferida compreendida entre 100 e 200 mm.

[0024] O reator, de acordo com a invenção, tem, além disso, uma concepção modular, isto é, que seja constituída de vários módulos similares, funcionando em paralelo, cada módulo comportando pelo menos uma camada fina, e, mais frequentemente, duas camadas finas de espessuras idênticas.

[0025] Os diferentes módulos são ditos similares no sentido da forma, mas poderão ter tamanhos diferentes, respeitando a similaridade de forma. É o que entende-se na expressão “módulos similares”. Em certos casos particulares, os módulos podem ter o mesmo tamanho e serão, portanto, idênticos.

[0026] Esses módulos são fechados em um compartimento comum que constitui o envoltório do reator.

[0027] Duas configurações principais são utilizadas; uma configuração dita anular, na qual as camadas finas têm uma forma anular, e uma configuração dita plana, na qual as camadas finas têm uma forma paralelepipédica.

[0028] O reator compreende, portanto, um envoltório externo contendo um conjunto de módulos similares, cada módulo possuindo um sistema de distribuição do fluido reagente destinado a assegurar uma distribuição a mais homogênea possível sobre o módulo considerado, um sistema de coleta dos efluentes, após a travessia desse módulo, um sistema de admissão do sólido a tratar no interior do módulo, e um sistema de evacuação do sólido tratado para o exterior do módulo, alguns desses diferentes sistemas podem ser comum a vários módulos.

[0029] Na maior parte dos casos, os módulos que constituem o reator terão em comum um dos 4 sistemas de introdução ou de distribuição dos fluidos e de coleta ou de evacuação do sólido.

[0030] No âmbito da presente invenção, todas as combinações de sistemas em comum entre módulos podem ser consideradas, mas a combinação preferida é aquela na qual cada módulo possui 2 camadas finas, 2 sistemas de distribuição do fluido reagente, um dos dois sistemas de distribuição do fluido reacional sendo comum com o módulo vizinho, um sistema de coleta do efluente reacional, um sistema de admissão do sólido que alimenta cada camada fina e um sistema de evacuação do sólido tratado comum a todos os módulos.

[0031] Nessa configuração, o reator pode funcionar com um número reduzido de módulos, se alguns dentre eles tiverem de ser colocados fora de serviço para operações de manutenção ou qualquer outra razão.

[0032] Por outro lado, o reator, de acordo com a invenção, tem um funcionamento descontínuo correspondente a quantidades de sólido tratado por módulo compreendida entre 30 kg e 2500 kg, preferencialmente compreendida entre 50 kg e 1000 kg, e, de maneira ainda preferida, compreendida entre 100 kg e 500 kg.

[0033] O número de módulos que funciona em paralelo está geralmente compreendido entre 2 e 20, e, preferencialmente, compreendido entre 4 e 12.

DESCRIÇÃO SUMÁRIA DAS FIGURAS

[0034] As figuras 1a e 1b correspondem a uma vista em corte (1a) e a uma vista em perspectiva (1b) de um reator com um módulo, de acordo com a invenção, na qual se veem em hachurado as camadas finas de sólido a tratar. O módulo tem uma geometria plana.

[0035] A figura 2a corresponde a uma vista em corte de um reator, de acordo com a invenção, em geometria plana, compreendendo 3 módulos. A figura 2b é uma vista de topo desse mesmo reator com módulos de tamanho idêntico. A figura 2c é uma vista de topo desse reator com módulos de tamanho diferente.

[0036] A figura 3 corresponde a um esquema do conjunto da unidade que compreende a montante do reator, de acordo com a invenção, dosadores a montante, e, a jusante do reator, segundo a unidade, d os a d ores a jusante. Essa figura permite também visualizar as válvulas V1, V2, V3, V4, V5, V6 que permitem o funcionamento em descontínuo desse reator.

DESCRIÇÃO SUMÁRIA DA INVENÇÃO

[0037] A presente invenção consiste em um reator destinado a efetuar um tratamento químico ou térmico sobre partículas sólidas de diâmetro compreendido entre 30 e 500 mícrons.

[0038] Mais particularmente, uma aplicação do reator, de acordo com a invenção, refere-se à etapa de redução usando hidrogênio de um catalisador de síntese Fischer Tropsch. Esse catalisador é, geralmente, um catalisador à base de cobalto (suportado ou não) que se apresenta sob a forma de finas partículas, cujo o diâmetro está compreendido entre 30 e 100 mícrons.

