BRPI0900957A2 - método para atenuar pressão de deflagração produzida por combustão de gás combustìvel em uma região definida de um vaso de processo, reator tubular adaptado para atenuação da pressão de deflagração resultante da combustão de gás combustìvel no mesmo, e, método para realizar reações em fase gasosa seguramente em condições operacionais inflamáveis - Google Patents

Abstract

• descrito um método para atenuar pressão de deflagração produzida por combustão do gás combustível em uma região definida de um vaso de processo. O método, no geral, compreende selecionar e colocar material de atenuação na região definida do vaso de processo, em que o material de atenuação selecionado mantém sua forma fisica nas condições operacionais. O material de atenuação deve ocupar pelo menos 20<sym> do volume da região definida do vaso de processo. O uso do método inventivo pode ser beneficamente aplicado para a operação segura de reatores de oxidação com alimentações de alta concentração de hidrocarbonetos inflamáveis, de maneira a atingir maior produtividade. A invenção também fornece um reator tubular adaptado para atenuar a pressão de deflagração resultante da combustão de gás combustível na região definida nele, em que a região definida do reator tubular compreende material de atenuação selecionado de acordo com o método anterior para atenuar pressão de deflagração e que tem uma pluralidade de componentes que é colocada de maneira tal que espaços vazios e caminhos abertos entre os componentes sejam minimizados. Um método para realizar reações em fase gasosa seguramente em condições operacionais inflamáveis é fornecido, em que uma composição de alimentação de gás compreendendo um hidrocarboneto e oxigênio é submetida a reação em um vaso de reação com materiais de atenuação nele e a reação é conduzida a uma temperatura e uma pressão que tomam o sistema de reação inflamável. Usando o aparelho inventivo, pode-se alcançar contenção total de pressão, eliminando assim a necessidade de dispositivos de alivio de pressão de emergência.

Description

"MÉTODO PARA ATENUAR PRESSÃO DE DEFLAGRAÇÃOPRODUZIDA POR COMBUSTÃO DE GÁS COMBUSTÍVEL EM UMAREGIÃO DEFINIDA DE UM VASO DE PROCESSO, REATORTUBULAR ADAPTADO PARA ATENUAÇÃO DA PRESSÃO DEDEFLAGRAÇÃO RESULTANTE DA COMBUSTÃO DE GÁSCOMBUSTÍVEL NO MESMO, E, MÉTODO PARA REALIZARREAÇÕES EM FASE GASOSA SEGURAMENTE EM CONDIÇÕESOPERACIONAIS INFLAMÁVEIS"

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção diz respeito a um método e aparelho paracontrolar, conter e suprimir explosão de gás combustível em um vaso deprocesso.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

O manuseio de materiais combustíveis, embora necessário emmuitos processos e usinas industriais, freqüentemente apresenta um perigo emvirtude do potencial de inflamação, detonação ou explosão dos materiaiscombustíveis em equipamento de processo, danificando assim o equipamentoe ferindo o corpo de funcionários. Materiais combustíveis estãofreqüentemente presentes na forma de líquidos, gases, ou ambos nos reatores,condutos, vasos de armazenamento, aparelho de separações, etc. de váriosprocessos de fabricação, tais como os que produzem (met)acrilatos, ésteres de(met)acrilato, nitrilas e vários outros materiais.

Quando gás combustível está presente em concentraçõessuficientes, em volume, com oxigênio, a exposição a uma fonte de ignição,tais como uma centelha, uma reação química, um fio quente ou outrassuperfícies quentes ou mesmo um ponto quente (isto é, uma região localizadade maior temperatura no corpo do fluido), pode iniciar a deflagraçãolocalizada no gás combustível. Gases combustíveis, no geral, deflagram emconcentrações acima do limite explosivo inferior e abaixo do limite explosivosuperior do gás combustível. Gás combustível pode, certamente, ser compostode um único tipo de gás, mas é freqüentemente uma mistura de um ou maisgases diferentes, cuja composição particular torna a mistura combustível.Onde um gás combustível está presente, sempre há algum risco dedeflagração em virtude de ignições negligentes não poderem ser 100 %prevenidas.

A deflagração pode ou não progredir, finalmente, a um oumais eventos danosos adicionais, tal como detonação ou explosão.Certamente, tais eventos têm o potencial de causar dano severo aoequipamento, bem como sérios ferimentos, ou mesmo morte, ao corpo defuncionários que opera e monitora o equipamento. Assim, o controle,contenção e supressão da ignição, combustão, deflagração e detonação ouexplosão de materiais combustíveis são de importância crítica à segurança daoperação e andamento de muitas operações de fabricação e processamentoindustrial. Embora alguns aparelhos e técnicas sejam voltados à evitação daignição, outras tentativas de conter, suprimir e extinguir um evento decombustão que seria de outra forma desenvolvido seguindo igniçãonegligente. Ver, por exemplo, Gressel, Stanley S., Ed., Deflagration andDetonation Flame Arresters, AIChE (Center for Chemical Process Safety),New York, New York (2002), Capítulo 5, pp.77-138.

Por exemplo, patente U.S. No. 3.356.256 descreve o uso derede de metal que dissipa o calor em recipientes de armazenamento decombustível como um meio de absorver calor no recipiente que pode, de outraforma, levar à ignição. A patente U.S. No. 4.613.054 descreve o uso de bolasde película de alumínio com alta condutividade térmica para obter o mesmoresultado. Ambas as abordagens procuram empregar um dissipador de calorpara impedir que se chegue a uma combustão prolongada.

Similarmente, Fauske (ver, Fauske, Hans K., Expanded-MetalNetworks: A Safety Net to Thwart Gas Explosions, Chemical EngineeringProgress, Dec 2001, pp.66-71) propõe o uso de películas de metal expandidas,como dissipadores de calor nos tanques de armazenamento para prevenirpropagação frontal da chama, removendo a energia térmica da zona decombustão. Fauske imita o projeto de controladores de deflagraçãoempregando lâminas de metal de alta área superficial (400 m /m e maior)com passagens estreitas para apagar a chama. Em tanques de armazenamentorelativamente estáticos, tais passagens estreitas são de pequena conseqüência.Entretanto, em vasos de processo, tais como reatores, o fluxo de fluidos deprocesso através das passagens estreitas aumenta a queda de pressão atravésdo vaso e, consequentemente, aumenta o consumo de energia de força motriz.Adicionalmente, de maneira que as redes de película metálica efetivamentefinalizem a combustão (e, desta forma, evitem subsequente progressão paradetonação ou explosão), um diferencial de temperatura suficientementegrande (ÁT) deve ser mantido de maneira que a energia térmica da zona decombustão possa ser rapidamente transferida para a película metálica.Infelizmente, muitos vasos de processo usados para manusear, reagir ouarmazenar gases combustíveis são operados em condições de temperaturase/ou pressões elevadas. Conforme se sabe na técnica de processamento dehidrocarbonetos, o aumento do calor e pressão ambos amplia os limites deinflamabilidade (maior faixa de composição que suporta combustão) e reduz oincremento energético necessário para manter combustão auto-sustentável.Assim, em muitos vasos de processo de gás combustível, tais como reatoresde oxidação, o uso de componentes que dissipam o calor, tais como películasde metal expandidas, é bastante inefetivo para finalizar a combustão. Apropagação da onda de pressão de deflagração e frente da chama em vasos deprocesso de temperatura e pressão como estas é simplesmente tão rápida paraque a absorção de calor ocorra em uma taxa que é suficiente para finalizar acombustão.

A patente U.S. No. 5.495.893 descreve um aparelho e métodopara controlar deflagração de gases, em que o aparelho inclui um detector desubstância combustível que dispara a distribuição de um supressor dedeflagração na substância combustível, por um dispositivo que atomizalíquido para controlar o tamanho das gotículas supressoras de líquido. Adescrição desta patente estabelece que a deflagração pode ser efetivamentesuprimida por absorção de calor, tal como utilizando uma corrente líquida denévoa fina (isto é, o supressor de deflagração) que pode ser rapidamentevaporizado para rapidamente remover o calor pelo qual uma deflagração sepropaga. Esta solução se baseia no entendimento que, em uma deflagração, acombustão de um gás combustível inicia uma reação química que propagapara fora transferindo calor e/ou radicais livres a moléculas adjacentes do gáscombustível. A transferência de calor e/ou radicais livres inflama asmoléculas adjacentes e, desta maneira, a deflagração se propaga ou expandepara fora através do gás combustível.

A patente U.S. No. 6.540.029 descreve um sistema desupressão da deflagração e isolamento da explosão que tem o objetivo desuprimir o estágio de deflagração de um fenômeno de explosão e prevençãoda deflagração que origina em uma estrutura de contenção da propagação emum conduto associado e então mudança no fenômeno de detonação noconduto. O sistema descrito nesta patente inclui um detector de pressão paradetectar um rápido aumento de pressão, que é indicativo de uma explosãoincipiente e um dispositivo de supressão que direciona um agente desupressão de fogo nos gases combustíveis, bem como um conjunto de válvulagaveta que fecha em tandem com liberação do agente de supressão pararedirecionar a chama e pressões geradas pela combustão. Novamente, odispositivo na patente U.S. No. 6.540.029 opera para introduzir um materialadicional, um agente supressor, no gás combustível para absorção de calorque, de outra maneira, facilita a propagação da deflagração e sua transiçãopara detonação. Esta patente reconhece que, durante um evento dedeflagração, uma onda de pressão e uma frente da chama são gerados noponto de ignição e propagam para fora em todas as direções, com a onda depressão viajando mais rápido que a frente da chama. Além disso, obstáculos ecurvas em uma tubulação ou conduto contendo o gás combustível aumentarãoa turbulência (isto é, mistura) que, por sua vez, acelera a transição dadeflagração para detonação. Conforme bem conhecido na técnica, aumentosna turbulência e mistura de gás combustível devem ser evitadas naimplementação de medições de controle de deflagração.

Em Razus D., et al., Closed vessel combustion ofpropileno-airmixtures in the presence of exhaust gas, Fuel (2007),doi: 10.1016/j.fuel.2006.12.009, reconhece-se que parâmetros característicosda propagação da explosão em vasos fechados incluem a pressão de picoalcançada depois da deflagração, o tempo necessário para alcançar a pressãode pico e a diminuição da pressão de pico alcançada pela introdução dematerial diluente em um gás combustível depois da ignição. Este artigo depesquisa conclui que o gás de exaustão, que tipicamente contém dióxido decarbono e vapor de água, tem um importante efeito inerte nas misturascombustível-ar inflamáveis e pode ser considerado um diluente barato paramitigação de explosões combustível-ar. Embora esta técnica seja direcionadaao controle ou minimização de uma explosão depois da ignição de gáscombustível, ela se dá adicionando um material inerte, que é similar aométodo de introduzir supressores de chama a um gás combustível depois daignição para absorver calor e lenta propagação da frente da chama durante adeflagração.

A técnica descrita na patente U.S. No. 6.932.950 é umatentativa de minimizar ou eliminar reações secundárias incluindo, mas semlimitações, a ignição e deflagração,, que têm maior risco de ocorrer no lado daentrada de um reator tubular onde a mistura gasosa de alimentação é um gáscombustível que entra em contato com os pontos quentes próximos à películado tubo da entrada do reator. Esta patente discute as práticas previamenteconhecidas de colocar uma camada de materiais cerâmicos, ou malha dearame, na câmara de entrada, adjacente à chapa do tubo de entrada no lado dogás de entrada, mas não preenchendo mais que cerca de 20 % do volume dacâmara, para criar uma barreira entre o gás de alimentação de entrada e apelícula do tubo quente. Outros métodos descritos incluem criar uma câmarade resfriamento próxima à película do tubo quente (câmara é preenchida comar circulante), bem como formar uma barreira sólida (por exemplo, usandomaterial de resina vertida para formar uma camada adjacente à película dotubo, no lado carreador de calor para isolar a película do tubo do carreador decalor). A solução descrita na patente U.S. 6.932.950 é o fornecimento de umacâmara de isolamento separada na câmara de entrada do reator que é próximae no lado de entrada da película do tubo. A câmara de isolamento éclassificada e modelada para ser comensurável com a seção transversal dapelícula do tubo e é tanto evacuada quanto preenchida com ar, areia, óleo ouqualquer outro material sólido, líquido ou gasoso adequado incapaz de reagircom o carreador de calor. Todas estas técnicas são dirigiras à prevenção daignição e outras reações laterais indesejáveis colocando uma barreira dematerial entre a película do tubo quente e correntes de alimentação gasosa deentrada. Nenhuma destas técnicas envolve o preenchimento das regiões deentrada ou saída de gás do reator com material de atenuação adequadamentemodelado e classificado que desvia a onda de pressão de uma deflagração,depois da ignição negligente para finalizar e conter a deflagração e prevenir aprogressão para detonação.

Um dispositivo para desviar fisicamente a frente da chama deum evento de deflagração é descrito na patente U.S. No. 7.000.630, em queum dispersor de frente da chama direciona a onda de pressão de altavelocidade em direção a um disco de ruptura bidirecional que faz com que odisco de ruptura abra, criando assim um efeito de aspiração do disco deruptura bidirecional oposto, que cria um caminho de escape para a onda depressão e frente da chama, bem como extraindo ar fresco como um diluente.O dispositivo que desvia a frente da chama descrito nesta é projetado paraprevenir uma deflagração da propagação de um vaso para o outro.

Ainda existe uma necessidade de um método efetivo, simples eeconômico para controlar, conter e suprimir explosão de gás combustível emum vaso de processo. Requerentes desenvolveram um método e aparelho quese direcionam a esta necessidade atenuando e, desta forma, diminuindo a ondade pressão criada durante uma deflagração para prevenir a deflagração damudança para detonação, em vez de tentar suprimir e finalizar a frente dachama removendo calor de um gás combustível que foi inflamado fornecendomateriais sólidos conhecidos por absorver calor no vaso de processo, ouintroduzindo materiais retardantes ou supressores de chama depois que aignição ocorreu.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção fornece um método para atenuar pressãode deflagração produzida pela combustão de gás combustível em uma regiãodefinida de um vaso de processo em condições operacionais conhecidascompreendendo composição de gás de alimentação, temperatura e pressãoiniciais, em que uma pressão de pico é alcançada na região definida depois daignição. O método, no geral, compreende selecionar e colocar material deatenuação na região definida do vaso de processo, em que o material deatenuação selecionado mantém sua forma física em condições operacionais etem uma pluralidade de componentes, todos os quais têm uma geometria e umdiâmetro efetivo. O material de atenuação deve ocupar pelo menos 20 % daregião definida do vaso de processo.

A primeira etapa do método inventivo é determinar o diâmetroefetivo máximo dos componentes do material de atenuação que é adequadopara uso na região definida do vaso de processo desenvolvendo dadosempíricos compreendendo pares associados de pressões de deflagração depico e fatores de mistura de deflagração, que demonstram uma relação linearentre uma pluralidade de materiais de atenuação, pelo menos um dos quaistem componentes com um diâmetro efetivo que difere dos diâmetros efetivosdos componentes dos outros materiais de atenuação e as pressões de picoalcançadas depois da ignição de gás combustível tendo a mesma composiçãoque a composição de gás de alimentação inicial. Isto é realizado: (1)determinando empiricamente a pressão de deflagração de pico (Pmax(0))resultante da ignição do gás combustível na ausência de qualquer material deatenuação, usando uma esfera de teste tendo um raio (R(ts)); (2) determinandoempiricamente pelo menos uma primeira e uma segunda pressão dedeflagração de pico (Pmax(l), Pmax(2)) resultante de ignição do gáscombustível na presença de pelo menos um primeiro material de atenuaçãoselecionado tendo um primeiro diâmetro efetivo (Ds(l)) e um segundomaterial de atenuação selecionado tendo um segundo diâmetro efetivo (Ds(2))diferente do primeiro diâmetro efetivo, usando a mesma esfera de teste usadana etapa (1); (3) calculando os fatores de mistura de deflagração (DMF(O),DMF(l), DMF(2), . . . DMF(n)) para cada pressão de deflagração de picoassociada empiricamente determinada nas etapas (1) e (2), usando a seguinterelação matemática: DMF(n) = (Ds(n)/Rts) x 40, em que n = 0, 1, 2 . .. n eDs(n) e R(ts) são cada um medidos em centímetros. Estas etapas são seguidaslinearizando os dados empíricos compreendendo pares associados de pressõesde deflagração de pico e fatores de mistura de deflagração ([Pmax(0),DMF(O)]; [Pmax(l) DMF(l)], [Pmax(2), DMF(2)], .. [Pmax(n), DMF(n)])determinando o valor das variáveis M e B com base na seguinte relaçãomatemática: Pmax(n) = M x DMF(n) + B, em que n = 0, 1, 2 ... n.

Depois que a linearização é realizada, o fator de mistura dedeflagração máximo (DMF(a)) é calculado para o vaso de processo usando amáxima pressão de contenção permitida (P(c)) do vaso de processo e osvalores de M e B calculados na etapa (4), com base na seguinte relaçãomatemática: DMF(a) = [P(c) - B ] / M; e então o diâmetro efetivo máximo(Ds(a)) de material de atenuação adequado para uso com o vaso de processotendo o raio transversal (R(v)), é calculado usando o seguinte relaçãomatemática: Ds(a) = [ DMF(a) x R(v) ] /40.

Tendo calculado o diâmetro efetivo máximo (Ds(a)) para oscomponentes do material de atenuação, um material de atenuação adequado éselecionado. Um material de atenuação adequado terá um diâmetro efetivo Dsmenor ou igual ao diâmetro efetivo máximo (Ds(a)) calculado para o vaso deprocesso particular e colocando o material de atenuação selecionado na regiãodefinida do vaso de processo. Os materiais de atenuação podem sersimplesmente vertidos ou manualmente dispostos na região definida do vasode processo, dependendo se os componentes do material de atenuação são deauto-ordenação, de maneira que espaços vazios e abertura de caminhos entreos componentes sejam minimizados.

Em uma modalidade do método da presente invenção, a etapade determinar empiricamente a pressão de deflagração de pico (Pmax(0)) podecompreender: (a) inflamar o gás combustível na esfera de teste, que está deoutra maneira vazio, na pressão e temperatura das condições operacionais pré-determinadas; e então (b) medir a maior pressão (Pmax(0)) alcançada na esferade teste, depois da ignição. Além disso, a etapa de determinar empiricamentepelo menos uma primeira e uma segunda pressão de deflagração de pico(Pmax(l), Pmax(2)) compreende: (a) inflamar gás combustível na esfera de teste,depois de preenchê-la com o primeiro material de atenuação selecionado, napressão e temperatura das condições operacionais pré-determinadas; (b) medira maior pressão (Pmax(l)) alcançada na esfera de teste preenchida com oprimeiro material de atenuação selecionado, depois da ignição; (c) inflamargás combustível na esfera de teste, depois de preenchê-la com o segundomaterial de atenuação selecionado, na pressão e temperatura das condiçõesoperacionais pré-determinadas; e (d) medir a maior pressão (Pmax(2))alcançada na esfera de teste preenchida com o segundo material de atenuaçãoselecionado, depois da ignição. Também é possível determinar empiricamenteuma pluralidade de pressões de deflagração de pico (Pmax(l), Pmax(2), Pmax(3),• • • Pmax(n)) e então usar cada pressão de deflagração de pico nas etapas decálculo e linearização subsequentes.