[0039] Uma outra aplicação do reator, segundo a presente invenção, refere-se à redução dos catalisadores à base de metais nobres utilizados nos processos de refinação de cortes de tipo gasolina de intervalo de destilação compreendido entre 80 e 300*0.

[0040] Uma outra aplicação possível do reator, de acordo com a invenção, refere-se a secagem de pó, tais como partículas de catalisador de craqueamento catalítico, de diâmetro compreendido entre 30 e 300 mícrons.

[0041] O reator, segundo a presente invenção, compreende um conjunto de módulos, funcionando em paralelo, a disposição dos diferentes módulos no meio do reator constituindo um elemento característico do reator.

[0042] Duas configurações principais são utilizadas, uma configuração anular, na qual os módulos têm uma forma anular, e uma configuração plana na qual os módulos têm uma forma paralelepipédica.

[0043] O reator, de acordo com a invenção, compreende um envoltório externo que contém um conjunto de módulos, cada módulo tendo um sistema de distribuição do fluido reagente e de coleta dos efluentes, assim como um sistema de admissão e de evacuação do sólido. Alguns desses sistemas de distribuição ou de coleta dos fluidos e de admissão ou de evacuação do sólido podem ser comuns a vários módulos.

[0044] O sistema de distribuição do fluido reagente é destinado a assegurar uma distribuição a mais homogênea possível sobre cada um dos módulos. Os sistemas de distribuição do fluido reagente e de coleta dos efluentes são, além disso, calculados para ter a perda de carga a menor possível.

[0045] Por outro lado, o reator, segundo a invenção, tem um funcionamento descontínuo correspondente a quantidades de sólido tratado compreendidas entre 30 kg e 2500 kg, preferencialmente compreendidas entre 50 kg e 1000 kg, e de maneira ainda preferida compreendida entre 100 kg e 500 kg por módulo. A descrição sumária que se segue é feita por meio das figuras 1a e 1b.

[0046] A presente invenção consiste, portanto, em um reator em camada fixa com camadas finas constituído de um conjunto de módulos (M) similares, funcionando em paralelo, contidos em um compartimento comum (R) que constitui o envoltório do reator.

[0047] O tratamento térmico feito sobre o catalisador por meio do reator, de acordo com a invenção, é geralmente denominado redução pelo versado na técnica, e recorre a um gás reagente, contendo o hidrogênio, o outro componente sendo um gás inerte, geralmente o nitrogênio.

[0048] O nível de diluição ao nitrogênio pode ser qualquer um, mas o nível de diluição preferido fica situado entre 25% e 35% em volume de nitrogênio na mistura.

[0049] O hidrogênio utilizado tem geralmente um teor máximo em oxigênio de 50 ppm, preferencial mente inferior a 10 ppm, de maneira ainda preferida inferior a 2 ppm.

[0050] O hidrogênio utilizado tem geralmente um teor em CO inferior a 50 ppm, preferencialmente inferior a 10 ppm, de maneira ainda preferida inferior a 1 ppm, e um teor em C02 inferior a 1000 ppm, preferencialmente inferior a 150 ppm, e, de maneira ainda preferida, infe- rior a 20 ppm.

[0051] É possível admitir no hidrogênio uma certa quantidade de hidrocarbonetos leves em número de átomos de carbono que vai de 1 a 4, geralmente o metano. Seu teor máximo é inferior a 15% em volume, de preferência inferior a 5% em volume, e, de maneira mais preferida, inferior a 1% em volume.

[0052] O ponto de orvalho do hidrogênio está geralmente compreendido entre -60*0 e 0*0, de maneira preferida comp reendido entre -50*0 e -30Ό, e de maneira ainda preferida compreen dido entre -50*0 e -40*0.

[0053] De maneira preferida, antes da sua diluição no nitrogênio, utiliza-se o hidrogênio de elevada pureza (99,95%). Um reator (R), tal como representado na figura 1a, representa um módulo de geometria plana correspondente a capacidades de tratamento que podem ir até aproximadamente 500 kg de sólido.

[0054] Ele é constituído de um conjunto que comporta: - um envoltório externo (R); - um envoltório (P) paralelepipédico, poroso sobre duas faces paralelas e opostas, contendo a camada fina (CM) de partículas a tratar e possuindo meios de comunicação com o exterior do reator para a administração do sólido (S), e meios distintos dos precedentes para sua evacuação desse envoltório (P), - pelo menos um difusor (D) de gás reagente contíguo à face porosa externa do envoltório (P); - pelo menos um coletor (CL) do efluente reacional contíguo à face porosa interna do envoltório (P); - pelo menos uma tubulação de admissão (E) do gás reagente no difusor (D), comunicando-se com o exterior do reator; - pelo menos uma tubulação de recuperação (C) dos efluentes reacionais oriundos do coletor (CL) que se comunica com o ex- terior do reator; - pelo menos uma tubulação de admissão (S) do sólido a tratar no interior do envoltório poroso (P); - pelo menos uma tubulação de evacuação (V) do sólido tratado no exterior do envoltório (P).

[0055] O envoltório externo (R) contém o(s) envoltório(s) poroso(s) contendo a(s) camada(s) fina(s) (CM), o difusor (D), o coletor (CL) e a(s) tubulação (ões) de evacuação (V) do sólido tratado.

[0056] O conjunto das tubulações de admissão (E) do gás rea-gente, de introdução (S) do sólido e de recuperação (C) dos efluentes é disposto sobre um flange superior (Bs) que vem fechar o reator, ajustando-se a um flange inferior (Bi) que recebe cavidades correspondentes respectivamente ao difusor (D), à camada fina (CM) e ao coletor (CL).

[0057] Entende-se por cavidade correspondente o fato de, quando o flange superior é ajustado ao flange inferior, as tubulações de admissão do gás reagente (E) se comunicarem como difusor (D), a tubulação de recuperação dos efluentes (C) se comunicar com o coletor (CL), e as tubulações de admissão do sólido a tratar (S) se comunicarem com o envoltório poroso (P).

[0058] Todavia, um reator no qual as tubulações de admissão de gás reagente (E) seriam implantadas sobre as paredes laterais do reator permanece perfeitamente no âmbito da invenção.

[0059] O reator, segundo as figuras 1a e 1b, corresponde a uma configuração plana, isto é, que ele é constituído de duas camadas finas planas e paralelas.

[0060] Uma descrição de um reator em configuração plana que comporta uma pluralidade de camadas finas e destinado a capacidades de tratamento superior a 500 kg de sólido por módulo, é dada na descrição detalhada por meio das figuras 2a, 2b, 2c.

[0061] O reator com camadas finas, de acordo com a invenção, funciona de maneira descontínua, admitindo quantidades de sólido a tratar compreendida entre 30 kg e 2500 kg, preferencialmente compreendida entre 50 kg e 1000 kg, e de maneira ainda preferida compreendida entre 100 kg e 500 kg, todas essas quantidades sendo levadas a um módulo.

[0062] A invenção consiste também em um processo de redução do catalisador, utilizando o reator, de acordo com a invenção, no qual a WH (abreviatura de velocidade espacial horária) está compreendida entre 0, e 5 Nlitros / h de H2 por grama de catalisador, e preferencialmente compreendida entre 1,5 e 3 Nlitros / h de H2 por grama de catalisador.

[0063] A pressão operacional está compreendida entre 0,1 e 1 Mpa absolutos (1 e 10 bar absolutos), e preferencialmente compreendida entre 0,2 e 0,6 MPa absolutos (2 e 6 bar absolutos) (1 bar = 105 Pascal).

[0064] A temperatura operacional está compreendida entre 200*0 e 5000, preferencialmente compreendida entre 3000 a 4500, e de maneira ainda mais preferida compreendida entre 3500 e 4000.

[0065] Deve ser observado que a temperatura evolui no decorrer da operação de redução do catalisador, segundo uma curva que pode comportar um ou vários mancais, denominados patamares. A noção de temperatura operacional deve então estar compreendida no sentido da temperatura correspondente ao último patamar da curva de elevação em temperatura.

[0066] A espessura das camadas finas de cada módulo é calculada, de maneira a respeitar um valor desejado da relação DP/z.Ps no intervalo compreendido entre 0,1 e 10 m'1 e preferencialmente compreendido entre 0,5 e 5 m'1.

[0067] Essa espessura está geralmente compreendida entre 10 e 500 mm, preferencialmente compreendida entre 50 e 300 mm, e de maneira ainda preferida compreendida entre 100 e 200 mm.

[0068] Todas as camadas finas de um módulo determinado têm a mesma espessura.