Em uma outra modalidade, o gás combustível compreendehidrocarbonetos e oxigênio e o vaso de processo pode ser um reator de cascoe de tubo que opera nas condições de escoamento.

A presente invenção também fornece um reator tubularadaptado para atenuar a pressão de deflagração resultante da combustão degás combustível nele. O reator tubular inventivo compreende material deatenuação tendo uma pluralidade de componentes, todos os quais têm umageometria e que são colocados de maneira que espaços vazios e abertura decaminhos entre os componentes sejam minimizados, em que o material deatenuação ocupa pelo menos 20 % de pelo menos uma das regiões de entradadefinida e o de saída definida do vaso de processo. Além do mais, oscomponentes do material de atenuação têm um diâmetro efetivo (Ds(a)) quesatisfaz a seguinte relação matemática: Ds(a) = [ DMF(a) x R(v) ]/40, em queDs(a) é em centímetros. Adicionalmente, (DMF(a)) é o fator de mistura dedeflagração associado ao material de atenuação e que é determinadoempiricamente pelo método da presente invenção descrito anteriormente.Finalmente, R(v) é o raio de qualquer que seja a região de entrada definida oude saída definida ocupada pelo material de atenuação.

A presente invenção adicionalmente fornece um método pararealizar reações em fase gasosa seguramente em condições operacionaisinflamáveis, que compreende uma composição de alimentação de gás,temperatura e pressão. Este método envolve: (A) fornecer um vaso de reaçãotendo uma região definida por meio da qual a dita composição de alimentaçãode gás passa, a dita região definida sendo pelo menos 20 % em volumeocupada por pelo menos um material de atenuação que mantém sua formafísica nas condições operacionais inflamáveis; (B) fornecer um ou maismateriais gasosos compreendendo um hidrocarboneto, um gás contendooxigênio e, opcionalmente, um material inerte, ao dito vaso de reação paraformar a dita composição de alimentação gasosa que passa através da ditaregião definida; e (C) submeter a dita composição de alimentação gasosa auma ou mais reações no vaso de reação, a uma temperatura e pressão em quea dita composição de alimentação gasosa é inflamável.

O material de atenuação pode ser selecionado de acordo com ométodo para atenuar a pressão de deflagração produzida pela combustão degás combustível descrita anteriormente. Em uma modalidade do método pararealizar reações em fase gasosa seguramente em condições operacionaisinflamáveis, o hidrocarboneto compreende propileno que é submetido aoxidação em um vaso de reação tendo materiais de atenuação compreendendocilindros de malha de arame ondulado e poliedros de malha de arameondulado. Em uma outra modalidade do método para realizar reações em fasegasosa seguramente em condições operacionais inflamáveis, os materiaisgasosos adicionalmente compreendem amônia, o hidrocarboneto compreendemetano e as reações em fase gasosa compreendem amoxidação do metano, emque os materiais de atenuação compreendem poliedros de espuma cerâmica.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Um entendimento mais completo da presente invenção seráobtido das modalidades discutidas daqui em diante e com referência aosdesenhos em anexo, em que números de referência indicam características eem que:

Figura 1 é uma vista lateral em elevação parcialmentetransversal esquemática de um vaso de processo, isto é, um reator tubular parareações em fase gasosa catalíticas;Figura 2 é uma vista planar superior esquemática transversalda região de entrada definida do reator tubular da figura 1, tomada ao longoda linha A-A e olhando na direção das setas;

Figura 3 A é uma vista lateral em elevação transversalesquemática somente da região de entrada definida do reator tubular da figura1, mostrando a chapa do tubo de entrada e a cabeça do reator;

Figura 3B é uma vista lateral em elevação transversalesquemática da região de entrada definida da figura 3 A, mostrando a chapa dotubo de entrada e a cabeça do reator e contendo material de atenuação quecompreende componentes de esfera cerâmica;

Figuras 4A-4C são uma série de imagens gráficas geradas pormodelo de computador mostrando a progressão de uma frente da onda depressão de deflagração do ponto de ignição em uma região definida que nãocontém nenhum material de atenuação;

Figuras 5A-5J são uma série de imagens gráficas geradas pormodelo de computador mostrando a progressão de uma frente da onda depressão de deflagração do ponto de ignição em uma região definida quecontém material de atenuação compreendendo esferas cerâmicas;

Figura 6 é uma vista lateral em elevação de um conjunto dacabeça da entrada do reator conectada a um reator tubular, formando umvolume de topo livre fechado (região de entrada definida) com a chapa dotubo de entrada, mostrando a disposição e posição dos componentes da malhausados para material de atenuação nele;

Figura 7A é uma vista superior transversal do conjunto deentrada do reator da figura 6, tomada ao longo das linhas R-R e olhando nadireção das setas, mostrando a disposição e posição dos componentes damalha usados para material de atenuação nele, a vista superior transversaltomada ao longo das linhas S-S, T-T, U-U e V-V são as mesmas que asapresentadas na figura 7A;Figura 7B é uma vista superior transversal do conjunto deentrada do reator da figura 6, tomada ao longo das linhas X-X e olhando nadireção das setas, mostrando a disposição e posição dos componentes damalha usados para material de atenuação nele;

Figura 7C é uma vista superior transversal do conjunto deentrada do reator da figura 6, tomada ao longo das linhas Y-Y e olhando nadireção das setas, mostrando a disposição e posição dos componentes damalha usados para material de atenuação nele;

Figura 7D é uma vista superior transversal do conjunto deentrada do reator da figura 6, tomada ao longo das linhas Z-Z e olhando nadireção das setas, mostrando a disposição e posição dos componentes damalha usados para material de atenuação nele;

Figura 8 é uma representação generalizada das mudanças napressão de deflagração com o tempo, começando no tempo de ignição eterminando com a pressão homogeneizada que segue;

Figura 9 é um diagrama que mostra como o diâmetro efetivodos componentes do material de atenuação cilíndrico é aproximado com baseno diâmetro de um círculo circunscrito;

Figura 10 é um gráfico que demonstra a linearização dos dadosempíricos, isto é, fator de mistura de deflagração (DMF) em função dapressão de deflagração máxima (Pmax), derivada de experimentos conduzidoscom material de atenuação compreendendo esferas de alumina ocas e cálculosde acordo com a presente invenção; e

Figura 11 é um gráfico de dados empíricos, isto é, fator demistura de deflagração (DMF) em função da pressão de deflagração máxima(Pmax), derivada de experimentos conduzidos com material de atenuaçãocompreendendo anéis Pall e cálculos de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

O método da presente invenção é adequado para atenuar apressão de deflagração produzida pela combustão de gás combustível em umaregião definida de um vaso de processo. O método envolve selecionar ecolocar material de atenuação na região definida para desviar e fragmentar aonda de pressão associada com a deflagração.

Um "vaso de processo" significa qualquer aparelho que éusado em conexão com o armazenamento, transporte, reação, fabricação,manuseio ou outra manipulação das substâncias combustíveis.

Uma "região definida," da forma que este termo é aqui usado,é a área designada em um vaso de processo para ser protegida dos efeitos deuma deflagração. A região definida é tipicamente uma área fechada contendoum gás combustível ou uma área no vaso de processo em que o risco de umadeflagração é maior. A localização, geometria e volume da região definidavariarão dependendo da aplicação e do vaso de processo.

Da forma aqui usada, o termo "volume de preenchimento"refere-se ao volume aparente ocupado pelo material de atenuação em umaregião definida e é igual ao volume combinado realmente ocupado peloscomponentes do material de atenuação e os espaços vazios intersticiais entreos componentes.

"Gases combustíveis" são gases que estão presentes emcomposições e concentrações suficientes, em volume, com oxigênio e cujaexposição a uma fonte de ignição, tais como uma centelha, uma reaçãoquímica, um fio quente ou outra superfície quente, ou mesmo um pontoquente (isto é, uma região localizada de maior temperatura no corpo dofluido) pode iniciar a deflagração localizada no gás combustível. Gáscombustível pode, certamente, ser composto de uma única espécie de gás, taiscomo hidrogênio, butano, propileno, etc, mas é freqüentemente uma misturade um ou mais gases diferentes, cuja composição particular torna a misturacombustível.

Sem desejar ficar preso à teoria, acredita-se que a progressãodas condições em um gás combustível, da ignição à detonação e explosão é,no geral, entendida como se segue. Imediatamente na ignição, uma frente dachama esférica e uma onda de pressão esférica são formadas pela combustãolocal do gás combustível na fonte de ignição. Tanto a onda de pressão quantoa frente da chama tendem a propagar radialmente, em todas as direções, parafora e longe do ponto de ignição, nas porções não afetadas do gáscombustível. Há tempos entende-se que a propagação da frente da chamaenvolve transferência de calor e que ela se dá muito mais lentamente que apropagação da onda de pressão, que viaja na velocidade do som. Este estágiode uma explosão incipiente é, no geral, referido como uma deflagração, isto é,quando a onda de pressão e a frente da chama viajam separadamente, com aonda de pressão na frente.

Durante uma deflagração, a frente da chama propaga para foratransferindo calor e/ou radicais livres às moléculas adjacentes do gáscombustível, que inflama as moléculas adjacentes. Um radical livre équalquer grupo reativo de átomos contendo elétrons não pareados, tais comoOH, H e CH3.

Também durante uma deflagração, a energia da onda depressão pode comprimir porções não inflamáveis do gás combustível na frenteda onda de pressão, reduzindo a necessidade de demanda de energia térmicapara sustentar a combustão nestas porções de gás combustível, facilitandoassim combustão adicional, acelerando a progressão da frente da chama efortalecendo o avanço da onda de pressão. Este fortalecimento da onda depressão continua até o ponto onde a onda de pressão sozinha é forte suficientepara iniciar a reação de combustão, iniciando assim o estágio de detonação.Inicialmente, a onda de detonação propagará no gás combustível comprimidoe apanhará a onda de pressão dianteira, se tornando uma detonação estávelcom uma velocidade constante. Uma onda de detonação estável consiste emuma onda de pressão intimamente acoplada a uma frente da chama, demaneira tal que a energia liberada pela frente da chama suporte a onda depressão.

Quando a deflagração ocorre em uma tubulação ou conduto,em que materiais tendem a viajar axialmente e a frente da chama atinge aparede da tubulação ou conduto, ela muda de forma esférica para uma frenteessencialmente plana. A medida em que a frente da chama plana continua apropagar para baixo na extensão da tubulação, ela começa a alongar e asuperfície da chama aumenta. A medida em que a área superficial aumenta, ataxa de queima aumenta e, consequentemente, a velocidade de propagação dachama aumenta. Em outras palavras, a frente da chama que propaga poderapidamente transitar de um estágio de deflagração inicial para um estágio dedetonação em um conduto.

O tamanho das moléculas do material combustível afeta ofenômeno de explosão geral, assim como o diâmetro do conduto ou vaso, pormeio do qual os produtos de combustão estão fluindo. Por exemplo,tubulações de diâmetro maior fornecem dissipadores de calor de menor calorque tubulações ou condutos de diâmetro menor. A configuração longitudinalda tubulação ou condutos também afeta a propagação da frente da chama eonda de pressão. Sabe-se na técnica que obstáculos e curvas na tubulação ouconduto podem aumentar a turbulência que, por sua vez, tenderá a aumentar aárea de superfície da chama, que leva ao aumento da frente da chama e causatransição para a detonação mais rápida.

Com referência resumida agora à figura 8, um diagrama deexplosão simplificado que é típico para misturas de gás combustível éapresentado. Certamente, na prática, cada um destes diagramas de explosãoseria específico para uma composição particular de gás combustível. Taisdiagramas são bem conhecidos na literatura técnica, tal como discutido, porexemplo, em "Explosions" W. Bartknecht, Springer-Verlag, New York, 1981(em particular, ver capítulo 2, Explosions in Closed Vessels). Metodologiasde teste padronizadas foram desenvolvidas para coletar os dados necessáriospara produzir tais diagramas (ver, por exemplo, European Standards DIN EN13673-1 e DIN EN 13673-2, Setembro 2003). Estas metodologias, no geral,requerem que a mistura de gás combustível sejam testadas e inicialmentemantidas em uma condição estática, em uma esfera de teste selada, adiabáticae de outra forma vazia (por exemplo, sem material de carga).

O diagrama da figura 8 ilustra a progressão típica do evento depressão de deflagração (ou "pressão de explosão") em um volume de gáscombustível como uma função do tempo transcorrido relativo ao momentoquando o gás combustível é inflamado. O diagrama, no geral, compreendetrês estágios seqüenciais.

No primeiro estágio, antes da ignição, a mistura gasosa existeem uma condição estática em uma pressão inicial (Piniciai) e temperatura inicialconstante.

No segundo estágio, depois da ignição, a combustão damistura gasosa é estabelecida e a frente da chama e onda de pressão associadaformam e se expandem para fora do ponto de ignição. Isto resulta em umapressão rapidamente crescente com o intervalo de tempo At até que a pressãode deflagração máxima, Pmax, seja alcançada. Tipicamente, intervalo detempo, At, deste estágio transicional tem na ordem de somente cerca de 100 a300 microssegundos de duração. Notavelmente, transferência de calorsuficiente para amortecer ou diminuir o evento de deflagração requereriasignificativamente mais tempo, tal como na ordem de cerca de 500 a 1.000microssegundos (isto é, 0,5 a 1,0 segundos).

No terceiro estágio depois de atingir a pressão na esferade teste cai com o intervalo de tempo At até que uma pressão inferior, de"estado estável", Pf,nai, seja alcançada. Tipicamente, durante um evento dedeflagração, o intervalo de tempo, At, necessário para alcançar Pfinai tem naordem de cerca de 1.000 microssegundos ou mais de duração.Ao contrário dos preceitos da técnica anterior, requerentesverificaram que a promoção da mistura no volume de gás combustível tem oresultado surpreendente de diminuir a pressão de deflagração máxima, Pmax

Sem ficar preso à teoria, requerentes acreditam que a reduçãona magnitude de Pmax é um resultado direto da mistura que ocorre durante osegundo estágio do evento de deflagração, em cujo tempo a onda de pressãose expande rapidamente para fora do ponto de ignição. Esta mistura é oresultado da onda de pressão sendo forçada a mudar a direção e subdivide amedida em que ela passa ao redor dos materiais de atenuação da pressão dapresente invenção. Acredita-se que esta mistura "combine" o perfil de pressãono volume do gás, reduzindo a diferença entre a pressão de pico da frente daonda e a pressão do volume de gás inferior fora da frente de onda.

Requerentes adicionalmente supõem que o intervalo de tempodo aumento da pressão do segundo estágio é muito pequeno para tornar atransferência de calor um mecanismo inefetivo para remover energia da frenteda chama que se estende. Consequentemente, as propriedades térmicas dequaisquer materiais de atenuação colocados no gás combustível volume sãoamplamente irrelevantes neste estágio inicial de deflagração e pode-se esperarque materiais de isolamento funcionem essencialmente da mesma maneiraque materiais de alta condutividade térmica com relação à atenuação da Pmax-

Finalmente, requerentes supõem que o declínio gradual napressão do gás que ocorre no terceiro estágio do evento de deflagração é umresultado da entropia que rege a mistura gasosa a um perfil de pressão etemperatura relativamente uniformes. Dado um intervalo de temposuficientemente longo, este efeito da entropia finalmente resulta no declíniodo volume do gás para a pressão de estado estável final, Pfinai. Deve-seenfatizar, entretanto, que a utilidade do método da presente invenção émanifestar sua capacidade de Pmax inferior, a pressão de deflagração máxima,em vez de Pfinab a pressão de estado estável final.Embora o método e aparelho da presente invenção sejamaplicáveis a vários tipos de vasos de processo em vários processos deprodução, para facilitar a discussão e entendimento, eles serão daqui emdiante descritos com relação a um reator tubular usado para reações em fasegasosa catalíticas que produzem produtos, tais como ácidos carboxílicosinsaturados, nitritos insaturados, aldeídos, etc. de gases de hidrocarboneto,tais como propano, propileno, butano, butileno, etc.

Com referência agora à figura 1, é fornecida uma vista lateralem elevação esquemática, parcialmente cortada de um vaso de processo aoqual o método da presente invenção pode se adequadamente aplicado. Emparticular, a figura 1 mostra uma vista lateral em elevação parcialmentecortada de um reator tubular 10 adequado para reações em fase gasosacatalíticas. O reator tubular 10 tem uma pluralidade de tubos 12a, 12b, 12c,12d, cada um dos quais se estende entre uma primeira placa perfurada 14 euma segunda placa perfurada 16 e contêm materiais sólidos S, tais como umou mais tipos de catalisador e material inertes. A pluralidade de tubos 12a,12b, 12c, 12d, bem como a primeira e segunda placas perfuradas 14, 16, sãojuntadas em um casco 18 que forma uma região para circulação de fluido detransferência de calor (não mostrada per sé) em torno da pluralidade de tubos12a, 12b, 12c, 12d para propósitos de controle de temperatura.

Ainda com referência à figura 1, uma tampa flangeada, ou"cabeça do reator" 24, é afixada por selagem ao perímetro do reator 10próximo à primeira película do tubo 14, para formar uma região de entradadefinida 20 em comunicação fluídica com os tubos do reator 12a, 12b, 12c,12d, para permitir que os reagentes (não mostrado) e outros fluidos fluamatravés deles. Similarmente, uma outra tampa flangeada, ou "cabeça doreator" 26, é afixada de forma selada no perímetro do reator 10 próximo àsegunda película do tubo 16, para formar uma região de saída definida 22, quetambém está em comunicação fluídica com os tubos do reator 12a, 12b, 12c,12d permitindo que reagentes, produtos e outros fluidos (não mostrado) fluamatravés deles. Coletivamente, as regiões de entrada e saída definidas 20, 22juntamente com a pluralidade de tubos 12a, 12b, 12c, 12d formam o lado dereação do reator tubular 10 em que uma ou mais reações químicas ocorrem,tal como, por exemplo, oxidação, durante a operação do reator tubular 10 nascondições de escoamento. O arranjo descrito anteriormente, em que a regiãode entrada definida 20 é posicionada no topo e a região de saída definida 22 éposicionada na base do reator tubular verticalmente orientado 10, claramenteindica aos versados na técnica que o processo de reação está sendo operadoem uma configuração "fluxo descendente". Entretanto, versados na técnicatambém perceberão facilmente que o método e aparelho da presente invençãosão igualmente aplicáveis a outros vasos de processo, incluindo reatorestubulares operados em uma configuração "fluxo ascendente" (agora mostradoper se), em que a região de entrada definida seria posicionada na base doreator tubular.

Em algumas modalidades da presente invenção,instrumentação de monitoramento (não mostrada per se) pode ser posicionadana região definida do vaso de processo para detecção da combustão, aumentoda temperatura local ou aumento da pressão local, de maneira tal que ajustesnas condições operacionais possam ser feitos incluindo, mas sem limitações,localização e reparo de falhas, redução nas taxas de operação ou parada deprocesso. Tal instrumentação de monitoramento pode incluir um ou mais determopares, transdutores de pressão, sensores ultravioletas tipo "olho dechama" e analisadores de composição gasosa e pode opcionalmente serconectada a sistemas de controle de processo distribuídos de maneira a iniciaruma resposta automática. Em algumas modalidades, a instrumentação demonitoramento (não mostrada) pode ser incorporada nos sistemas lógicos detravamento de segurança juntamente com outros cálculos e medidas doprocesso, tais como, por exemplo, cálculos de inflamabilidade ou taxas defluxo de corrente de alimentação do reator. Adicionalmente, em algumasmodalidades, dispositivos de monitoramento redundantes podem ser usadospara melhorar a segurança do sistema de monitoramento. Se dispositivosredundantes forem usados, eles podem opcionalmente ser configurados comoparte de um sistema lógico de votação computadorizado, em que duas ou maismedições devem simultaneamente registrar uma condição anormal antes que aação automática seja iniciada.

Em uma modalidade, por exemplo, uma região de entradadefinida (cabeça de entrada) de um reator de oxidação tubular de fluxodescendente contém componentes de esfera cerâmica e pelo menos dezmontagens de termopar de múltiplos pontos, cada um dos quais tem cerca de10 pontos de medição por conjunto. Cada conjunto de termopar é inseridoatravés de aberturas seláveis na porção superior da cabeça do reator (entrada),manualmente posicionada por dobramento para formar uma sériepredeterminada de círculos concêntricos igualmente espaçados e então presosnas braçadeiras de ancoragem pré-existentes na chapa do tubo de entrada. Emuma outra modalidade, uma região de entrada definida de um reator deoxidação tubular de fluxo ascendente contém componentes de cilindro demalha de arame e pelo menos seis montagens de termopar de múltiplos pontostipo "K" com revestimentos de aço inoxidável 316 (comercialmentedisponível da Gayesco of Pasadena, Texas, USA). As montagens de termoparde múltiplos pontos desta modalidade são inseridas por meio de gaxetasSWAGELOK (comercialmente disponíveis da Swagelok Company of Solon,Ohio, USA) que são montadas na parede lateral da cabeça do reator deentrada, manualmente posicionada por dobramento para ficarem próximas auma distribuição predeterminada dos locais de medição e então afixadas emmúltiplos locais ao longo de sua extensão nos cilindros de malha, usandopequenos comprimentos de fio.

Ainda em uma outra modalidade, amostras da mistura dealimentação do gás combustível na região de entrada definida (cabeça deentrada) de um reator de oxidação são continuamente analisadas porcromatografia gasosa para detectar um aumento na concentração dos produtosde combustão, tais como, por exemplo, dióxido de carbono, monóxido decarbono e água ou uma diminuição na concentração de hidrocarbonetoscombustíveis. Ainda em uma outra modalidade, a região de entrada definida(cabeça de entrada) de um reator de cianeto de hidrogênio enriquecido comoxigênio compreende 100 % de carga de volume de 40 ppi de espumacerâmica reticulada e também contém pelo menos dois transdutores depressão de ação rápida (modelos adequados são comercialmente disponíveisda Kulite Semiconductor Products of New Jersey, USA) de maneira a detectarpossíveis deflagrações na região de entrada definida e a iniciarautomaticamente o encerramento do sistema de reação por meio do sistema decontrole de processo distribuído no evento de uma deflagração é detectado.As modalidades descritas anteriormente da presente invenção que incorporaminstrumentação de monitoramento são apenas alguns exemplos e não sedestinam a descrever o escopo completo das possíveis configurações quepodem ser utilizadas de acordo com a presente invenção. A seleção eespecificação da instrumentação de monitoramento e controles de processoassociados apropriados, sistemas de segurança e sistemas lógicos detravamento estarão na capacidade de um versado na técnica no projeto einstrumentação de processo químico, dado o benefício da presente descrição.

Figura 2 mostra uma vista plana superior esquemáticatransversal da região de entrada definida 20 do reator tubular 10 da figura 1,tomada ao longo da linha A-A e olhando na direção das setas. A placaperfurada 14 e a pluralidade de tubos 12a, 12b, 12c, 12d são visíveis nestavista. É nesta região de entrada definida que os reagentes e outros alimentadosno reator tubular 10 todos entram em contato um com o outro antes de entrarnos tubos 12a, 12b, 12c, 12d e entrar em contato com os materiais decatalisador S nele para começar uma ou mais reações químicas nos tubos 12a,12b, 12c, 12d. Dependendo dos reagentes e outros materiais alimentados noreator 10, gás combustível pode estar presente na região de entrada definida20, que é suscetível de ignição negligente de quaisquer inúmeras fontesincluindo, mas sem limitações, pontos quentes gerados próximos à placaperfurada 14 e centelhas geradas por fricção ou contato com outro aparelhopresente na região de entrada definida 20. Da forma discutida anteriormente,tal ignição pode se tornar um evento de deflagração que pode, por sua vez,propagar até que ele transite para detonação ou explosão.

Verificou-se que deflexão e fragmentação da onda de pressãode deflagração podem diminuir a propagação da onda de pressão e abaixar apressão máxima atingida pela deflagração suficientemente para finalizar oevento de deflagração geral e prevenir a transição para detonação e reduzir apressão de pico (Pmax) alcançada. Além disso, verificou-se que deflexão efragmentação bem sucedidas da onda de pressão de deflagração podem seralcançadas selecionando e colocando materiais de atenuação adequados emuma região definida em que combustão e deflagração são prováveis deocorrer, tal como na região de entrada definida 20 do reator tubular 10.Conforme será discutido em mais detalhe daqui em diante, materiais deatenuação "adequados" significa materiais de atenuação selecionados combase na sua geometria, que incluem tanto tamanho quanto forma, com relaçãoao tamanho e forma da região definida.

Por exemplo, Figura 3 A é uma vista lateral em elevaçãotransversal esquemática da região de entrada definida vazia 20, isto é, semnenhum material de atenuação colocado nela, que correlaciona materiais deatenuação que ocupam 0 % do volume da região de entrada definida 20. Daforma descrita anteriormente, a região de entrada definida 20 é mostradaligada pela chapa do tubo de entrada 14 e a cabeça do reator 24. Conformeserá descrito em mais detalhe daqui em diante, a figura 3B mostra umamodalidade da presente invenção em que a região de entrada definida 20 dafigura 3A contém material de atenuação que compreende componentes deesfera cerâmica 28 e fornece um volume de preenchimento de pelo menos 20% em volume da região de entrada definida 20.

Em casos como os mostrados na figura 3B, onde a região deentrada definida 20 é localizada no topo do vaso de processo e o vaso deprocesso é um reator tubular com tubos verticais paralelos, é convenienteinstalar uma barreira, tal como uma malha cerâmica ou película de tela de fio30, através da área transversal (ver, por exemplo, Figura 2) da região deentrada definida 20 para prevenir que os componentes 28 do material deatenuação entrem nos tubos 12a, 12b, 12c, 12d por meio da película do tuboperfurada 14 (ver, por exemplo, Figura 1). O uso da barreira 30 éespecialmente benéfica em virtude de ela permitir que um espaço vazio, ou"região vazia", seja mantido na seção mais superior de cada um dos tubos12a, 12b, 12c, 12d, onde as extremidades do tubo passam através da primeirapelícula do tubo 14. Em virtude da espessura tipicamente grande da películado tubo 14, em tais reatores tubulares usados para reações de oxidação, existeresfriamento limitado nesta seção mais superior de cada tubo. Assim, se estaregião contivesse material de atenuação, catalisador de oxidação ou mesmomateriais diluentes inertes, ela estaria sujeita a superaquecimento que pode,finalmente, causar falha da conexão fundida entre o tubo e película do tubo14. Além do custo de reparos, tal falha da conexão fundida entre o tubo epelícula do tubo 14 também pode resultar no vazamento de sal deresfriamento do lado do casco do reator tubular 10 na região de entradadefinida 20 formada pela cabeça do reator 24. Da forma discutida no pedidode patente U.S. No. 200610292046, a liberação do sal de resfriamentotipicamente compreende nitratos e nitritos (por exemplo, sal de FflTECcomercialmente disponível da DuPont of Wilmington, Delaware, USA) naregião de entrada definida 20 e as subsequentes reações de decomposição queocorrem, culminarão na autoignição indesejável do gás de alimentação doreator de oxidação de propileno.

Em uma modalidade da presente invenção (não mostrada persé), para formar uma barreira adequada 30, uma camada de 50-milímetros("mm") (2-polegadas) de espessura, (40 poros por polegada ("ppi")) telhas deespuma cerâmica reticuladas são colocadas diretamente na chapa do tubo deentrada de um reator tubular de oxidação de propileno de fluxo descendentepara formar uma barreira contínua que cobre a área transversal total dapelícula do tubo, prevenindo que qualquer material de atenuação não funcionenas extremidades dos tubos. Uma região de vazios, isto é, sem nenhummaterial e que é equivalente no comprimento à espessura do reator chapa dotubo de entrada é, desta forma, mantida nas extremidades do tubo superioresde cada tubo de reator, de maneira tal que o superaquecimento das conexõesfundidas entre os tubos e película do tubo seja evitado. Material de atenuação(não mostrado) compreendendo esferas de suporte DENSTONE 2000 de 13mm (1/2-polegada) (comercialmente disponível da Saint-Gobain Norpro ofStow, Ohio, USA, formalmente conhecido e agora incorporado a NortonChemical Process Products Corp.) é então colocado na região de entradadefinida, no topo desta barreira, para atenuar a pressão de deflagração deacordo com a presente invenção. Em uma modalidade como esta, as telhas deespuma cerâmica reticulada podem ser consideradas parte do material deatenuação, junto com as esferas DENSTONE. O material de atenuação, nestecaso a espuma cerâmica e as esferas, devem ocupar pelo menos 20 %, porexemplo, pelo menos 25 % ou ainda pelo menos 30 % ou pelo menos 50 % dovolume total da região de entrada definida 20, em que o volume ocupado pelomaterial de atenuação é a soma do volume dos componentes do material deatenuação e os volumes dos espaços vazios entre eles. Em outras palavras,uma quantidade de material de atenuação é colocada na região definida quefornece pelo menos 20 % volume de preenchimento na região definida.Em particular, mas sem ficar preso à teoria, contrário aoentendimento comumente mantido na técnica a mistura e maior turbulência degases combustíveis devem ser evitadas durante a deflagração em virtude deelas acelerarem a propagação da frente da chama e aumentarem a pressão depico alcançada e, desta forma, apressarem a transição para detonação,verificou-se que o aumento da mistura lateral do gás combustível,minimizando ao mesmo tempo a mistura axial, serve para defletir efragmentar a onda de pressão e, desta forma, remove energia da deflagraçãosuficiente para abaixar a pressão máxima atingida, diminuindo a propagaçãoda onda de pressão e frente da chama e prevenindo a transição paradetonação. "Mistura axial" é a mistura que aumenta a turbulência na direçãoaxial, que é a direção em que a onda de pressão e frente da chama estão sepropagando, enquanto que "mistura lateral" é a mistura que aumenta aturbulência do gás combustível em direções a não ser axialmente, porexemplo, sem limitação, substancialmente perpendicular à direção axial.Observou-se que tal mistura lateral é desejavelmente maior a medida em quemateriais de atenuação sólidos ou tortuosamente porosos que têm menoresdiâmetros efetivos são usados, entretanto, esta preferência por materiaismenores é limitada um pouco pela necessidade de evitar uma queda depressão muito grande na produção dos reagentes que ocorre quando materiaismuito pequenos são usados. Por exemplo, areia pode fornecer excelenteatenuação e fragmentação de uma onda de pressão, mas ela também causaráuma enorme e, no geral, inaceitável queda de pressão durante a operaçãonormal do reator e, desta forma, tipicamente não seria uma boa escolha comoo único material de atenuação.

Também contrário ao entendimento amplamente mantido porversados na técnica relevante que a chave para a proteção de deflagração,detonação e explosão é a transferência e remoção de calor, observou-se quedeflexão e fragmentação bem sucedidas da onda de pressão de deflagração,que finalmente reduz a intensidade do evento de deflagração e evita adetonação, em vez de ser totalmente controladas pelas forças de transferênciade calor também depende altamente: (1) da forma e tamanho, isto é, dageometria dos componentes do material de atenuação colocados na regiãodefinida contendo gás combustível e (2) das dimensões da região definida emsi. Assim, surpreendentemente, determinou-se que o material de construçãodos componentes do material de atenuação (e desta forma sua condutividadetérmica associada) é menos importante que sua geometria com relação àatenuação da pressão de deflagração máxima alcançada depois da ignição,Pmax. Alguns materiais metálicos que foram adotados seriam finalizadores dedeflagração e preventivos de detonação bem sucedidos efetivamentedesenvolvidos mais fracos em comparação aos materiais não metálicos deforma e tamanho mais apropriados. Além disso, algumas geometriasmostraram ser significativamente mais efetivas que outras, por exemplo,geometrias que apresentam caminhos axiais mínimos por meio dos quaisgases combustíveis podem passar (por exemplo, esferas sólidas), ouapresentam caminhos mais tortuosos e axiais mais curtos (material de malhade arame firmemente enrolado de espuma reticulada), tendem a defletir efragmentar as ondas de pressão de deflagração melhor que materiais tendogeometrias que apresentam caminhos axiais abertos, estendidos quandocolocados na região definida contendo o gás combustível (por exemplo,cilindros de anéis ocos).

Geralmente, entende-se que a minimização dos caminhosaxiais pode ser alcançada, pelo menos em parte, maximizando o fator derecheio e/ou minimizando o espaço vazio (intersticial) volumétrico entre oscomponentes do material de atenuação colocados na região definida de umvaso de processo, que é adicionalmente conhecido como dependente dageometria particular (tamanho e forma) do material de atenuação e seuscomponentes. A determinação e cálculos dos fatores de recheio e espaçovazio volumétrico estão de acordo com os versados na técnica com referênciaa textos e tratados básicos. Por exemplo, dados de densidade aparente &fração vazia podem ser medidas empiricamente (carregar um volume fixocom material, determinar a massa do material usado e então dividir peladensidade de uma partícula única para verificar quanto espaço livre estáincluído em uma base em %). Entretanto, muitos componentes adequados sãomateriais comercialmente disponíveis usados como material de recheio decoluna de separações ou de leito de transferência de calor oxidante térmicoregenerativo e fornecedores livremente publicam estes dados para taismateriais. Adicionalmente, existem muitos textos de referência que discutemos materiais de recheio mais comuns e dados de fração de recheio associadospodem ser consultados (vs. calculado) - ver, por exemplo, Tabela 23-1(página 710) de Unit Operations of Chemical Engineering, 3a Ed., W. L.McCabe e J.C. Smith, 1976, McGraw-Hill, New York.

O grau de sucesso obtido por um tipo particular de material deatenuação, tendo uma geometria e material de construção selecionados, éestimado, pelo menos em parte, por sua capacidade de diminuir a pressãomáxima (Pmax) atingida por uma onda de pressão de deflagração em gáscombustível em uma região definida de outra forma vazia, comparada àpressão máxima atingida no gás combustível nas mesmas condiçõesoperacionais na mesma região definida quando preenchida com o material deatenuação. O exemplo 1 a seguir fornece dados que mostram que anéis Pall de2-polegadas (50,8 mm) colocados em uma região definidasurpreendentemente aumentaram, em vez de diminuir, a pressão dedeflagração máxima atingida pelo gás combustível inflamado na regiãodefinida, comparado a uma região definida vazia. Os resultados dosexperimentos descritos no exemplo 1 também demonstram que camadas demalha de arame ondulada na região definida, que parecem ter fornecido umaárea superficial total significativamente maior, consistentemente diminuem apressão de deflagração máxima depois da ignição do gás combustível, masnotavelmente falham em extinguir a combustão por meio de mecanismos deremoção de calor.

Figuras 4A-4C e 5A-5J são cada uma série de imagensgráficas produzidas por software de modelo de computador, mostrando aprogressão de uma frente da onda de pressão de deflagração (PWF), emvários intervalos de tempo não excedendo um tempo transcorrido total de 200microssegundos, começando com ignição em um único ponto (P) em umaregião definida (DR). A região definida é a região de entrada em forma dedomo de um vaso de reator tubular (tal como discutido anteriormente comrelação às figuras 1-3). As imagens das figuras 4A-4C e 5A-5J mostram aregião definida de uma vista lateral, similar à fornecida nas figuras 3 A & B. Asombra da onda de pressão varia com a pressão, de maneira tal que a cor cinzamais escura de uma porção de uma onda de pressão indique uma maiorpressão localizada que em outras porções da onda de pressão. Por exemplo, nafigura 4B pode-se ver que a borda de avanço (PWF) da frente da onda depressão de deflagração é uma sombra cinza mais escura comparada à sombraligeiramente mais clara, mas não particularmente clara, de cinza vista atrás dafrente de avanço e próxima do ponto de ignição (P).

Em particular, a série de imagens nas figuras 4A-4C mostra aprogressão de uma frente da onda de pressão de deflagração (PWF) do pontode ignição (P) na região definida (DR) não contendo nenhum material deatenuação. Em um vaso vazio, a frente da onda de pressão de deflagraçãopropaga através do vaso vazio, estavelmente em todas as direções longe doponto de ignição, da forma mostrada nas figuras 4A-4C, pela borda de avançosemicircular do PWF. Figuras 5A-5J mostram a progressão de umadeflagração (PWF) do ponto de ignição (P) na região definida (DR), mas aregião definida (DR) agora contém material de atenuação compreendendoesferas cerâmicas (CS). Revendo as figuras 5A-5J pode-se ver que a frente daonda de pressão de deflagração ainda continua externamente em todas asdireções do ponto de ignição, mas que a frente da onda macia, contínua,semicircular é defletida e fragmentada quando entra em contato com omaterial de atenuação. Mesmo que uma pressão de deflagração máxima (Pmax)ainda seja alcançada quando o material de atenuação é usado, a Pmaxalcançada é menor que a Pmax alcançada pela deflagração no vaso de testevazio. Também pode-se ver que a propagação da frente da onda de pressão dedeflagração leva muito pouco tempo - na ordem de poucos centésimos demicrossegundos. Isto indica que a deflexão lateral da onda de pressão dedeflagração por algum tipo de material de atenuação compreendendocomponentes sólidos diminui a pressão máxima finalmente alcançada pelaonda de pressão.