[0069] A largura de cada camada fina está geralmente compreendida entre 0,5 m e 4 m.

[0070] A altura (ou comprimento) de cada camada fina está geralmente compreendida entre 0,5 m e 4 m.

[0071] A invenção consiste em um método de funcionamento do reator, de acordo com a invenção, consistindo em 10 fases sucessivas descritas sucintamente abaixo: - fase 1: carregamento do sólido a tratar nos dosadores a montante Dam e varredura por um gás inerte geralmente o nitrogênio; - fase 2: carregamento do sólido nos módulos pelo meio de admissão (S); - fase 3: varredura do(s) módulo(s) carregado(s) por um gás inerte, geralmente o nitrogênio; - fase 4: tratamento dos módulos carregados com H2 diluído no nitrogênio, de pressão fixada, e respeitando uma distribuição de temperatura compreendida entre 0,5 e 5X) /minuto; - fase 5: tratamento dos módulos carregados com H2, à temperatura e pressão fixada, por uma duração fixada (patamares de 4 a 20 horas); - fase 6: varredura do(s) módulo(s) após tratamento por meio de um gás inerte, geralmente o nitrogênio; - fase 7: descarregamento do sólido pelo meio de evacuação (V) em direção aos dosadores inferiores (Dav); - fase 8: resfriamento do sólido tratado até uma temperatura compreendida entre 100 e 150Ό; - fase 9: transferência do sólido resfriado a) seja diretamente em direção ao reator de síntese Fischer Tropsch; b) seja em direção ao misturador {Mj) e, nesse caso, mistura do sólido com ceras parafínicas de temperatura de fusão próximas de 100Ό sob varredura de um gás inerte, geralmente o nitrogênio; c) seja para uma capacidade intermediária;

- fase 10: transferência do sólido eventualmente revestido de ceras para os corpos (Fs) nos casos b) e eventualmente c). DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0072] A descrição que se segue é feita por meio das figuras 2a, 2b, 2c correspondente a uma configuração plana.

[0073] A presente invenção consiste em um reator em camada fixa com camadas finas constituído de um conjunto de módulos (M) similares, funcionando em paralelo, e contidos em um compartimento comum que constitui o envoltório (R) desse reator.

[0074] No presente caso particular os módulos são idênticos.

[0075] Esse reator é destinado a efetuar um tratamento sobre um sólido catalítico presente no reator sob a forma de finas partículas de diâmetro geralmente compreendido entre 30 e 100 mícrons.

[0076] Esse tratamento, geral mente denominado redução pelo versado na técnica, recorre a um gás reagente que é o hidrogênio eventualmente diluído em um gás inerte, geralmente o nitrogênio, a taxa de diluição que pode ser qualquer uma, mas situando-se preferencialmente entre 25% e 35% em volume.

[0077] Cada módulo (M) do reator é constituído de um conjunto, que comporta: - pelo menos um envoltório (P) em parte porosa contendo cada camada fina (CM) de partículas a tratar meios de comunicação com o exterior do reator para a admissão do sólido, e meios distintos dos precedentes para sua evacuação desse envoltório; - um difusor (D) de gás reagente contíguo à face porosa de entrada do envoltório (P); - um coletor (C1) de efluentes reacionais contíguo à face porosa de saída do envoltório (P); - uma tubulação de admissão (E) do gás reagente no difusor (D), que se comunica com o exterior do reator; - uma tubulação de recuperação (C) dos efluentes reacionais que se comunica com o exterior do reator; - uma tubulação de admissão (S) do sólido a tratar no interior do envoltório poroso (P); - uma tubulação de evacuação (V) do sólido tratado no exterior do envoltório poroso (P).

[0078] O conjunto dos módulos (M) é disposto no interior do reator (R), de maneira a formar um conjunto compacto, e certos módulos podem ser fechados, enquanto o reator está em funcionamento.

[0079] Por conjunto compacto, entende-se que os módulos (M) são dispostos de maneira paralela e alinhados segundo um mesmo eixo sensivelmente vertical.

[0080] A expressão “certos módulos podem ser fechados, enquanto que o reator está em funcionamento” significa que o reator pode funcionar com um número reduzido de módulos, os módulos “fechados” estando geralmente vazios de sólido.