Da forma previamente estabelecida, observa-se que umacaracterística mais relevante que transferência de calor impacta na capacidadedo material de atenuação de fragmentar a onda de pressão de deflagraçãosuficientemente para evitar a detonação: a geometria dos componentes domaterial de atenuação, com relação à forma e tamanho da área definida dovaso de processo. O "diâmetro efetivo" é uma característica quantificável domaterial de atenuação tendo uma pluralidade de componentes, tais comoesferas cerâmicas, ou anéis de Pall etc, que foi desenvolvida pelos inventorespara quantificar o perfil transversal de cada componente do material deatenuação disponível para impedir a propagação da frente da onda de pressãodurante a deflagração. Sem ficar limitado à teoria, o "diâmetro efetivo," daforma aqui usada, é análogo ao conceito de "diâmetro hidráulico" que éconhecido pelos versados na técnica de projeto de controle de chama. Oconceito de diâmetro hidráulico fornece maior para quantificar o efeito dageometria e área superficial de tubulações e condutos não circulares comrelação à remoção de energia térmica de fluidos que fluem através deles.Similarmente, o conceito de "diâmetro efetivo" foi desenvolvido parafornecer quantificação análoga dos efeitos da geometria do material deatenuação tendo componentes não esféricos na propagação de uma frente deonda de pressão através deles, comparados, no geral, a componentes esféricos,que apresentam um perfil transversal consistentemente circular como umimpedimento para a propagação da onda de pressão.

"Componentes geralmente esféricos" significa componentescom uma geometria exterior que, quando inscrita em uma esfera, ocupa maisque cerca de 50 % do volume total da esfera (= razão de volume inscrito >0,50). Por exemplo, no caso de um cubo, a razão de volume inscrito é cercade 0,68 e para um cilindro DENSTONE com L:D aproximadamente igual[(por exemplo, L = 0,375 polegada (0,95 cm): D = 0,25 polegada (0,63 cm),volume = 0,0184 polegada cúbica (0,30 cm ); Ds=l,14 cm, então o volume daesfera = 0,0479 polegada cúbica (0,78 cm3); & razão é então 0,0184/0,0479 =0,3840], ele é cerca de 0,38. O cálculo matemático da razão de volumeinscrito pode ser prontamente realizado pelos versados na técnica emgeometria e trigonometria. Tais cálculos são certamente simplificados quandoa geometria da partícula envolvida inclui um ou mais eixos de simetria, talcomo ocorre com sólidos de revolução. No caso de partículas multifacetadasque remontam poliedro regular, a forma de superfície começa a se aproximarde uma esfera a medida em que o número de faces aumenta e a razão devolume inscrito aproxima de 1.

O "diâmetro efetivo" dos componentes do material deatenuação, da forma que este termo é aqui usado, significa o diâmetro médiode uma esfera em que um único componente médio é inscrito. "Diâmetroefetivo igual" significa um diâmetro efetivo que é numericamente o mesmoem uma tolerância de medição de cerca de + 1- 5 %, por exemplo, ou ainda 10% ou 20 %.

Requerentes verificaram que tanto a geometria quantodiâmetro efetivo dos componentes que atenuam a pressão individual (porexemplo, geometria do componente), bem como a ordem ou embalagemdestes componentes com relação um ao outro podem afetar o grau deatenuação de pressão alcançado em um vaso de processo particular. De umamaneira geral, quanto menor o diâmetro efetivo dos componentes, maior aatenuação da pressão. Adicionalmente, requerentes observaram que múltiplascamadas dos componentes de material de atenuação produzem um grau maiorde atenuação da pressão de deflagração que uma única camada doscomponentes e que a maior atenuação é possível quando a maioria da áreadefinida do vaso de processo é preenchida com material de atenuação.

No caso onde múltiplas camadas de partículas são usadas paraatenuar a pressão de deflagração com um vaso de processo, prefere-se que asmúltiplas camadas de tais partículas sejam organizadas em uma geometria devolume bem ordenada que minimiza "canalização." Canalização significadesenvolvimento de fluxo relativamente não construído do fluido ao longo docaminho em uma configuração de obstáculos ou equipamento que apresentamcaminhos de passagem pelo menos semicontíguos através dos quais o fluidopode facilmente e estavelmente fluir, em vez de ser defletido ou atrapalhado.

Em um caso ideal, somente partículas perfeitamente macias,uniformemente esféricas exatamente do mesmo diâmetro devem ser usadas,em virtude de tais partículas se automontarem ou "auto-ordenarem" em umageometria de volume com orientação cúbica centrada na face uniforme. Estecomportamento de auto-ordenação é desejável em virtude de fornecer obenefício de uma geometria de volume bem ordenada, apresentando pouca ounenhuma abertura contígua através da qual o fluido pode fluir, sem anecessidade de ajuste manual significativo dos componentes. Materiais deatenuação cujos componentes tendem a ser de auto-ordenação possibilitam opreenchimento eficiente de um vaso simplesmente vertendo ou despejandomaterial de atenuação na área definida do vaso de processo.

Felizmente, requerentes verificaram que o material deatenuação compreende, no geral, componentes esféricos de diâmetro efetivoigual que se aproxima deste comportamento de esfera ideal muito bem, compartículas que têm maiores razão de volume inscrito mais intimamente seaproximando deste comportamento de esfera ideal.

Assim, conforme será descrito daqui em diante em maisdetalhe, é possível agora para versados na técnica realizar as etapas de:selecionado um material particulado de um dado tamanho, verificando seudesempenho da atenuação da pressão em uma esfera de teste de laboratório eentão colocando este material exato (da forma testada) em um vaso deprocesso muito maior, em escala comercial para obter o benefício deatenuação da pressão de deflagração.

No caso onde são utilizados materiais de atenuaçãocompreendendo, no geral, partículas esféricas de igual diâmetro efetivo, podeser desejável utilizar material de atenuação com componentes de tamanhomaior que os testados no aparelho do laboratório. Isto se dá em virtude de aqueda de pressão de um dado fluxo de gás através de uma coleção decomponentes poder ser minimizada quando o diâmetro efetivo doscomponentes é maior. Alta queda de pressão requer maior pressurização dogás alimentado no vaso de processo (por meio, por exemplo, do uso de umsistema de compressão de gás), que é caro. Além do mais, maiorpressurização das alimentações de gás tem um efeito adverso nos limites deinflamabilidade e temperatura de autoignição do sistema. Infelizmente, oobjetivo de minimizar a queda de pressão é diretamente oposto ao objetivo demaximizar a atenuação da pressão por meio do uso de pequenas partículas (daforma estabelecida anteriormente) e se torna difícil na prática refinar estasituação sem realizar um número proibitivamente grande de testes delaboratório caros.

Felizmente, investigações extensivas dos requerentes mostrouinesperada e surpreendentemente que é possível prever o comportamento domaterial de atenuação compreendendo componentes com um diâmetro efetivodiferente dos componentes do material de atenuação realmente testado nolaboratório. Mais particularmente, o método da presente invenção foidesenvolvido, com o qual versados na técnica podem realizar relativamentepoucos testes de laboratório e então extrapolar os resultados para selecionardiâmetros efetivos apropriados para os componentes do material de atenuaçãoem vasos de grande escala comercial. Este método envolve a determinação dofator de mistura de deflagração (DMF) para dadas geometrias de partícula.

O DMF fornece uma base para identificar o diâmetro efetivomáximo que pode ser usado em um dado vaso de processo de maneira a obteratenuação da pressão de deflagração. Sem um método como este, serianecessário construir sistemas de teste em escala total no laboratório demaneira a se obter esta informação. Dado que muitos vasos de podem ter 20ou mais pés (6,1 ou mais metros) de diâmetro, uma abordagem de teste comoesta é impraticável. Neste exemplo, bolas de cerâmica sólidas, ocas de 3,6polegadas (9,14 centímetros) de diâmetro podem ser efetivamente usadas emum vaso comercial tendo um diâmetro de 22 pés (6,7 metros), com base noteste bem sucedido de esferas DENSTONE de lA de polegada no vaso de testede laboratório de 10 litros. Exatamente como a pressão de deflagraçãomáxima, Pmax, de um vaso vazio depende do estágio inicial da composição,temperatura e pressão do gás combustível na região definida do vaso deprocesso, assim também é a relação do valor DMF em função de Pmax para umdado componente de material de atenuação. Entretanto, uma vez que o estágioinicial da composição, temperatura e pressão do gás combustível no vaso deprocesso é fixo, a relação de DMF em função de Pmax também é fixa.

Torna-se evidente com base nos exemplos fornecidos daquiem diante, em que uma mistura de gás combustível compreendendo propilenoa 35 libras por polegada quadrada ("psig") (0,24 mPa) e 225 °C (437 °F) foiusado, que partículas com um DMF maior que cerca de 14 não fornecerãoatenuação da pressão de deflagração significativa para manter a pressão depico abaixo da pressão do vaso permitida máxima desejada e então não devemser selecionadas.

O método da presente invenção foi desenvolvido para uso commateriais de atenuação tendo, no geral, componentes esféricos de diâmetroefetivo igual. Acredita-se que o método mais preciso prevê comportamento deatenuação da pressão quando a razão de volume inscrito é alta e, desta forma,prefere-se usar materiais de atenuação tendo componentes com uma razão devolume inscrito > 0,3 (cilindro DENSTONE), mais preferivelmente,componentes com uma razão de volume inscrito > 0,6 (cubo), ou mesmocomponentes com uma razão de volume inscrito > 0,9 (esferas DENSTONE).

Também determinou-se que o método pode ser efetivamenteusado com material de atenuação compreendendo componentes de espumacerâmica reticulados, em que o diâmetro do tamanho de poro médio ésubstituído pelo diâmetro efetivo de um componente esférico. Por exemplo,espuma cerâmica com uma porosidade nominal de 20 poros por polegada("ppi") teriam um diâmetro efetivo de 1,27 mm (25,4 mm / 20).

O método também será razoavelmente efetivo na previsão docomportamento de um material de atenuação compreendendo uma mistura degeralmente dois componentes esféricos, tais como, por exemplo, esferasDENSTONE e cilindros DENSTONE. Se os diâmetros efetivos dos dois tiposde componentes forem os mesmos, a mistura aproximará o desempenho deum material de atenuação tipo componente único e a exatidão da previsão serámelhor em menores diâmetros efetivos.

Em uma modalidade onde geralmente dois componentesesféricos de diferentes diâmetros efetivos são utilizados para o material deatenuação, prefere-se que a razão dos diâmetros do componente(Dgrande/Dpequeno) seja pelo menos 100, por exemplo, pelo menos 1.000.Diferenças nos diâmetros podem impactar negativamente a ordem dascamadas do componente, criando lacunas tipo canal na região de interfaceentre duas partículas (de tamanhos diferentes) adjacentes, que certamentediminui a atenuação da pressão local na região. A medida em que a diferençade tamanho aumenta, o componente de diâmetro grande começa a ter menosefeito prejudicial na atenuação da pressão, em virtude de as menorespartículas poderem mais facilmente juntar nas regiões de interface entre aspartículas de diâmetro grande. No limite de diferenças de tamanho muitograndes, o raio do componente grande de curvatura se torna insignificante naregião da interface e a geometria do componente grande é equivalente àparede do vaso relativo aos componentes pequenos adjacentes. Estaabordagem de usar "partículas" de tamanhos muito diferentes é especialmentevaliosa quando o preenchimento de todo o volume com partículas pequenas éum problema (por exemplo, onde componentes são tão densos que limitaçõesde peso máximo para o vaso de processo excedem) e o maior componente temuma densidade menor que a densidade do componente pequeno, tal comoonde o maior componente é oco.

Observa-se que outras estruturas internas grandes, tais comomantas de fibra de cerâmica ou o inserto cônico descrito na patente U.S. No.6.649.137 (ver figura 20), podem ser colocadas na área definida do vaso deprocesso, junto com materiais de atenuação adequados, de acordo com ométodo da presente invenção. O uso de outras estruturas internas grandesreduz o volume da região definida do vaso de processo, reduzindo assim aquantidade de material de atenuação necessária para preencher a regiãodefinida e, por sua vez, diminui o peso total dos materiais adicionados à áreadefinida, obtendo ainda ao mesmo tempo um grau efetivo de atenuação dapressão de deflagração.

Em um aspecto da presente invenção, um método é fornecidopara atenuar a pressão de deflagração produzida pela combustão de gáscombustível em uma região definida de um vaso de processo. Por exemplo,sem limitação, o vaso de processo pode ser, da forma mostrada na figura 1,um reator de casco e de tubo usado para oxidação catalítica dehidrocarbonetos e a região definida podem ser a região de entrada do reator,ligada pela cabeça do reator 24 e primeira película do tubo 14. O vaso deprocesso tem uma pressão de contenção permitida máxima, P(c)(freqüentemente fornecida pelo fabricante como parte das especificações doprojeto e de operação) e a região definida tem um raio transversal, R(v). Ovaso de processo é operado em condições operacionais conhecidas quecompreendem composição de gás de alimentação, temperatura e pressãoiniciais. A composição de gás de alimentação inicial pode adicionalmentecompreender uma mistura inflamável de hidrocarbonetos e oxigênio nas ditascondições operacionais. Depois da ignição do gás combustível, uma onda depressão de deflagração propaga e atinge uma pressão de pico P(max) naregião definida. No geral, a pressão de deflagração resultante da ignição ditaanteriormente é atenuada selecionando e colocando o material de atenuaçãoadequado na região definida do vaso de processo. O material de atenuaçãoadequado mantém sua forma física em condições operacionais do processo etem uma pluralidade de componentes. Os componentes do material deatenuação têm um diâmetro efetivo e também podem ter uma geometria.

A primeira etapa do método de acordo com a presenteinvenção é determinar o diâmetro efetivo máximo dos componentes domaterial de atenuação que é adequado para uso na região definida do vaso deprocesso em que um gás combustível particular estará presente. Isto érealizado desenvolvendo dados empíricos compreendendo pares associadosde pressões de deflagração de pico e fatores de mistura de deflagração, quedemonstra uma relação linear entre uma pluralidade de materiais deatenuação, pelo menos um dos quais tem componentes com um diâmetroefetivo que difere dos diâmetros efetivos dos componentes dos outrosmateriais de atenuação e as pressões de pico alcançadas depois da ignição dogás combustível tendo a mesma composição que a composição de gás dealimentação inicial.

Mais particularmente, os dados empíricos compreendendopares associados de pressões de deflagração de pico (Pmax) e fatores demistura de deflagração (DMF) são desenvolvidos realizando múltiplos testesexperimentais usando uma esfera de teste e um gás combustível decomposição conhecida, consistente e condições fixas de temperatura e pressãode gás combustível iniciais, para cada experimento. A esfera de teste tem umraio, R(ts) e é equipada com sensores e detectores para coletar e registrardados de temperatura e pressão durante os testes experimentais. Durante cadateste experimental, a esfera de teste é preenchida com o gás combustível, emcondições operacionais conhecidas, tais como pressão e temperatura iniciais eentão o gás combustível é inflamado. O gás combustível pode compreender,por exemplo, sem limitação, um ou mais hidrocarbonetos e oxigênio. Apressão de deflagração máxima ou de "pico" alcançada durante a deflagraçãoé medida e registrada para cada teste experimental. Inicialmente, a esfera deteste não contém nenhum material de atenuação quando o gás combustível éalimentado na esfera de teste e inflamado. A pressão de deflagração de pico,Pmax(0), resultante da ignição do gás combustível na ausência de qualquermaterial de atenuação é registrada e a esfera evacuada na preparação para opróximo teste experimental.

Pelo menos dois testes experimentais subsequentes sãoconduzidos com a esfera de teste sendo carregada com a mesma composiçãode gás combustível, mas com diferentes materiais de atenuação na esfera deteste para cada teste. A pressão de deflagração de pico é registrada para cadamaterial de atenuação testado. Mais particularmente, a esfera de teste écarregada com um primeiro material de atenuação selecionado tendo umprimeiro diâmetro efetivo, Ds(l), então o gás combustível é fornecido einflamado, depois do qual uma primeira pressão de deflagração de pico,Pmax(l)» associada a um primeiro material de atenuação selecionado, éregistrada. Pelo menos um teste mais experimental é conduzido em que aesfera de teste é carregada com um segundo material de atenuaçãoselecionado tendo um segundo diâmetro efetivo Ds(2), então o gáscombustível é fornecido e inflamado, depois do qual uma segunda pressão dedeflagração de pico, Pmax(2), associada ao segundo material de atenuaçãoselecionado, é registrada. Se desejado, testes experimentais adicionais podemser realizados, usando tipos adicionais de materiais de atenuação comdiferentes diâmetros efetivos. Conforme será facilmente entendido porversados na técnica, testes experimentais adicionais fornecerão dadosempíricos adicionais, que seriam esperados para fornecer um modelo maisrobusto e confiável para determinar o tipo e tamanho de material de atenuaçãopara usar em um vaso de processo de escala industrial real, mas para produzirum modelo linear, tal como o aqui utilizado, um mínimo de dois pontos dedados é requerido. Certamente, os mesmos dados podem ser obtidos testandoum material de atenuação de uma geometria específica, repetidamente emesfera de testes de volume variado (por exemplo, tendo raios diferentes), porexemplo, uma esfera de teste de 5 litros, uma outra de 10 litros e uma outra de20 litros de volume.

Certamente, conforme será prontamente percebido por umversado na técnica, se o Pmax resultante do primeiro teste experimental usandomaterial de atenuação demonstra que o material de atenuação particulartestado fornece suficiente redução na Pmax, de maneira tal que a Pmax sejamenor que a pressão do projeto do vaso de processo em que ele deve serusado, então não é estritamente necessário realizar testes adicionais commateriais de atenuação diferentemente classificados. Ao contrário, estesresultados suportariam a conclusão que material de atenuação, tendo a mesmageometria e diâmetro efetivo que o material testado no primeiro testeexperimental, seria adequado para disposição na região definida do vaso deprocesso para atenuar a pressão de deflagração nele, de acordo com a presenteinvenção. Assim, o material de atenuação da mesma geometria e diâmetroefetivo que o material testado pode ser colocado na região definida em umaquantidade que fornece pelo menos 20 % de volume de preenchimento.Existirá uma queda de pressão através da região definida como um resultadoda disposição dos materiais de atenuação nela, entretanto, se a quantidade dequeda de pressão for aceitável, então teste experimental adicional pode serevitado.

Observou-se que a extensão da atenuação da pressão dedeflagração depende da quantidade de material de atenuação usado (isto é, aporcentagem de volume de preenchimento na região definida); assim, a maiorredução na Pmax para qualquer dado material de atenuação será obtida quando100 % do volume de preenchimento do material de atenuação específico forusado. Da forma observada no exemplo 3, o uso de menos que cerca de 20 %de volume de preenchimento fornece pouca, se alguma, redução mensurávelna Pmax e não é recomendada. Desta forma, ficará aparente para um versadona técnica, dado o benefício da presente descrição, que quando múltiplostestes experimentais são realizados para criar um modelo linear, tal como odescrito anteriormente, um modelo mais robusto e confiável será obtido setodos os experimentos forem realizados usando a mesma porcentagem devolume de preenchimento na esfera de teste. Adicionalmente, se for desejadoutilizar o método da presente invenção com menos que 100 % de volume depreenchimento de material de atenuação no vaso de processo, é recomendadoque o teste experimental seja realizado usando a quantidade equivalente dematerial de atenuação na esfera de teste. Por exemplo, se for desejado utilizarum 50 % de volume de preenchimento de um dado material de atenuação emum dado vaso de processo, o teste experimental deve ser realizado com umequivalente de 50 % de volume de preenchimento na esfera de teste demaneira a se obter os dados experimentais mais representativos paraextrapolação.

Com relação ao material de atenuação, a geometria doscomponentes do material de atenuação pode ter, por exemplo, mas semlimitação, um ou mais das seguintes formas: esférica, oval, cilíndrica, de sela,de bloco, alongada e poliédrica e devem ter pelo menos uma característicaselecionada do grupo que consiste em: sólido, oco, poroso e tendo pelo menosuma passagem principal. Além disso, o material de atenuação pode ser feitode pelo menos um tipo de material selecionado do grupo que consiste em:cerâmico, mineral, metal e polímero. Além disso, pode ser mais informativoselecionar o primeiro e segundo materiais de atenuação, de maneira tal que ageometria, em particular, o diâmetro efetivo (Ds(l)), dos componentes doprimeiro material de atenuação selecionado seja diferente da geometria, isto é,o diâmetro efetivo (Ds(2)), dos componentes do segundo material deatenuação.

Em seguida, para cada pressão de deflagração de pico (Pmax(0),Pmax(l)> Pmax(2) .. . Pmax(n), onde "n" é o número total de testes experimentaisrealizados com a esfera de teste), um fator de mistura de deflagraçãocorrespondente (DMF(O), DMF(l), DMF(2),.. DMF(n), onde "n" é o númerototal de testes experimentais realizados) é calculado usando a seguintefórmula:

DMF(n) - (Ds(n)/R(ts)) x 40

em que n = 0, 1, 2 . . . n e Ds(n) e R(ts) são cada um medidosem centímetros.

Agora que um conjunto de dados bivariados (x, y) foidesenvolvido, o a relação linear aproximada entre a pressão de deflagração depico Pmax(n) e o fator de mistura de deflagração DMF(n) para materiais degeometria similar, mas diferentes diâmetros efetivos pode ser determinado(isto é, linearização) usando a técnica algébrica, bem conhecida pelosversados na técnica, que requer resolver a seguinte equação, com base nospares de dados, para determinar os valores constantes para as variáveis M e B:

Pmax(n) = MxDMF(n) + Bem que n = 0, 1, 2 . . . n.

Uma vez que os valores das constantes B e M foramcalculadas e, conhecendo-se a pressão de contenção máxima permitida (P(c))do vaso de processo da informação do projeto do fabricante, o fator demistura de deflagração máximo (DMF(a)) que pode estar contido no vaso deprocesso é calculado usando os valores conhecidos de B, M e (P(c)):

DMF(a) = [P(c)-B]/M.

Finalmente, o diâmetro efetivo máximo (Ds(A)) doscomponentes do material de atenuação esperado para atenuar com êxito apressão de deflagração suficientemente para reduzir a pressão máximaalcançada (Pmax) e evitar a detonação na região definida do vaso de processo,pode ser calculado usando a seguinte relação matemática:

Ds(a) = [ DMF(a) x R(v) ] / 40; e

Conhecendo o diâmetro efetivo máximo (Ds(a)) para oscomponentes do material de atenuação, um material de atenuação adequadopara o vaso de processo particular à mão é selecionado, em que oscomponentes do material de atenuação têm um diâmetro efetivo menor ouigual ao diâmetro efetivo máximo calculado (Ds(a)). O material de atenuaçãoselecionado é colocado na região definida do vaso de processo, de umamaneira que minimiza espaços vazios e caminhos abertos entre oscomponentes. O material de atenuação deve ocupar pelo menos 20 % emvolume da região definida, por exemplo, pelo menos 40 %, ou ainda pelomenos 60 % ou pelo menos 80 %. Da forma discutida anteriormente, algunsmateriais de atenuação compreendem componentes que são de auto ordenaçãoquando fornecidos a um vaso ou região definida nele e naturalmente assentame alinham entre si, de maneira tal que os espaços vazios e os caminhos abertosentre eles sejam razoavelmente uniformes e minimizados. Entretanto, quandoo material de atenuação não é de auto ordenação quando aleatoriamentefornecido na região definida do vaso de processo, a etapa de colocá-los naregião definida requer posicionamento manual de cada componente domaterial de atenuação na região definida para minimizar espaços vazios ecaminhos abertos entre os componentes e tornar tais espaços e caminhos omais uniformes possível.

Conforme será prontamente entendido pelos versados natécnica, a etapa de determinar empiricamente a pressão de deflagração de pico(Pmax(O)) pode ser realizada inflamando o gás combustível na esfera de teste,que está de outra maneira vazia, na pressão e temperatura das condiçõesoperacionais pré-determinadas e então medindo a maior pressão (Pmax(0))alcançada na esfera de teste, depois da ignição. Similarmente, a etapa dedeterminar empiricamente uma primeira pressão de deflagração de pico(Pmax(l)) pode ser realizada inflamando gás combustível na esfera de teste,depois de carregá-la com o primeiro material de atenuação selecionado, napressão e temperatura das condições operacionais pré-determinadas e entãomedindo a maior pressão (Pmax(l)) alcançada na esfera de teste carregada como primeiro material de atenuação selecionado, depois da ignição. Certamente,a etapa de determinar empiricamente uma segunda pressão de deflagração depico (Pmax(2)) pode ser realizada inflamando o gás combustível na esfera deteste, depois de carregá-la com o segundo material de atenuação selecionado,na pressão e temperatura das condições operacionais pré-determinadas e entãomedindo a maior pressão (Pmax(2)) alcançada na esfera de teste carregada como segundo material de atenuação selecionado, depois da ignição. Pressõesmáximas (Pmax(n)) para tipos e tamanhos adicionais (isto é, terceiro, quarto,etc.) de materiais de atenuação são determinadas pelo mesmo método descritoanteriormente.

Em uma outra modalidade da presente invenção, é fornecidoum reator tubular que é adaptado para atenuação da pressão de deflagraçãoresultante da combustão de gás combustível nele. O reator tubular tem, nogeral, uma configuração convencional, da forma descrita anteriormente comrelação à figura 1, em que ele compreende uma pluralidade de tubos, cada umestendendo-se entre uma primeira e uma segunda placa perfurada, todas asquais estão encerrados em um casco. O encerramento dos tubos e placasperfuradas pelo casco forma uma região do lado do casco para circulação defluido em volta da pluralidade de tubos e uma região de lado da reação. Aregião do lado da reação compreende uma região de entrada definida, ligadaem um lado pela primeira placa perfurada e tendo um raio substancialmenteigual al raio da primeira placa perfurada e uma região de saída definida ligadaem um lado pela segunda placa perfurada e tendo um raio substancialmenteigual ao raio da segunda placa perfurada. Cada uma da pluralidade de tubosestá em comunicação fluídica tanto com a região de entrada definida quantode saída definida para render fluidos de reação. O reator tubular de acordocom a presente invenção adicionalmente compreende material de atenuaçãotendo uma pluralidade de componentes, todos os quais têm uma geometria eque são colocados, de maneira tal que espaços vazios e caminhos abertosentre os componentes sejam minimizados. O material de atenuação ocupapelo menos 20 %, por exemplo, pelo menos 40 %, ou pelo menos 60 % oupelo menos 80 % de pelo menos uma das regiões de entrada definida e aregião de saída definida. Além do mais, os componentes do material deatenuação têm um diâmetro efetivo (Ds(A)) que satisfaz a o seguinte relaçãomatemática:

Ds(a) = [ DMF(a) x R(v)] / 40em que Ds(a) está em centímetros, (DMF(a)) é o fator demistura de deflagração associado ao material de atenuação e que édeterminado empiricamente pelo método descrito anteriormente e R(v) estáem centímetros e é o raio de qualquer região de entrada ou saída definidaocupara pelo material de atenuação.Onde o reator tubular é usado para a oxidação catalítica de fasegasosa de hidrocarbonetos Ci-C8, por exemplo, hidrocarbonetos C3-C8, paraproduzir seus produtos oxigenados correspondentes incluindo, mas semlimitações, aldeídos insaturados e ácidos carboxílicos insaturados, gáscombustível está presente nas regiões definidas. O gás combustível éfreqüentemente uma mistura de um ou mais hidrocarbonetos Q-Cs eoxigênio, entre outros componentes possíveis, tais como um ou mais produtosoxigenados e materiais inertes. Exemplos de oxidações catalíticas de fasegasosa incluem, mas sem limitações: oxidação de isobutileno a metacroleínaou ácido metacrílico; oxidação de isobutano a metacroleína ou ácidometacrílico; oxidação de butano a anidrido maleico; oxidação de propano aacroleína ou ácido acrílico; oxidação de propileno a acroleína ou ácidoacrílico; e amoxidação de metano a cianeto de hidrogênio.

Da forma discutida anteriormente, a geometria do material deatenuação compreende pelo menos uma forma selecionada do grupo queconsiste em: esférica, oval, cilíndrica, forma de sela, forma de bloco, alongadae poliédrica e pelo menos uma característica selecionada do grupo queconsiste em: sólido, oco, poroso e tendo pelo menos uma passagem principal.Além disso, o material de atenuação compreende pelo menos um tipo dematerial selecionado do grupo que consiste em: cerâmica, mineral, metal epolímero. Exemplos materiais de atenuação adequados incluem, mas semlimitações: selas cerâmicas, partículas de vermiculita, cilindroscompreendendo cobertor de cerâmica FIBERFRAX laminada (materialFIBERFRAX é comercialmente disponível da Unifrax of Niagra Falls, NewYork, USA), bola de gude de vidro, catalisador de oxidação tipo oxido demetal misto usado, partículas de carbonato de cálcio, anéis de Raschig dealumínio, cilindros pré-fundidos compreendendo bolhas de alumina, bolas debilhar de resina fenólica, bolas de aço inoxidável ocas, telhas de espuma decobre reticuladas, meio de topo de leito Pentaring (comercialmente disponívelda Saint-Gobain Norpro of Stow, Ohio, USA) e mancais de esfera de carbetode silício.

Em uma modalidade adicional do reator tubular da presenteinvenção, dois ou mais materiais de atenuação estão presentes em pelo menosuma das regiões de entrada definida e região de saída definida e pelo menosum dos materiais de atenuação tem componentes com uma geometriadiferente da geometria dos componentes do outro material de atenuação.

Em particular, dois ou mais materiais de atenuação podemestar presentes em pelo menos uma das regiões de entrada definida e regiãode saída definida. Pelo menos um dos materiais de atenuação deve tercomponentes com um diâmetro efetivo (Ds(a)) que satisfaz a seguinte relaçãomatemática:

Ds(a) =[DMF(a) x R(v) ] / 40

em que Ds(a) está em centímetros, (DMF(a)) é o fator demistura de deflagração associado ao material de atenuação e que édeterminado empiricamente pelo método descrito anteriormente e R(v) estáem centímetros e é o raio de qualquer região de entrada ou saída definidaocupada pelo material de atenuação.

A presente invenção também fornece um método para realizarreações em fase gasosa seguramente em condições operacionais inflamáveis,que compreende uma composição de alimentação de gás, temperatura dereação e pressão de reação.

Se condições operacionais inflamáveis existem em qualquerdado sistema de reação, certamente, dependerá de inúmeras variáveisincluindo, mas sem limitações, do tipo de materiais gasosos e suas proporçõescontidas na composição de alimentação de gás, bem como da temperatura epressão na qual a reação(s) é/são realizada (isto é, a temperatura de reação e apressão de reação). Conforme é bem entendido por um versado na técnica,condições operacionais inflamáveis são as na qual existe o potencial paracorrentes gasosas contendo gás combustível, tais como alcanos e oxigênio,para inflamar, queimar e/ou explodir quando as concentrações relativas, ourazões, do gás combustível e oxigênio na mesma corrente gasosa nãofuncionam na região explosiva entre o limite explosivo superior (UEL) e olimite explosivo inferior (LEL), tais limites dependendo dos constituintesparticulares das correntes de alimentação, da temperatura e da pressão na qualeles existem nos processos. De maneira a evitar tais contratempos, asquantidades relativas de gás combustível (alcanos, alquenos) e oxigênio nascorrentes de alimentação gasosas de tais processos de oxidação sãotipicamente mantidos em valores fora da região explosiva, por exemplo, emrazões abaixo do LEL ou, alternativamente, acima do UEL. Esta abordagem,entretanto, limita a quantidade de produção de reagente que pode serempregada durante a reação e, desta forma, também limita a quantidade deproduto que pode ser produzido, dependendo da temperatura e pressãorequeridas para a reação particular de interesse para proceder em uma taxaeconomicamente viável. Versados na técnica são bem familiarizados com osvários métodos de determinar se condições operacionais inflamáveis existempara uma composição de alimentação de gás particular, que compreendehidrocarbonetos e oxigênio, em temperatura e pressão de reação particulares.Por exemplo, sem limitação, uma maneira de determinar a inflamabilidade deum sistema de reação particular é realizar medições de laboratório descritasno European Standard DIN EN 1839: Janeiro 2004.

O método da presente invenção para realizar as reações emfase gasosa seguramente em condições operacionais inflamáveis envolvefornecer um vaso de reação que tem uma região definida por meio da qual acomposição de alimentação de gás passa e a região definida é pelo menos 20% em volume ocupada por pelo menos um material de atenuação que mantémsua forma física nas condições operacionais inflamáveis. Este método derealizar reações em fase gasosa adicionalmente envolve fornecer um ou maismateriais gasosos ao vaso de reação para formar a composição de alimentaçãogasosa que passa através da região definida do vaso de reação e submeter acomposição de alimentação gasosa a uma ou mais reações no vaso de reação,a uma temperatura e pressão na quais a dita composição de alimentaçãogasosa é inflamável.

Um ou mais materiais gasosos compreendem umhidrocarboneto, um gás contendo oxigênio e, opcionalmente, um ou maismateriais inertes. "Hidrocarbonetos" incluem, por exemplo, sem limitação,alcanos, tais como metano, propano e butano e alquenos, tais como propilenoe isobutileno, bem como compostos de hidrocarboneto mais complexos. Otermo "gás contendo oxigênio," da forma aqui usada, significa qualquer gáscompreendendo de 0,01 % até 100 % de oxigênio ou compostos contendooxigênio incluindo, por exemplo, sem limitação: ar, ar enriquecido comoxigênio, oxido nitroso, dióxido de nitrogênio, oxigênio puro, misturas deoxigênio puro ou compostos contendo oxigênio com pelo menos um gásinerte, tais como nitrogênio e misturas destes. Embora o gás contendooxigênio possa ser gás oxigênio puro, normalmente é mais econômico usarum gás contendo oxigênio, tal como ar, quando a pureza não éparticularmente requerida. Também, materiais "inertes" incluem qualquermaterial que é substancialmente inerte, isto é, não participa, não é afetado,e/ou é inativo, na reação particular de interesse e, por exemplo, pode incluir,mas sem limitações: nitrogênio, vapor, gases nobres e dióxido de carbono.

O material de atenuação pode ser selecionado de acordo com ométodo da presente invenção descrito anteriormente que envolve realizartestes experimentais para determinar o diâmetro efetivo adequado máximodos componentes do material de atenuação. O material de atenuação pode serqualquer tipo de material selecionado do grupo que consiste em: cerâmica,mineral, metal e polímero. Os componentes do material de atenuação cada umtem uma geometria compreendendo pelo menos uma forma selecionada dogrupo que consiste em: esférica, oval, cilíndrica, fio, forma de sela, forma debloco, alongada e poliédrica e pelo menos uma característica selecionada dogrupo que consiste em: sólido, oco, poroso e tendo pelo menos uma passagemprincipal.

Em uma modalidade do método para realizar reações em fasegasosa seguramente em condições operacionais inflamáveis, o hidrocarbonetocompreende propileno, as reações em fase gasosa compreendem oxidação dopropileno. Nesta modalidade, os materiais de atenuação podem, por exemplo,compreender cilindros de malha de arame ondulado e poliedros de malha dearame ondulado. Em uma outra modalidade, os materiais gasososadicionalmente compreender amônia, o hidrocarboneto compreende metano eas reações em fase gasosa compreendem amoxidação do metano. Os materiaisde atenuação usados no reator para amoxidação de metano podemadequadamente compreender poliedros de espuma cerâmica.

EXEMPLOS

Exemplo 1

Um vaso de pressão de volume de 141 pés (4 m ), equipadocom uma fonte de ignição e vários sensores e dispositivos para medir atemperatura e pressão, foi usado para testar a pressão de deflagração máximaalcançada por gás combustível inflamado no vaso de pressão, tanto naausência quanto na presença de diferentes materiais de atenuação.

Primeiramente, o vaso de pressão vazio foi carregado com gáscombustível, tendo a composição de 4 % em volume de propileno, 11 % emvolume de nitrogênio e 85 % em volume de ar, com base no volume total dogás combustível e inflamado e a pressão de deflagração máxima realalcançada foi medida.