[0081] O envoltório poroso (P) é geralmente constituído de uma grade que envolve as faces externa e interna de cada camada fina com dimensões de malha geralmente compreendida entre 1 e 20 mí-crons, e preferencial mente compreendida entre 5 e 10 mícrons. Essas grades são geralmente meio porosas, tais como aquelas utilizadas na fabricação de cartuchos filtrantes.

[0082] O material utilizado pelas grades pode ser de tipo inconel ou em aço inoxidável (por exemplo, de tipo SS 316 L). Esse tipo de grade é, em geral, obtido por sinterização. Ela apresenta uma boa resistência à colmatagem em profundidade.

[0083] Esse tipo é suportado por uma placa perfurada, uma grade ou qualquer outro meio que lhe assegura uma rigidez suficiente.

[0084] O conjunto das tubulações de admissão dos reagentes (E), de introdução (S) do sólido a tratar e recuperar efluentes (C) se acha geralmente disposto de um mesmo lado do compartimento (R) do reator, e o conjunto das evacuações (V) do sólido tratado se acha geralmente do lado oposto do compartimento (R) do reator.

[0085] O conjunto das tubulações de admissão (E) do gás rea-gente, de introdução (S) do sólido e de recuperação (C) dos efluentes é geralmente disposto sobre um flange superior (anotado com Bs na figura 2a) que vem fechar a parte superior do reator, ajustando-se a um flange inferior (anotada com Bi na figura 2a) que recebe cavidades correspondentes respectivamente ao difusor (D), à camada fina (CM) e ao coletor (CL).

[0086] De maneira preferida, as tubulações de admissão (E) do reagente e de recuperação (C) dos efluentes ficam situadas de um mesmo lado do módulo. Todavia, um módulo no qual a tubulação de admissão (E) do reagente e a tubulação de recuperação (C) do efluente reacional ficam situadas sobre lados opostos faria ainda parte da invenção.

[0087] Em uma configuração anular (não representada nas figuras 2) a introdução do fluido reacional poderia ser feita de maneira lateral, isto é, por uma tubulação que chegue de maneira sensivelmente horizontal no difusor (D).

[0088] A tubulação de admissão (S) do sólido a tratar no módulo considerado fica situada do lado onde se acham as tubulações de admissão (E) dos reagentes, e a tubulação de evacuação (V) do sólido tratado fica situada do lado oposto.

[0089] Na figura 2, representou-se uma admissão do sólido pela parte superior (alto do reator) e uma evacuação do sólido tratado pela parte inferior (baixo do reator). Um módulo pode ser de geometria cilíndrica ou de geometria plana.

[0090] A geometria cilíndrica caracteriza-se pelo fato de o módulo considerado possuir um eixo de revolução sensivelmente vertical, e pelo fato de a camada fina de sólido ter uma forma sensivelmente anular.

[0091] A face externa da camada fina está em comunicação com o difusor (D) de forma também anular envolvendo essa camada fina sobre o conjunto da superfície lateral externa.

[0092] Esse difusor (D) permite a distribuição do gás reagente sobre o conjunto da superfície lateral externa da camada fina.

[0093] A face interna da camada fina está em comunicação com um coletor (C), desse coletor central, já que ele tem a forma de um cilindro que recebe o efluente reacional coletado sobre o conjunto da superfície lateral interna da camada fina de sólido.

[0094] Um módulo de geometria cilíndrica tem uma altura geralmente compreendida entre 0,5 e 4 mm, e um diâmetro geralmente compreendido entre 0,5 m e 4 m.

[0095] A espessura da camada anular está geralmente compreendida entre 10 e 500 mm, preferencialmente compreendida entre 50 mm e 300 mm, e de maneira ainda preferida compreendida entre 100 e 200 mm.

[0096] Para reduzir o tempo de permanência da água produzida, a relação DP/z/Os está compreendida entre 0,1 e 10 m'1, e preferencialmente compreendida entre 0,5 m"1 a 5 m"1.

[0097] O número de módulos contidos no reator está geralmente compreendido entre 2 e 20, e preferencialmente compreendido entre 4 e 12.

[0098] Um módulo, por exemplo, o módulo M1 é constituído de um difusor D1, de uma primeira camada fina (CM1), e de um coletor central (CL1) e de uma segunda camada fina CM1.

[0099] O difusor (D2) do módulo vizinho M2 alimenta, portanto, com gás reagente, ao mesmo tempo, a segunda camada fina do módulo M1, e a primeira camada fina do módulo M2. As noções de primeira e segunda camadas finas são puramente arbitrárias e correspondem a uma leitura de esquerda à direita da figura 2.