Depois da evacuação, o vaso de pressão foi carregado comanéis de Pall de aço inoxidável de 2-polegadas (5,1 cm) de diâmetro, obtendouma área superficial de 35 pés /pés (1,15 cm /cm ) e então novamentecarregado com o gás combustível mencionado anteriormente, que foiinflamado e medições de pressão foram feitas. O mesmo procedimento foirealizado com anéis de Pall de aço inoxidável de 1-polegada (2,54 cm),obtendo uma área superficial de 65 pés /pés (2,13 cm /cm ) e então comanéis de Pall de aço inoxidável de 5/8-polegadas (1,6 cm), obtendo uma áreasuperficial de 110 pés /pés (3.61 cm /cm ) e então com malha tecida de açoinoxidável ondulada (construída de 0,0105-polegada (0,2667 mm) dediâmetro de fio que foi ondulado e laminado para obter uma densidade de 288quilogramas/metro cúbico (18 libras/pé cúbico) e é comercialmentedisponível da Koch-Otto York Separations Technology of Wichita, KS) queforam colocados na região definida camada sobre camada até que a regiãodefinida fosse carregada, obtendo uma área superficial de 97 pés /pés (3,18 9 -3cm /cm ). A pressão de deflagração máxima obtida usando cada um dosmateriais de atenuação mencionados anteriormente, comparada à áreasuperficial total e às pressões máximas obtidas nos outros testes sãofornecidos a seguir na tabela 1.

Tabela 1

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A partir dos dados da tabela 1, ficará óbvio que nenhum dosmateriais testados preveniu com êxito a combustão em virtude de, se acombustão tivesse sido prevenida com êxito, não haver nenhum aumento depressão apreciável no vaso de teste (isto é, pressão inicial = Pmax) depois daignição. Adicionalmente, dado que todos os materiais de atenuação que foramtestados foram do mesmo material de construção (aço inoxidável) e, destaforma, tiveram a mesma condutividade térmica, seria esperado com base nospreceitos da técnica de projeto de contenção de chama que, se a remoção decalor foi de fato o mecanismo de controle neste sistema de teste, deve haveruma correlação muito forte entre a área superficial total e Pmax. Entretanto, éevidente a partir dos dados da tabela 1 que não existe correlação consistenteentre área superficial total e Pmax. Tanto anéis de Pall de uma polegada, comuma área superficial total de 7.150 pés (664,25 m ) quanto malha de arameondulado, com uma área superficial total de 13.580 pés (1.261,62 m ),alcançaram um valor Pmax menor que anéis de Pall de 518 polegadas (13,15m), com uma área superficial intermediária total de 12.100 pés (1.124,13 m ).Adicionalmente, anéis de Pall de 2 polegadas (0,05 m), com uma áreasuperficial total de 4.200 pés (390,19 m ), alcançaram um valor Pmax quesignificativamente excedeu o do vaso vazio (nenhuma área superficial). Adespeito dos preceitos da técnica anterior, estes resultados de testesurpreendentes sugerem que algum outro mecanismo, até agora nãoidentificado está funcionando em sistemas de gás combustível.

Exemplo 2

Figuras 6 e 7A-7D foram fornecidas para facilitar oentendimento do seguinte exemplo do método e um reator tubular, de acordocom a presente invenção.

De maneira a se obter fabricação de ácido acrílico em maiorestaxas de produção, uma escala comercial, reator de casco e tubo (tubular) deoxidação de propileno de alta produtividade (não mostrado per sé) foiconfigurado para operação segura com um gás de alimentação de alto teor dehidrocarboneto inflamável compreendendo mais que 7 % de propileno a umapressão de 2,55 bar (37 psia) e uma temperatura de 207 °C (405 °F). Taloperação de alta produtividade foi, até agora, inatingível, conforme o amploconhecimento da técnica anterior (ver, por exemplo, patentes U.S. Nos. US7.074.955, US 7.102.030 e US 7.326.810, bem como pedidos de patente U.S.Nos. US2006/0111575 e US2006/0166365), preceitua que operação nascondições de composição de alimentação inflamáveis ou mesmo próximo deinflamáveis deve ser evitada. Depois da implementação do método e aparelhoda presente invenção, entretanto, este valioso modo de operação pode agoraser utilizado para a segurança da operação de processos de oxidação de altaprodutividade, tal como, por exemplo, a fabricação de acroleína e ácidoacrílico.

O reator de casco e de tubo deste exemplo compreendia maisde 25.000 de tubos soldados a uma chapa do tubo de entrada de diâmetrohorizontal de 6.750 milímetros (22 pés) (não mostrado per se, mas refere-se,no geral, à figura 1 e à descrição em anexo). O reator de casco e de tubo foiconfigurado como um casco de reator simples, que significa que múltiplaszonas de reação, com diferentes composições de catalisador, foram presentesem um único vaso, cada tubo tendo múltiplas zonas e subzonas de reação paracondições de reação ideais.

O volume de topo livre (isto é, a região de entrada definida)deste reator de casco e de tubo de fluxo ascendente (significando a região deentrada definida é localizada na "base" do reator, isto é, região definida 22 nafigura 1) foi carregado com material de atenuação compreendendocomponentes que atenuam a pressão que atenuam a pressão de deflagração, deacordo com o método da presente invenção. Para atingir este resultado, omaterial de atenuação compreendeu uma variedade de componentes de malhade arame que foram manualmente posicionados na cabeça do reator paraminimizar caminhos de fluxo axial (por exemplo, para prevenir canalização).As figuras 6 e 7A-7D, no geral, ilustram a configuração resultante doscomponentes de malha de arame para esta modalidade, que é descrita em maisdetalhe daqui em diante.

O reator, de acordo com a modalidade inventiva desteexemplo, foi seguramente operado nas seguintes condições de alimentação:<table>table see original document page 54</column></row><table>

Com referência à figura 6, uma vista lateral em elevação doconjunto da cabeça da entrada do reator 30 é mostrada, conectada ao reator 32(somente parcialmente mostrada) de maneira a formar um volume de topolivre fechado (região de entrada definida 34) com a chapa do tubo de entrada 36.

Um flange de tubulação de entrada 38 é posicionado na linhacentral 40 do conjunto da cabeça de entrada 30 para permitir que o gás dealimentação (não mostrado per sé) entre no volume de topo livre (região deentrada definida 34). O conjunto da cabeça da entrada do reator 30compreende uma cabeça toriesférica 42 fundida a uma seção de canal deparede reta, longa de 1.855 milímetros (6,1 pés) 44. As dimensões do volumede topo livre do reator são, desta forma, cerca de 6.750 milímetros (22 pés) dediâmetro e cerca de 3.125 milímetros (10,25 pés) de altura geral medido nalinha central 40 do conjunto da cabeça de entrada 30. O volume de topo livrefechado 34 tem um volume de 96,1 metros cúbicos (3.393 pés cúbicos).

A malha de arame específica usada para preparar oscomponentes desta modalidade foi uma malha de arame tecida,compreendendo fio de aço inoxidável 304L de 0,0105 polegada de diâmetro(0,27 mm) - comumente referido como "malha de volume" - que foiondulado e laminado para alcançar uma densidade de 288 quilogramas/metrocúbico (18 libras/pé cúbico) e obtido da ACS Industries of Hartford, CT.Malha de arame adequada também pode ser comercialmente obtida da Koch-Otto York Separations Technology of Wichita, KS ou Metex Corporation ofEdison, NJ. Tipicamente, tal malha de arame é construída como um tubotrançado e é então tanto achatada para uso em uma forma de "manta" decamada dupla ou dividida para uso em uma forma de chapa de uma únicacamada.

Na presente modalidade, uma combinação de componentes demalha de arame, compreendendo cilindros e almofadas retangulares, foicolocada no volume de topo livre fechado 34. Para formar componentes demalha de arame cilíndricos ("rolos"), seções retangulares de malha de aramede duas camadas foram primeiramente onduladas e então enroladas paraformar um cilindro de uma altura final e diâmetro especificados, com umadensidade aparente de cerca de 288 quilogramas/metro cúbico (18 libras/pécúbico), com uma tolerância de +/- 0,5 libra/pé cúbico. Para formarcomponentes de malha de arame de almofada retangular ("mantas"), seçõesretangulares de malha de arame de duas camadas foram primeiramenteonduladas e então dispostas em camadas para formar uma almofadaretangular de um comprimento, largura e altura final especificadas com umadensidade aparente de cerca de 288 quilogramas/metro cúbico (18 libras/pécúbico).

Embora a ondulação seja opcional, o uso de ondulaçõesaumenta a fração vazia da malha de arame, fornecendo uma menor densidadeaparente para um menor peso total instalado de componentes. Em umamodalidade alternativa, malha de arame de duas camadas não onduladas podeser usada para formar rolos de malha de arame e mantas de malha de aramecom uma densidade aparente de cerca de 416 quilogramas/metro cúbico (26libras/pé cúbico).

Para o volume de topo livre específico da presentemodalidade, descrito anteriormente, os seguintes componentes de malha dearame listados na tabela 2 foram usados:Tabela 2

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Os componentes de malha de arame listados anteriormenteforam manualmente colocados na região de entrada definida 34 de acordocom os desenhos mostrados nas figuras 7A-7D para cada nível de elevaçãomarcado. Isto resultou em um volume de topo livre fechado (região de entradadefinida 34) que foi essencialmente preenchido completamente com materialde atenuação compreendendo rolos e mantas de malha de arame onde asuperfície mais superior da malha de arame foi posicionada a uma distânciaentre cerca de 0 a 15 centímetros da chapa do tubo de entrada 36.

Os cinco níveis na área de entrada definida 34 mais próximos àpelícula do tubo, isto é, níveis R-R, S-S, T-T, U-U e V-V (ver figura 6),respectivamente, foram recheados similarmente, da forma mostrada na figura7 A, uma vez que eles tinham a mesma geometria, particularmente, o mesmodiâmetro. Com referência novamente à figura 7A, rolos de malha de arame 50que tinham 18 polegadas (0,45 m) de diâmetro e 14,6 polegadas (0,37 m) dealtura foram usados para preencher a maioria do volume de topo livre nestesníveis, enquanto que rolos de malha de arame 52 de 12 polegadas (0,30 m) dediâmetro e 14,6 polegadas (0,37 m) de altura foram posicionados em volta doperímetro da pluralidade dos maiores rolos de malha de arame 50. Também,rolos de malha de arame 54 tendo 2,6 polegadas (0,06 m) de diâmetro e tendo14,6 polegadas (0,37 m) de altura foram posicionados nos espaços vaziosentre os maiores rolos de malha de arame 50 para preencher pelo menosalgum dos espaços vazios entre os maiores rolos de malha de arame 50. Emcada nível (R-R, S-S, T-T, U-U e V-V), os rolos de malha de arame de alturade 14,6 polegadas (0,37 m) foram empilhados, de extremidade a extremidade,um no topo do outro, em ziguezague para desfazer os canais vazios quepoderiam ser formados.

Mantas de malha de arame 56 de 3 polegadas de espessura, 73polegadas (1,8 m) de altura e 24 polegadas (0,61 m) de largura foramcomprimidas em uma camada em volta do perímetro da região de entradadefinida e cobriram a altura total dos níveis R-R, S-S, T-T, U-U e V-V.Mantas de malha de arame menores 58 de 3 polegadas (0,07 m) de espessura,14,6 polegadas (0,37 m) de altura e 12 polegadas (0,30 m) de largura foraminseridos nos espaços vazios entre os maiores mantas de malha de arame 56 eos rolos de malha de arame de tamanho médio 52 em volta do perímetro.

A figura 7B mostra a configuração de rolos e mantas de malhade arame no nível X-X, que tem um diâmetro menor que os cinco níveismencionados anteriormente representados pela figura 7A. Em particular, umacombinação de rolos e mantas de malha de arame foi novamente empregadacom os maiores rolos 60 neste nível X-X tendo 18 polegadas de diâmetro e 13polegadas de altura e sendo colocados centralmente de maneira a ocupar amaioria da área transversal do nível. Menores rolos de malha de arame 62,tendo 12 polegadas (0,30 m) de diâmetro, mas a mesma altura de 13polegadas (0,33 m), foram colocados em volta do perímetro dos maiores rolosde malha de arame 60. Rolos de malha de arame 64 adicionais tendo asmesmas 12 polegadas (0,30 m) de diâmetro, mas tendo ainda 8 polegadas dealtura, para acomodar a parede afunilada do volume de topo livre 34 (regiãodé entrada definida) nesta altura, foram colocados em volta do perímetro dosmenores rolos de malha de arame 62. Finalmente, o volume mais externo donível X-X, em volta do perímetro dos rolos de malha de arame de 8 polegadasde altura 64 foi preenchido com mantas de malha de arame 66. Da formamostrada na figura 7B, onde obstáculos foram encontrados no volume de topolivre 34, tais colunas, placas defletoras, bicos, etc. (por exemplo, ver colunas68a, 68b na figura 7B), os componentes de malha de arame (por exemplo, osmaiores rolos de malha de arame 60) podem ser arrumados, isto é, porçõescortadas, para acomodar tais obstáculos, da forma prontamente entendidapelos versados na técnica.

A figura 7C mostra a configuração de rolos e mantas de malhade arame no nível Y-Y, que tem um diâmetro ainda menor que o nívelmencionado anteriormente X-X representado pela figura 7B. Novamente, osmaiores rolos de malha de arame 70 medem 18 polegadas (0,45 m) dediâmetro e 13 polegadas (0,33 m) de altura e foram colocados centralmente naárea transversal do nível Y-Y. Rolos de malha de arame 72 tendo 12polegadas (0,30 m) de diâmetro e somente 6 polegadas (0,15 m) de alturaforam colocados em volta do perímetro dos maiores rolos de malha de arame70 e mesmo rolos de malha de arame menores 74, que também têm 12polegadas (0,30 m) de diâmetro, mas somente 4 polegadas (0,10 m) de altura,foram colocados em volta do perímetro dos rolos de malha de arame de 6polegadas de altura 72. Mantas de malha de arame 76 foram usados parapreencher o espaço remanescente entre os rolos de malha de arame de 4polegadas de altura 74 e a parede do vaso W. Da forma vista na figura 8C, ascolunas 68a e 68b se estendem para baixo do nível X-X e no nível Y-Y, demaneira tal que pelo menos poucos rolos de malha de arame de 12 polegadas(0,30 m) de altura 72 fossem arrumados como no nível anterior.

A figura 7D mostra a configuração de rolos e mantas de malhade arame no nível Z-Z, que têm um diâmetro ainda menor que o nívelmencionado anteriormente Y-Y representado pela figura 7C. Conformemostrado, os rolos de malha de arame de diferentes alturas, mas todos com 12polegadas (0,30 m) de diâmetros, foram usados para preencher o nível Z-Z.Mais particularmente, os menores rolos de malha de arame 80 usados no nívelZ-Z tinham 11 de altura e os próximos menores rolos de malha de arame 82,que foram colocados em volta do perímetro dos maiores rolos 80, têm umaaltura de 8 polegadas. Rolos de malha de arame 84 que tinham 6 polegadas dealtura (ainda com 12 polegadas (0,30 m) de diâmetro) foram próximos aoperímetro dos rolos de malha de arame de 11 polegadas (0,28 m) de altura 82e ainda rolos de malha de arame menores 86, tendo uma altura de somente 4polegadas (0,10 m) foram colocados em volta do perímetro dos rolos demalha de arame de 6 polegadas (0,15 m) 84. Como em todos os outros níveis,mantas de malha de arame 88 foram colocados em volta do perímetro dosrolos de malha de arame mais externos 86 para preencher o espaçoremanescente da parede do vaso W.

Colocando os maiores (isto é, mais altos) rolos de malha dearame nas porções mais centrais de cada nível, rodeados pelos menores rolosde malha de arame possibilitaram que o material de atenuação de malha dearame preencha tanto volume de topo livre 34 quanto possível, uma vez que aparede dos vasos afunila na porção mais inferior do volume de topo livre 34(região de entrada definida).Em modalidades alternativas, o diâmetro do arame de um oumais componentes dos materiais de atenuação pode variar - por exemplo, umdiâmetro de arame de 0,008 polegada (1,52 m), ou de 0,011 polegada (0,003m) podem ser usados - e o tamanho da malha de arame da treliça para um oumais componentes pode variar - por exemplo, malha de agulha 30, ou malhade agulha 90, podem ser usadas - sem desviar do espírito do métodoinventivo. Tais mudanças, em combinação com ondulação opcional, podemser para otimizar variáveis, tais como custo, facilidade de manuseio,densidade aparente e durabilidade e estão na capacidade de um versado natécnica, dado o beneficio da presente descrição.

Adicionalmente, materiais alternativos de construção podemser usados para formar os arames no preparo da malha de arame. Em umamodalidade, por exemplo, a malha de arame pode compreender cobre pararesistir formação de fuligem polimérica por componentes que podem estarpresentes em gases reciclados. Em uma outra modalidade, a malha de aramepode compreender aço inoxidável magnético. Ainda em uma outramodalidade, a malha é formada de fibras cerâmicas entrelaçadascompreendendo um ou mais materiais selecionados de sílica, alumina ezircônia.

Observa-se que, embora o exemplo anterior seja fornecidocom relação a uma configuração de casco de reator simples, versados natécnica perceberão que, onde o vaso de processo compreende múltiplosreatores de casco e de tubo dispostos em tandem, com ou sem trocadores deresfriamento intermediários, cada reator contendo uma composiçãocatalisadora para facilitar uma ou mais reação químicas, com ou semsubzonas, o material de atenuação pode ser colocado em uma ou mais de: aregião de saída definida de um reator de casco e de tubo a montante, ostrocadores de calor intermediários opcionais e a entrada do reator de casco ede tubo a jusante subsequente. Tais modalidades são benéficas em virtude dea composição de gás de saída do reator a montante poder compreender um oumais compostos capazes de formar uma mistura de gás combustível em vasosde processo a jusante subsequentes. Tais configurações são especialmentepreferidas nos casos onde adições de oxidante suplementar (por exemplo, arou outras misturas compreendendo oxigênio) são feitas em um ou mais pontosintermediários aos dois reatores em tandem.

Além disso, embora o exemplo anterior diga respeito a umvaso de processo usado para oxidação catalítica, o método e aparelho dapresente invenção são igual e beneficamente aplicáveis aos vasos de processoconfigurados para realizar outros tipos de reações químicas, tal como, porexemplo, amoxidação de metano em um reator de cianeto de hidrogênio deAdrussow. Por exemplo, um vaso de reação que produz cianeto como estepode ter um volume de topo livre de forma cônica ("região de entradadefinida") que é pelo menos 50 % preenchida com espuma cerâmicareticulada. A atenuação da deflagração, de acordo com o método da presenteinvenção é particularmente benéfica quando reatores de cianeto de hidrogêniosão operados em condições de alimentação inflamáveis; tais condições podemocorrer, por exemplo, quando o reator é operado em pressão atmosféricamaiores (por exemplo, pressões de 30 psig ou mais), ou quando o reator éoperado com alimentações enriquecidas com oxigênio. Em virtude dosaumentos da pressão especialmente energética que podem ocorrer nacombustão de alimentação de gás combustível nos reatores de cianeto dehidrogênio enriquecidos com oxigênio, especialmente prefere-se empregar ométodo da presente invenção a reatores de cianeto de hidrogênio em que arazão de oxigênio para nitrogênio no gás de alimentação, medido na regiãoimediatamente a montante do catalisador é maior que cerca de 25:75, porexemplo, maior que cerca de 30:70, ou ainda maior que cerca de 50:50.

Exemplo 3

Deseja-se utilizar um vaso de processo existente no serviço degás combustível, de acordo com o método da presente invenção. O vaso deprocesso foi um reator de oxidação do tipo casco e tubo (isto é, tubular),similar ao reator da figura 1 e foi operado em uma configuração de fluxodescendente, com gás combustível que entra na cabeça superior do vaso emuma pressão de operação de 3,42 bar (35 psig - 0,24 mPa) e uma temperaturade operação de 225 °C. O reator de saída não foi equipado com dispositivosde alívio da pressão de emergência, tais como discos de ruptura e entãodevem ser capazes de conter o aumento da pressão de qualquer evento dedeflagração. A cabeça de entrada do vaso tinha um diâmetro interno de 675cm (22 pés) e espessura de parede suficiente para fornecer uma pressão decontenção permitida máxima, P(c), de 12 bar (160 psig - 1,10 mPa) nestascondições operacionais. A composição de gás combustível na região definidada cabeça do reator de entrada foi 5,5 % em volume de propileno, 19,5 % deoxigênio, 73,3 % de nitrogênio e 1,7 % de água.

De acordo com o método da presente invenção, a pressão dedeflagração na cabeça de entrada do reator pode ser atenuada pelopreenchimento completo da região definida da cabeça de entrada do reatorcom esferas de alumina ocas de 90 mm (comercialmente disponível daDeepSea Power & Light of San Diego, CA USA). Embora estas esferas sejamfabricadas de 99,9 % de alumina, elas têm uma densidade aparente menor quea da água, beneficamente minimizando o peso total do material de atenuaçãoque o reator deve suportar.

O objetivo foi, desta forma, determinar se tais esferas dealumina ocas de 90 mm fornecerão atenuação da pressão suficiente quandocolocadas na cabeça de entrada, de maneira tal que o vaso de saída possa serseguramente operado nas condições pretendidas. Em virtude do tamanhofísico das esferas de alumina ocas de 90 mm (diâmetro real = 9,14 cm (3,6polegadas)), entretanto, elas não podem ser diretamente avaliadas noequipamento de teste de explosão de 10 litros disponível.De acordo com o método da presente invenção, váriosmateriais de atenuação tendo componentes em pequena escala foramprimeiramente avaliados no aparelho de teste em escala laboratorial paraestimar sua capacidade de atenuação da pressão no sistema do exemplo. Parao caso deste exemplo específico, testes foram realizados com esferascerâmicas sólidas de 6 mm, cilindros de cerâmica sólidos de 6 mm x 10 mm eespuma cerâmica de 20 ppi.

Para todas as determinações de Pmax neste exemplo, umaparelho de teste de explosão adiabática de 10 litros, projetado de acordo comas necessidades da European Standards DIN EN 13673-1 e DIN EN 13673-2,Setembro 2003, foi usado. Em particular, o aparelho incluiu uma esfera deteste isolada de 10 litros com um raio interno de 13,4 cm (5,3 polegadas). Aesfera foi ajustada com um transdutor de pressão de ação rápida (modeloHEM-375-TM, fabricado por Kulite Semiconductor Products of New Jersey,USA), bem como dois termopares e uma fonte de ignição elétrica.

Em todos, mas o teste de vaso vazio (Test A), uma gaiola detela de arame cilíndrica de 9 cm de diâmetro por 9 cm de comprimentotambém foi colocada em volta da fonte de ignição dentro da esfera de teste;esta gaiola garantiu que espaço livre suficiente (cerca de 0,57 litros) fossemantido em volta do acendedor, de maneira tal que a combustão auto-sustentável pudesse ser iniciada.

Uma composição de gás de teste que casa com a composiçãode gás combustível pretendida de 5,5 % em volume de propileno, 19,5 % deoxigênio, 73,3 % de nitrogênio e 1,7 % de água foi preparada misturandogases componentes puros em um vaso de pré-mistura aquecido. Estacomposição de gás de teste foi usada para todas as determinações de Pmaxneste exemplo.Teste A: Vaso vazio

O vaso de teste vazio (não contendo nenhum material deatenuação) foi primeiramente evacuado (< 1 mbar de pressão). A misturagasosa de teste pré-misturada foi então introduzida no vaso para alcançar umapressão de gás interna de 3,4 bar (35 psig - 0,02 mPa) e uma temperaturainicial de 225 °C. De acordo com os requerimentos dos padrões europeusmencionados anteriormente, o gás foi então inflamado e as pressões etemperaturas monitoradas para obter uma medição de Pmax para a deflagraçãoresultante no vaso de teste vazio.

Teste B: Esferas cerâmicas sólidas

Aproximadamente 14 kg de esferas de suporte DENSTONE57 de 6 mm (quarto de polegada) de diâmetro (comercialmente disponível daNorton Chemical Products Corp. of Akron, Ohio, USA) foram vertidas nomesmo vaso de teste e deixadas auto-agrupar (nenhum ajuste manual foi feitopara a densidade de recheio). Isto representou 94 % de volume depreenchimento das esferas cerâmicas (9,43 litros de esferas + 0,57 litros deespaço na gaiola de tela de arame). Conforme no caso anterior, o vaso foi emseguida evacuado e então carregado com gás de teste para alcançar umapressão de gás interna de 3,4 bar (35 psig - 0,02 mPa) e uma temperaturainicial de 225 °C. O gás foi então inflamados para obter uma medida de Pmaxda deflagração resultante no vaso de teste com esferas cerâmicas. O diâmetroefetivo, Ds, destas esferas cerâmicas é determinado 0,64 cm (114"). O fatorde mistura de deflagração (DMF) para estas esferas cerâmicas é determinadapela fórmula: DMF = Ds / Rts x 40, em que Rts, o raio da esfera do vaso deteste, é 13,4 cm. Assim, o DMF para estas esferas cerâmicas é calculadocomo 1,91.

Teste C: Cilindros de cerâmica sólidos

Aproximadamente 13 kg de pelotas DENSTONE 57 de 6 mm('/4') de diâmetro, 10 mm (318") de comprimento (comercialmente disponívelda Norton Chemical Products Corp. of Akron, Ohio, USA) foram vertidas nomesmo vaso de teste e deixadas auto-agrupar (nenhum ajuste manual foi feitona densidade de recheio). Isto representou 94 % de volume de preenchimentode pelotas em forma de cilindro de cerâmica (9,43 litros de cilindros + 0,57litros de espaço na gaiola de tela de arame). Novamente, o vaso foi evacuadoe então carregado com gás de teste para alcançar uma pressão de gás internade 3,4 bar (35 psig - 0,24 mPa) e uma temperatura inicial de 225 °C. O gásfoi então inflamado para obter uma medida de Pmax do evento de deflagraçãoresultante no vaso de teste com cilindros de cerâmica. O diâmetro efetivo, Ds,destes cilindros de cerâmica pode ser determinado matematicamenteconsiderando uma projeção bidimensional do cilindro inscrito em uma esfera.Mais particularmente, conforme visto na figura 10, o cilindro é representadopor um retângulo de altura Hc e largura Dc (igual ao diâmetro do cilindro). Eprontamente evidente a partir da figura que a diagonal do retângulo inscrito éequivalente ao diâmetro, Ds, do círculo circunscrito. Assim, com Hc = 0,9525cm (318 polegadas) e Dc = 0,635 cm (114 polegadas), o diâmetro efetivo Dspode facilmente ser determinado como 1,14 cm (7.116 polegadas) e o DMFpara estes cilindros de cerâmica pode então ser calculado como 3,42.

Teste D: Espuma cerâmica de 20 ppi

Discos de 5 cm (2 polegadas) de espessura x 15 cm dediâmetro (6 polegadas) de 20 poros por polegada (20 ppi) de espuma cerâmicade alumina ALUCEL-LT (comercialmente disponível da Vesuvius Hi-TechCeramics of Alfred, New York, USA) foram manualmente colocados em umapilha de múltiplas camadas no mesmo vaso de teste. Alguns dos discos deespuma foram quebrados em dez pedaços de fragmentos e estes fragmentosforam então ajustados no vaso de teste adjacente aos discos inteiros demaneira a minimizar espaço vazio na esfera de teste. Este procedimentoresultou em aproximadamente 94 % de volume de preenchimento de espumacerâmica (9,43 litros de partes de espuma + 0,57 litros de espaço na gaiola detela de arame). A quantidade total resultante de espuma cerâmica no vaso deteste pesou aproximadamente 4 kg. Como antes, o vaso foi evacuado e entãocarregado com gás de teste para alcançar uma pressão de gás interna de 3,4bar (35 psig) e uma temperatura inicial de 225 °C. O gás foi então inflamadopara obter uma medida de Pmax do evento de deflagração resultante no vaso deteste com espuma cerâmica. O diâmetro efetivo, Ds, da espuma cerâmicapode ser determinado facilmente simplesmente convertendo a medida deporos por polegada (ppi) a centímetros. Assim, Ds para esta espuma cerâmicaé 0,127 cm (= 1/20 polegada); o DMF para esta espuma cerâmica pode entãoser calculado como 0,38.

Os resultados destes testes estão resumidos na tabela 3 aseguir:

Tabela 3

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A partir destes resultados, ficará evidente para um versado natécnica com o benefício desta descrição que todos os três dos componentestestados forneceria suficiente atenuação da pressão no sistema do exemplopara permitir operação segura. Entretanto, deseja-se saber se as esferas dealumina ocas de 90 mm podem ser usadas com este propósito. Desta forma,para responder a questão exposta neste exemplo, a relação matemática entrePmax e DMF é determinada como: Pmax(n) = 0,064 x DMF(n) + 6,194. Umversado na técnica matemática reconhecerá que esta é uma relação linearentre Pmax e DMF.

Esta relação é mostrada como uma linha de inclinaçãodiagonal na figura 10. Os dados de DMF em função de Pmax para os testes B,C e D, também são mostrados na figura 10. Para conveniência, Pmax para ovaso vazio também está indicado na figura 10 por uma linha horizontal em19,2 bar (1,92 mPa). Embora não estritamente requerido, a checagem visualfornecida pelo gráfico dos dados e linhas de tendência é recomendada, umavez que fornece garantia adicional de que não existem sérios erro ou desviosdo comportamento ideal no conjunto de dados.

A partir da figura 10, ficará imediatamente evidente que, comrelação ao sistema de teste específico deste exemplo, qualquer material deatenuação selecionado para uso de acordo com o método da presente invençãodeve ter um DMF menor que cerca de 14 polegadas, de maneira a fornecerqualquer atenuação mensurável de Pmax no sistema do exemplo.

Adicionalmente, pode-se determinar (visualmente a partir dafigura 10, ou matematicamente a partir da relação linear) que materiais deatenuação com um valor de DMF de cerca de 6 ou menos são requeridos demaneira a atenuar a pressão de deflagração (Pmax) a um nível igual ou menorque a pressão de contenção máxima (P(c)) do vaso do reator.

Finalmente, de acordo com o método da presente invenção, oDMF para as esferas de alumina ocas de 90 mm foi determinado em seguida.Neste caso, o cálculo de DMF foi com base na fórmula: DMF = Ds / Rpv x40, em que Ds foi o diâmetro das esferas ocas (=9,14 cm) e Rpv foi o raio dovaso de processo (raio da cabeça de entrada do reator = 337,5 cm). A partirdisto, o DMF da esfera oca foi determinado como 1,08 e concluiu-se que opreenchimento completo da região definida da cabeça de entrada do reatorcom esferas de alumina ocas de 90 mm forneceria suficiente atenuação dapressão para seguramente operar o reator nas condições pretendidas.

Exemplo comparativo 1

O exemplo anterior ilustrou o benefício de preenchercompletamente um vaso de processo com componentes que atenuam apressão (a condição de "100 % de volume de preenchimento"). Em algumassituações, entretanto, pode-se desejar, em vez de utilizar o conceito inventivoda presente invenção com menos que 100 % de volume de preenchimento emum vaso de processo, por exemplo, minimizar o custo de compra de materialde atenuação ou minimizar o tempo de instalação.

O aparelho de teste de explosão adiabática de 10 litrospreviamente descrito foi novamente utilizado para todas as determinações dePmax neste exemplo. Da forma previamente descrita, uma gaiola de tela dearame cilíndrica foi colocada em volta da fonte de ignição dentro da esfera deteste.

Nestes experimentos, entretanto, o volume interno da gaiola detela de arame cilíndrica variou como um meio de ajustar o volume de pressãomaterial de atenuação no vaso de teste. Três tamanhos de gaiola de tela dearame foram usados: 0,28 litro, 0,57 litro e 2,4 litros.

Novamente, a composição de gás de teste de 5,5 % em volumede propileno, 19,5 % de oxigênio, 73,3 % de nitrogênio e 1,7 % de água foipreparada misturando gases componentes puros em um vaso de pré-misturaaquecido. Esta composição de gás de teste foi usada para todas asdeterminações de Pmax neste exemplo.

Teste E:

O acendedor de vaso de teste foi equipado com uma gaiola detela de arame de 2,4 litros. Aproximadamente 10,7 kg de esferas de suporteDENSTONE 57 de 6 mm (V4") de diâmetro (comercialmente disponível daNorton Chemical Products Corp. of Akron, Ohio, USA) foram vertidas novaso de teste e deixadas auto-agrupar (nenhum ajuste manual foi feito nadensidade de recheio). Isto representou 76 % de volume de preenchimento deesferas cerâmicas (7,6 litros de esferas + 2,4 litros de espaço na gaiola de telade arame). Conforme no caso anterior, o vaso foi em seguida evacuado eentão carregado com gás de teste para alcançar uma pressão de gás interna de3,4 bar (35 psig) e uma temperatura inicial de 225 °C. O gás foi entãoinflamado para obter uma medida de Pmax do evento de deflagração resultanteno vaso de teste com esferas cerâmicas.Teste F:

O acendedor de vaso de teste foi equipado com uma gaiola detela de arame de 0,57 litro (9 cm de diâmetro por 9 cm de comprimento).Aproximadamente 13,4 kg de esferas de suporte DENSTONE 57 de 6 mm dediâmetro (1/4 de polegada) (comercialmente disponível da Norton ChemicalProducts Corp. of Akron, Ohio, USA) foram vertidas no mesmo vaso de testee deixadas auto-agrupar (nenhum ajuste manual foi feito na densidade derecheio). Isto representou 94 % de volume de preenchimento de esferascerâmicas (9,43 litros de esferas + 0,57 litros de espaço na gaiola de tela dearame). Conforme no caso anterior, o vaso foi em seguida evacuado e entãocarregado com gás de teste para alcançar uma pressão de gás interna de 3,4bar (35 psig) e uma temperatura inicial de 225 °C. O gás foi então inflamadopara obter uma medida de Pmax do evento de deflagração resultante no vaso deteste com esferas cerâmicas.

Teste G:

O acendedor de vaso de teste foi equipado com uma gaiola detela de arame de 0,28 litro (9 cm de diâmetro por 4,5 cm de comprimento).Aproximadamente 14 kg de esferas de suporte DENSTONE 57 de 6 mm dediâmetro (1/4 de polegada) (comercialmente disponível da Norton ChemicalProducts Corp. of Akron, Ohio, USA) foram vertidas no mesmo vaso de testee deixadas auto-agrupar (nenhum ajuste manual foi feito na densidade derecheio). Isto representou 97 % de volume de preenchimento de esferascerâmicas (9,72 litros de esferas + 0,28 litros de espaço na gaiola de tela dearame). Conforme no caso anterior, o vaso foi em seguida evacuado e entãocarregado com gás de teste para alcançar uma pressão de gás interna de 3,4bar (35 psig) e uma temperatura inicial de 225 °C. O gás foi então inflamadopara obter uma medida de Pmax do evento de deflagração resultante no vaso deteste com esferas cerâmicas.

Os resultados destes testes estão resumidos na tabela 4 aseguir:

Tabela 4

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Estes dados mostram que para materiais de atenuação comcomponentes tendo a mesma geometria e o mesmo diâmetro efetivo (Ds),maior atenuação da pressão pode ser alcançada com o aumento do volume depreenchimento. A relação matemática entre estes pontos de dados foideterminada como: Pmax(n) -0,1214 x %VF(n) + 19,2, em que %VF representaa % de volume de preenchimento de materiais de atenuação usados. Umversado na técnica matemática reconhecerá que esta é uma relação linearentre Pmax e %VF.

Usando esta relação, prevê-se que 50 % de volume depreenchimento de materiais de atenuação podem então reduzir Pmax a cerca de13,1 bar (175 psig), representando uma redução na pressão de deflagração decerca de 30 % (= 6,1/19,2 ). Adicionalmente, prevê-se que 35 % do volumede preenchimento de materiais de atenuação podem reduzir Pmax a cerca de 15bar (200 psig), representando uma redução na pressão de deflagração de cercade 20% (=4,2/19,2).

Adicionalmente, prevê-se que 20 % do volume depreenchimento de materiais de atenuação podem reduzir Pmax a cerca de 16,8bar (229 psig), representando uma redução na pressão de deflagração desomente cerca de 10 % (= 2,4/19,2 ).

Esta redução relativamente pequena em Pmax em baixa % devolume de preenchimento e o potencial incerto na extrapolação da relaçãolinear longe dos valores medidos reais sugere que mais que 20 % do volumede preenchimento de materiais de atenuação devem ser usados naimplementação do método inventivo. Por exemplo, pelo menos 35 % dovolume de preenchimento de materiais de atenuação podem ser usados naimplementação do método inventivo, ou mesmo pelo menos 50 % ou 75 % dovolume de preenchimento de materiais de atenuação.

Exemplo 4

Anéis Pall são um exemplo comum de um material deatenuação tendo componentes com pelo menos uma passagem principal.

Pode-se ver a partir da tabela 1, fornecida com relação aoexemplo 1 anterior, que componentes com pelo menos uma passagemprincipal nem sempre se comportam da maneira esperada com relação àatenuação da pressão de deflagração. Este desvio do comportamento dematerial de atenuação ideal pode, em alguns exemplos, como no caso de anéisPall de 2" no vaso de teste de 4 metros cúbicos (ver exemplo 1 anterior),resulta em Pmax realmente se tornando maior que Pmax para o vaso vazio.