[00100] A altura dos módulos é a mesma, e sua largura é limitada de maneira a formar um conjunto retangular, tal como representado na figura 2b que representa uma vista de topo da figura 2a.

[00101] Um conjunto de módulos de largura diferente, tal como representado em vista de topo na figura 2c, continua perfeitamente no âmbito da presente invenção.

[00102] A coleta dos efluentes é realizada para cada módulo pelo coletor central do módulo referido, por exemplo, pelo coletor CL1 para o módulo M1.

[00103] A evacuação do sólido de cada módulo pode ser feita em um reservatório (V) próprio a cada módulo ou comum ao conjunto dos módulos conforme representado na figura 2a.

[00104] Um módulo de geometria plana tem uma altura geralmente compreendida entre 0,5 m e 4 m, e uma largura geralmente compreendida entre 0,5 m e 4 m.

[00105] A espessura da camada fina está geralmente compreendida entre 10 e 500 mm, preferencialmente compreendida entre 50 e 300 mm, e de maneira ainda preferida compreendida entre 100 mm e 200 mm.

[00106] O número de módulos contidos no reator está geralmente compreendido entre 2 e 20, e, preferencialmente, compreendido entre 4e 12.

[00107] O gás reagente é constituído de uma mistura de hidrogênio e de nitrogênio, a taxa de diluição no nitrogênio (isto é, a percentagem volúmica de nitrogênio na mistura) estando preferencialmente compreendida entre 25% e 35% em volume.

[00108] Geralmente, o hidrogênio utilizado tem um teor máximo em oxigênio de 50 ppm, preferencialmente inferior a 10 ppm, de maneira ainda preferida inferior a 2 ppm.

[00109] O hidrogênio utilizado tem um teor em CO inferior a 50 ppm, preferencialmente inferior a 10 ppm, de maneira ainda preferida inferior a 1 ppm, e um teor em C02 inferior a 1000 ppm, preferencialmente inferior a 150 ppm, de maneira ainda preferida inferior a 20 ppm.

[00110] É possível admitir no hidrogênio uma certa quantidade de hidrocarbonetos leves em número de átomos que vai de 1 a 4, geralmente o metano. O teor máximo em hidrocarbonetos é inferior a 15% em volume, de preferência inferior a 5% em volume, e de maneira mais preferida inferior a 1% em volume.

[00111] O ponto de orvalho do hidrogênio está geralmente compreendido entre -60*0 e 0Ό, de maneira preferida comp reendido entre -50Ό e -30^, e de maneira ainda mais preferida com preendido entre -50*C e -40Ό.

[00112] De maneira preferida, o hidrogênio antes de sua diluição no nitrogênio tem um nível de pureza superior a 99,95% em volume.

[00113] A WH do reator, sensivelmente idêntica sobre cada módulo, está geralmente compreendida entre 0,5 e 5 Nlitros/h de H2 por grama de catalisador, e preferencial mente compreendida entre 1,5 e 3 Nlitros/h de H2 por grama de catalisador.

[00114] A quantidade de catalisador contido em um módulo está geralmente compreendida entre 30 kg e 2500 kg, preferencial mente compreendida entre 50 e 1000 kg e, de maneira ainda preferida, com- preendida entre 100 e 500 kg.

[00115] A pressão à entrada do reator, compreendida entre 0,1 e 1 MPa absoluto (1 e 10 bar absolutos) (1 bar = 105 pascal), de preferência compreendida entre 0,2 e 0,6 MPa absolutos (2 e 6 bar absolutos).

[00116] A temperatura máxima de redução está compreendida entre 200Ό e 500*0, preferencial mente compreendida e ntre 300Ό e 450Ό, e de maneira ainda preferida compreendida en tre 350 e 400*0. Essa temperatura máxima de redução deve estar compreendida como a temperatura do último patamar na curva de elevação em temperatura.

[00117] A elevação em temperatura, quando da reação de redução é feita geralmente sob a forma de uma sucessão de rampas e de patamares, a inclinação das rampas estando geral mente compreendida entre 0,5 e 5Ό /minuto. As rampas que separam os d iversos patamares podem ser diferentes, permanecendo no intervalo de 0,5 a 5*C /minuto.

[00118] Quando a temperatura máxima é atingida, o patamar correspondente a essa temperatura máxima pode ter uma duração compreendida entre 4 horas e 20 horas, e preferencialmente compreendida entre 8 e 16 horas.