Para ilustrar este desvio do comportamento do material deatenuação ideal, valores de DMF para testes de anel Pall apresentadosanteriormente na tabela 1 foram calculados e estes dados de DMF em funçãode Pmax foram então dispostos em gráfico, da forma mostrada na figura 11.Determinou-se que a relação matemática entre os pontos de dados nesteexemplo é: Pmax(n) = - 4,2146 x [DMF(n)]A2 + 27,905 x DMF(n) - 16,939.Um versado na técnica matemática reconhecerá que isto como uma relaçãopolinomial, em vez de uma relação linear idealizada, entre Pmax e DMF (vercurva polinomial mostrada na figura 11). Para conveniência, Pmax para o vasovazio também é indicado na figura 11 por uma linha horizontal a 21 bar (290 Psig).

Pode-se ver a partir da figura 11 que materiais de atenuaçãotendo componentes com pelo menos uma passagem principal nem sempre secomportam da forma esperada com relação à atenuação da pressão dedeflagração. É adicionalmente evidente que este comportamento não ideal foimais pronunciado a medida em que DMF aumenta. Sem ficar preso à teoria,hipotetiza-se que, a medida em que o diâmetro interno efetivo da passagemprincipal aumenta, a propagação da onda de pressão através do componente éfavorecida, que significa que a propagação axial da onda de pressão dedeflagração é promovida à custa da deflexão radial, resultando na redução dograu de atenuação de Pmax. Da forma previamente observada, em algunsexemplos, tal como no caso de anéis Pall de 2 polegadas (Tabela 1 anterior), oresultado em rede pode ser que Pmax realmente se torne maior que Pmax para ovaso vazio.

Para fornecer um melhor entendimento do comportamento domaterial de atenuação não ideal (isto é, com componentes tendo pelo menosuma passagem principal), determinações adicionais de Pmax foram feitasusando componentes com mais que uma passagem principal - especialmente,meio de transferência de calor PROWARETM TY-PAK ® de 3/4 depolegada e meio de transferência de calor HexPak™ 90 (amboscomercialmente disponíveis da Saint-Gobain Norpro of Stow, Ohio, USA). Oprocedimento de teste previamente descrito e aparelho de teste de 10 litrosforam novamente usados para estes experimentos. Todos estes experimentosforam realizados na pressão inicial de 3,4 bar (35 psig) e uma temperaturainicial de 225 °C. Em todos os experimentos, uma composição de gáscombustível de 5,5 % em volume de propileno, 19,5 % de oxigênio, 73,3 %de nitrogênio e 11 % de água foi usada.

Pode-se ver a partir dos dados tanto da tabela 1 (ver exemplo1, anterior) quanto tabela 5 (a seguir) que materiais de atenuação tendocomponentes com pelo menos uma passagem principal podem ser usados paraatenuar com êxito a pressão de deflagração, de acordo com o método dapresente invenção.Tabela 5

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Acredita-se que para materiais de atenuação tendocomponentes com pelo menos uma passagem principal, em que o tamanhoda(s) passagem(s) principal(s) em cada componente é pequeno, fornecendoassim capacidade mínima para fluxo axial, uma relação linear ideal entre osvalores de DMF e Pmax existe. Entretanto, será evidente para um versado natécnica, dado o benefício da presente descrição, que componentes com pelomenos uma passagem principal podem desviar do comportamento do materialde atenuação ideal a medida em que o tamanho do componente (e, destaforma, valor de DMF) e o tamanho da(s) passagem(s) principal(s) aumenta.

Desta forma, recomenda-se que um maior grau de teste de laboratório sejarealizado para avaliar materiais de atenuação tendo componentes compassagens principais de maneira a verificar onde o desvio potencial docomportamento linear ideal ocorre.

Exemplo 5

O aparelho de teste de explosão adiabático de 10 litrospreviamente descrito foi novamente utilizado para as determinações Pmaxneste exemplo, em que malhas de arame cilindros foram avaliadas para usocomo material de atenuação. Neste exemplo, uma gaiola de tela de aramecilíndrica de 0,673 litro foi colocada em volta da fonte de ignição dentro daesfera de teste.

Uma composição de gás de teste de 5,5 % em volume depropileno, 19,5 % de oxigênio, 73,3 % de nitrogênio e 17 % de água foipreparada misturando gases componentes puros em um vaso de pré-misturaaquecido. Esta composição de gás de teste foi usada para todas asdeterminações de Praax neste exemplo.

Testes H, I, J

Cilindros de malha de arame ondulado foram preparados apartir de películas retangulares de malha de arame de aço inoxidável 304L de18 libras/pé cúbico ondulada. As películas foram laminadas em cilindrosmedindo cerca de 7,6 cm (3 polegadas) de diâmetro e cerca de 15,2 cm (6polegadas) de comprimento. Alguns destes cilindros foram usados semmodificações, enquanto que alguns foram cortados para encurtar ocomprimento de maneira a melhor ajustar a curvatura do vaso de teste.Aproximadamente 2,4 kg de cilindros de malha de arame ondulado forammanualmente colocados no vaso de teste para fornecer uma cargaintimamente recheada que minimiza vazios e canais. Isto representou 93 % dovolume de preenchimento de cilindros de malha. Como nos experimentosanteriores, o vaso foi em seguida evacuado e então carregado com gás de testepara alcançar uma pressão de gás interna de 3,4 bar (35 psig) e umatemperatura inicial de 225 °C. O gás foi então inflamado para obter umamedida de Pmax da pressão de deflagração resultante no vaso de teste comcilindros de malha de arame ondulado. Experimentos foram repetidos paraestimar a variabilidade desta modalidade e resultados estão apresentados naseguinte tabela 6.

Tabela 6

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Deve-se observar que, em virtude da malha de arame poder sercomprimida, é possível fornecer um ajuste fiel que não pode ser alcançadocom componentes rígidos, tais como esferas cerâmicas ou espuma cerâmica.O valor de DMF foi desenvolvido para contribuir com os efeitos facilmentereprodutíveis da geometria, tamanho e fração de recheio dos componentesrígidos, em vez dos componentes compressíveis. Consequentemente, nãoparece que o conceito de DMF pode ser confiavelmente aplicado paraextrapolar para os componentes de malha de arame; se for escolhido o uso demalhas de arame cilindro, recomenda-se que o teste direto seja realizado daforma descrita aqui para garantir apropriada implementação do conceitoinventivo e, adicionalmente, que cuidado substancial seja tomado para fazer orecheio de tais componentes o mais reprodutível possível.

Adicionalmente, deve-se observar que a fixação e compressãodos componentes de malha de arame podem afetar a uniformidade do recheiodo componente no vaso de processo. Ficará óbvio para um versado na técnicaque a fixação e compressão são mais prováveis de ocorrer em vasos emgrande escala, comercial em função dos vasos de teste em escala delaboratório, em virtude da maior carga estática criada quando a altura doscomponentes de malha de arame empilhados se torna maior. O interesse emuma situação como esta é que a fixação e compressão poderiam alterar auniformidade da densidade de recheio da malha de arame, reduzindo assim aefetividade da malha de arame na atenuação da pressão de deflagração.Embora as mantas de malha de arame possam ser usadas em um vaso deprocesso de acordo com o método da presente invenção, tais mantas -especialmente quando usadas como o componente principal no vaso deprocesso - são suscetíveis à fixação e compressão. Desta forma, prefere-seque a malha de arame primeiramente seja laminada em cilindros antes decolocar no vaso de processo, de maneira a fornecer a maior resistência àfixação e compressão. Assim, em uma modalidade da presente invenção, amalha de arame não ondulado pode ser usada para formar cilindros de malhasde arame ou malha de arame ondulado pode ser usada de maneira a minimizaro peso total dos materiais de atenuação no vaso de processo.

Deve-se entender que as modalidades da presente invençãoaqui descritas são meramente exemplares e que um versado na técnica podefazer variações e modificações sem fugir do espírito e escopo da invenção.Todas tais variações e modificações se destinam a estar incluídas no escopoda presente invenção.

Claims (18)

1. Método para atenuar pressão de deflagração produzida porcombustão de gás combustível em uma região definida de um vaso deprocesso, que tem uma máxima pressão de contenção permitida (P(c)), sobcondições operacionais conhecidas compreendendo a composição de gás dealimentação, temperatura e pressão iniciais, em que uma pressão de pico éalcançada na região definida depois da ignição e em que a região definida temum raio transversal (R(v)), selecionando e colocando o material de atenuaçãona região definida do vaso de processo, em que o material de atenuaçãoselecionado mantém sua forma física em condições operacionais e tem umapluralidade de componentes, todos os quais têm uma geometria e um diâmetroefetivo, caracterizado pelo fato de que compreende:(A) determinar o diâmetro efetivo máximo dos componentesdo material de atenuação que é adequado para uso na região definida do vasode processo desenvolvendo dados empíricos compreendendo pares associadosde pressões de deflagração de pico e fatores de mistura de deflagração, quedemonstra uma relação linear entre uma pluralidade de materiais deatenuação, pelo menos um dos quais tem componentes com um diâmetroefetivo que difere do diâmetro efetivos dos componentes dos outros materiaisde atenuação e as pressões de pico alcançadas depois da ignição de gáscombustível tendo a mesma composição que a composição de gás dealimentação inicial da seguinte maneira:(1) determinando empiricamente a pressão de deflagração depico (Pmax(O)) resultante da ignição do gás combustível na ausência dequalquer material de atenuação, usando uma esfera de teste tendo um raio(R(ts));(2) determinando empiricamente pelo menos uma primeira euma segunda pressão de deflagração de pico (Pmax(l)j Pmax(2)) resultante daignição do gás combustível na presença de pelo menos um primeiro materialde atenuação selecionado tendo um primeiro diâmetro efetivo (Ds(l)) e umsegundo material de atenuação selecionado tendo um segundo diâmetroefetivo (Ds(2)) diferente do primeiro diâmetro efetivo, usando a mesma esferade teste usada na etapa (1):(3) calculando os fatores de mistura de deflagração (DMF(O),DMF(l), DMF(2),.. . DMF(n)) para cada pressão de deflagração associada depico empiricamente determinada nas etapas (1) e (2), usando a seguinterelação matemática:DMF(n) = (Ds(n)/R(ts) x 40em que n = 0, 1, 2 . . n e Ds(n) e R(ts) são cada um medidosem centímetros;(4) linearizando os dados empíricos compreendendo paresassociados de pressões de deflagração de pico e fatores de mistura dedeflagração ([Pmax(0), DMF(O)]; [Pmax(l) DMF(l)], [Pmax(2), DMF(2)], . .[Pmax(n), DMF(n)]) determinando o valor de variáveis M e B com base naseguinte relação matemática:Pmax(n) = MxDMF(n) + Bem que n = 0, 1, 2 ... n;(5) calculando o fator de mistura de deflagração máximo(DMF(a)) adequado para o vaso de processo usando a máxima pressão decontenção permitida (P(c)) do vaso de processo e os valores de M e Bcalculados na etapa (4), com base na seguinte relação matemática:DMF(a)=[P(c)-B] / M;(6) calculando o diâmetro efetivo máximo (Ds(a)) do materialde atenuação adequado para uso com o vaso de processo tendo o raiotransversal (R(v)), usando a seguinte relação matemática:Ds(A) = [ DMF(A) x R(v) / 40; e(B) selecionar o material de atenuação adequado tendo umdiâmetro efetivo menor ou igual ao diâmetro efetivo máximo calculado(Ds(A)) e colocando o material de atenuação selecionado na região definidado vaso de processo, de maneira tal que espaços vazios e caminhos abertosentre os componentes sejam minimizados.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a etapa (A)(l) da determinar empiricamente a pressão dedeflagração de pico (Pmax(0)) compreende:(A) inflamação do gás combustível na esfera de teste, que estáde outra forma vazia, na pressão e temperatura das condições operacionaispré-determinadas; e(b) medição da maior pressão (Pmax(0)) alcançada na esfera deteste, depois da ignição;e em que a etapa (A)(2) de determinar empiricamente pelomenos uma primeira e uma segunda pressão de deflagração de pico (Pmax(l),Pmax(2)) compreende:(a) inflamação de gás combustível na esfera de teste, depois depreenchê-la com o primeiro material de atenuação selecionado na pressão etemperatura das condições operacionais pré-determinadas;(b) medição da maior pressão (Pmax(l)) alcançada na esfera deteste preenchida com o primeiro material de atenuação selecionado, depois daignição;(c) inflamação do gás combustível na esfera de teste, depois depreenchê-la com o segundo material de atenuação selecionado na pressão etemperatura das condições operacionais pré-determinadas; e(d) medição da maior pressão (Pmax(2)) alcançada na esfera deteste preenchida com o segundo material de atenuação selecionado, depois daignição.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que a etapa (A)(2) compreende determinar empiricamente umapluralidade de pressões de deflagração de pico (Pmax(l), Pmax(2), Pmax(3),Pmax(n)) e utilizar cada uma da dita pluralidade de pressões de deflagração depico nas etapas de cálculo e linearização (3), (4), (5) e (6).

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o gás combustível compreende hidrocarbonetos e oxigênio.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o material de atenuação compreende pelo menos um tipo dematerial selecionado do grupo que consiste em: cerâmica, mineral, metal epolímero e a geometria do material de atenuação compreende pelo menosuma forma selecionada do grupo que consiste em: esférica, oval, cilíndrica,arame, forma de sela, forma de bloco, alongada e poliédrica e pelo menosuma característica selecionada do grupo que consiste em: sólido, oco, porosoe tendo pelo menos uma passagem principal.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o vaso de processo é um reator de casco e de tubo que opera nascondições de escoamento.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que quando o material de atenuação não é de auto-ordenação quandoaleatoriamente fornecido à região definida do vaso de processo, colocando aetapa (B) compreende manualmente posicionar cada componente do materialde atenuação na região definida em que espaços vazios e caminhos abertosentre os componentes são minimizados.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o material de atenuação ocupa pelo menos 20 % em volume daregião definida.

9. Reator tubular adaptado para atenuação da pressão dedeflagração resultante da combustão de gás combustível no mesmo,caracterizado pelo fato de que o dito reator tubular compreende umapluralidade de tubos cada um estendendo entre uma primeira e uma segundaplaca perfurada, todas as quais são encerradas em um casco que forma umaregião de lado de casco para circulação de fluido em volta da pluralidade detubos e uma região de lado de reação que compreende uma região de entradadefinida, ligada em um lado pela primeira placa perfurada e tendo um raioigual ao raio da primeira placa perfurada e uma região de saída definidaligada em um lado pela segunda placa perfurada e tendo um raio igual ao raioda segunda placa perfurada, em que cada uma da pluralidade de tubos está emcomunicação fluídica tanto com a região de entrada definida quanto de saídadefinida para passagem de fluidos de reação, o dito reator tubularadicionalmente compreendendo material de atenuação tendo uma pluralidadede componentes, todos os quais têm uma geometria e que são colocados demaneira tal que espaços vazios e caminhos abertos entre os componentessejam minimizados, em que o material de atenuação ocupa pelo menos 20 %de pelo menos uma da região de entrada definida e a região de saída definida;em que os componentes do material de atenuação têm um diâmetro efetivo(Ds(A)) que satisfaz a seguinte relação matemática:Ds(a) = [ DMF(a) x R(v) ] / 40em que Ds(a) é em centímetros, (DMF(a)) é o fator de misturade deflagração associado ao material de atenuação e que é determinadoempiricamente pelo método, de acordo com a reivindicação 1 e R(v) é o raiode qualquer região de entrada ou saída definida é ocupado pelo material deatenuação.

10. Reator tubular de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que o gás combustível compreende hidrocarbonetose oxigênio e o reator opera nas condições de escoamento.

11. Reator tubular de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que o material de atenuação compreende pelomenos um tipo de material selecionado do grupo que consiste em: cerâmica,mineral, metal, polímero e a geometria do material de atenuação compreendepelo menos uma forma selecionada do grupo que consiste em: esférica, oval,cilíndrica, forma de sela, forma de bloco, alongada e poliédrica e pelo menosuma característica selecionada do grupo que consiste em: sólido, oco, porosoe tendo pelo menos uma passagem principal.

12. Reator tubular de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que dois ou mais materiais de atenuação sãocolocados em pelo menos uma da região de entrada definida e região de saídadefinida e pelo menos um do material de atenuação tem componentes comuma geometria diferente da geometria dos componentes do outro material deatenuação.

13. Reator tubular de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que dois ou mais materiais de atenuação sãocolocados em pelo menos uma da região de entrada definida e região de saídadefinida e pelo menos um do material de atenuação tem componentes com umdiâmetro efetivo (Ds(a)) que satisfaz a seguinte relação matemática:Ds(a) = [ DMF(a) x R(v) ] / 40em que Ds(a) é em centímetros, (DMF(a)) é o fator de misturade deflagração associado ao material de atenuação e que é determinadoempiricamente pelo método, de acordo com a reivindicação 1 e R(v) é o raiode qualquer região de entrada ou saída definida ocupada pelo material deatenuação.

14. Método para realizar reações em fase gasosa seguramenteem condições operacionais inflamáveis, caracterizado pelo fato de quecompreende uma composição de alimentação de gás, temperatura e pressão, odito método compreendendo:(A) fornecer um vaso de reação tendo uma região definida pormeio da qual a dita composição de alimentação de gás passa, a dita regiãodefinida sendo pelo menos 20 % em volume ocupada por pelo menos ummaterial de atenuação que mantém sua forma física nas condiçõesoperacionais inflamáveis;(B) fornecer um ou mais materiais gasosos compreendendo umhidrocarboneto, um gás contendo oxigênio e, opcionalmente, um materialinerte, ao dito vaso de reação para formar a dita composição de alimentaçãogasosa que passa através da dita região definida;(C) submeter a dita composição de alimentação gasosa a umaou mais reações no vaso de reação, a uma temperatura e pressão em que a ditacomposição de alimentação gasosa é inflamável.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de que o dito material de atenuação é selecionado, de acordo com ométodo da reivindicação 1.

16. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de que o material de atenuação compreende pelo menos um tipo dematerial selecionado do grupo que consiste em: cerâmica, mineral, metal,polímero e cada um da pluralidade de componentes do material de atenuaçãotem uma geometria compreendendo pelo menos uma forma selecionada dogrupo que consiste em: esférica, oval, cilíndrica, forma de sela, forma debloco, alongada e poliédrica e pelo menos uma característica selecionada dogrupo que consiste em: sólido, oco, poroso e tendo pelo menos uma passagemprincipal.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizadopelo fato de que o dito hidrocarboneto compreende propileno, as ditas reaçõesem fase gasosa compreendem oxidação do propileno, e os ditos materiais deatenuação compreendem cilindros de malha de arame ondulado e poliedros demalha de arame ondulado.

18. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizadopelo fato de que os ditos um ou mais materiais gasosos adicionalmentecompreendem amônia, o dito hidrocarboneto compreende metano, as ditasreações em fase gasosa compreendem amoxidação do metano, os ditosmateriais de atenuação compreendem poliedros de espuma cerâmica.