EXEMPLO, SEGUNDO A INVENÇÃO

[00119] O reator, de acordo com a invenção, descrito a seguir é destinado a efetuar a redução de um catalisador à base de cobalto, antes de sua utilização como catalisador de síntese Fischer Tropsch.

[00120] A quantidade de catalisador a tratar é de 80 kg, [00121] O catalisador está sob a forma de partículas de diâmetro compreendido entre 30 e 90 microns.

[00122] O gás de redutor é o hidrogênio a 99,9% de pureza, diluído a 30% em volume no nitrogênio, [00123] As condições operacionais da redução são: Pressão (Os): 0,4 MPa absoluto (4,0 bar absolutos) Temperatura do último patamar (T): 4000 WH: 2 Nl/hora por grama de sólido a tratar.

[00124] O reator é constituído de 21 módulos idênticos, as dimensões de cada módulo sendo as seguintes: Espessura: 160 mm Largura: 300 mm Altura: 800 mm.

[00125] Os módulos são dispostos verticalmente e de maneira paralela e ficam contidos em um compartimento cilíndrico de altura 1200 mm e de diâmetro externo 600 mm.

[00126] Cada módulo, tal como representado na figura 2 é constituído de duas camadas finas idênticas (CM1) alimentadas cada uma por um difusor (D1) e (D2) e possuindo um coletor de efluente comum (CL1). O difusor D2 alimenta ao mesmo tempo a camada fina contígua do primeiro módulo e a camada fina contígua do segundo módulo.

[00127] Cada camada fina é contida por uma parede que, nos planos laterais (correspondentes à largura e à altura dessa camada fina), é constituída de uma grade com uma malha de 5 mícrons.

[00128] A relação DP/z/Ps tem um valor de: 0,66 m-1 [00129] A sequência das operações para uma sequência completa pode ser descrita da seguinte maneira por meio da figura 3: [00130] Fase 1: carregamento do sólido a tratar nos dosadores a montante (Dam) e varredura ao nitrogênio pela linha (5);

[00131] Fase 2: abertura das válvulas V2 e carregamento do sólido nas moléculas do reator (R) pelo meio de admissão (S) por meio da linha (2);

[00132] Fase 3: varredura do(s) módulo(s) carregado(s) em sólido por meio de nitrogênio, por meio da linha (5);

[00133] Fase 4: fechamento das válvulas V2, tratamento dos módu- los carregados em sólido sob H2 (levado pela linha (1), à pressão de 0,4 MPa absoluto (4 bar absolutos), e respeitando uma rampa de temperatura de 3*0 / minuto;

[00134] Fase 5: tratamento dos módulos carregados com H2, à temperatura de 400*0, por uma duração de 12 horas;

[00135] Fase 6: varredura do(s) módulo(s), após tratamento por meio de nitrogênio;

[00136] Fase 7: abertura das válvulas (V3, V4) e descarregamento do sólido pelo meio de evacuação (V) em direção a dosadores a jusante (Dav) por meio de linha (3);

[00137] Fase 8: resfriamento do sólido tratado até uma temperatura de 100*0;

[00138] Fase 9: abertura e das válvulas (V5) e transferência do sólido resfriado para o misturador (Mj) e, nesse caso, mistura do sólido com ceras parafínicas de tubulações de fusão vizinhas de 100*0 sob varredura de um gás inerte, geralmente o nitrogênio;

[00139] Fase 10: transferência do sólido resfriado eventualmente revestido de ceras para o corpo (Fs) por abertura da válvula (V6).

REIVINDICAÇÕES

Claims (7)

1. Reator em camada fixa para o tratamento de partículas sólidas com um diâmetro compreendido entre 30 e 100 mícrons, o reator sendo constituído de um conjunto de módulos (M) similares que funcionam em paralelo, contidos em um compartimento comum (R) que constitui o envoltório desse reator, cada módulo (M) comportando uma quantidade de sólido a tratar compreendida entre 100 e 500 kg e compreendendo: - pelo menos um envoltório (P) parcialmente poroso contendo cada camada fina (CM) de partículas e possuindo meios de comunicação com o exterior do reator para a admissão do sólido, e meios distintos dos precedentes para sua evacuação desse envoltório; caracterizado por compreender ainda: - um difusor (D) de gás reagente contíguo à face porosa de entrada do envoltório (P); - um coletor (C1) de efluentes reacionais contíguo à face porosa de saída do envoltório (P); - uma tubulação de admissão (E) do gás reagente no difusor (D), que se comunica com o exterior do reator; - uma tubulação de coleta (C) dos efluentes reacionais que se comunica com o exterior do reator; - uma tubulação de admissão (S) do sólido a tratar no interior do envoltório poroso (P); - uma tubulação de evacuação (V) do sólido tratado para o exterior do envoltório poroso (P), sendo que o conjunto compreendendo a tubulação de admissão (E) do gás reagente, a tubulação de admissão (S) do sólido a tratar, e a tubulação de coleta (C) dos efluentes reacionais é disposto efluentes sobre um flange superior (Bs) que fecha o topo do reator, o conjunto dos módulos (M) sendo disposto no interior do reator (R), de maneira a formar um conjunto de geometria plana, cada módulo (M) tendo uma altura compreendida entre 0,5 e 4 m, uma largura compreendida entre 0,5 e 4 m e uma espessura das camadas finas de sólidos a tratar compreendida entre 100 e 200 mm, e o número de módulos estando compreendido entre 4 e 12.

2. Reator em camada fixa com camadas finas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o envoltório poroso (P) de cada módulo é constituído de uma grade de forma plana que possui malhas de dimensão compreendida entre 1 e 20 mícrons, e, preferencialmente, compreendida entre 5 e 10 mícrons.

3. Processo utilizando hidrogênio para reduzir um catalisador utilizado para a síntese Fischer Tropsch, utilizando o reator, como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a relação da perda de carga linear à travessia da camada fina (DP/z) sobre a pressão na saída dessa camada fina (Ps) está compreendida entre 0,1 e 10 m'1 e, preferencialmente, compreendida entre 0,5 m" e 5 m'1.

4. Processo utilizando hidrogênio para reduzir um catalisador utilizado para a síntese Fischer Tropsch, de acordo com a reivindicação 3, utilizando o reator, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a WH está compreendida entre 0,5 e 5 Nlitros/h de H2 por grama de catalisador, e preferencialmente compreendida entre 1,5 e 3 Nlitros/h de H2 por grama de catalisador.

5. Processo de redução usando hidrogênio de um catalisador utilizado para a síntese Fischer Tropsch, de acordo com a reivindicação 3, utilizando o reator como definido em qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a temperatura máxima da redução está compreendida entre 300 e 45013, e preferencialmente compreendida entre 350 e 400Ό

6. Processo de redução usando hidrogênio de um catalisa- dor utilizado para a síntese Fischer Tropsch, de acordo com a reivindicação 3, utilizando o reator, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a rampa seguida para a subida em temperatura do reator está compreendida entre 1 e 5*0 /minuto.

7. Método de operação de um reator, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por compreender 10 fases sucessivas: - fase 1: carregamento do sólido a tratar em dosadores a montante (Dam) e varredura por um gás inerte, geralmente o nitrogênio; - fase 2: carregamento do sólido nos módulos pela tubulação de admissão (S); - fase 3: varredura do(s) módulo(s) (M) carregado(s) por um gás inerte, geralmente o nitrogênio; - fase 4: tratamento dos módulos (M) carregados com H2 diluído no nitrogênio, a uma pressão fixa, e respeitando uma rampa de temperatura compreendida entre 0,5 e 510 /minuto; - fase 5: tratamento dos módulos (M) carregados com H2, à temperatura e pressão fixas, por uma duração fixa (patamares de 4 a 20 horas); - fase 6: varredura do(s) módulo(s) (M) após tratamento usando um gás inerte, geralmente o nitrogênio; - fase 7: descarregamento do sólido pela tubulação de evacuação (V) em direção aos dosadores inferiores (Dav); - fase 8: resfriamento do sólido tratado até uma temperatura compreendida entre 100 e 150Ό; - fase 9: transferência do sólido resfriado a) seja diretamente em direção ao reator de síntese Fischer Tropsch; b) seja em direção a misturador (Mj) e, nesse caso, mistura do sólido com ceras parafínicas com uma temperatura de fusão próxima de ΙΟΟ'Ό sob varredura de um gás inerte, geralme nte o nitrogênio; c) seja para uma capacidade intermediária; - fase 10: transferência do sólido eventualmente revestido de ceras para os corpos (Fs) nos casos b) e eventualmente c).