BRPI0915709B1 - Um processo e um reator para oxidação de um hidrocarboneto - Google Patents

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Description

(54) Título: UM PROCESSO E UM REATOR PARA OXIDAÇÃO DE UM HIDROCARBONETO (51) Int.CI.: B01J 8/02 (30) Prioridade Unionista: 04/07/2008 EP 08012085.0 (73) Titular(es): ΑΜΜΟΝ IA CASALE S.A.
(72) Inventor(es): ZANICHELLI, LUCA
1/18 “UM PROCESSO E UM REATOR PARA OXIDAÇÃO DE UM HIDROCARBONETO
Campo da invenção [0001] A invenção se refere a um processo para oxidação de uma matéria-prima contendo hidrocarboneto, e um reator relacionado. A invenção pode ser aplicada, por exemplo, a reforma autotérmica, reforma secundária e oxidação parcial para produção de um gás de síntese ou combustível.
Técnica anterior [0002] Oxidação total ou parcial de uma matéria-prima contendo hidrocarboneto (HCF) é levada a cabo em processos tais como: a reforma autotérmica de gás de forno de coque ou gás natural; a reforma secundária do gás de processo vindo de um reformador primário, por exemplo, para a produção de um gás de síntese; a oxidação parcial (POX) de um HCF para conversão em um gás de síntese, um combustível ou um gás redutor. A corrente de oxidante, dependendo da aplicação, pode ser ar, ar enriquecido com O2 ou oxigênio puro (usualmente 95% molar ou mais), em uma câmara de reação de um recipiente adequado.
[0003] A figura 13 mostra um exemplo de um reformador secundário de ar da técnica anterior. O reformador tem um recipiente 100 com um pescoço 101 onde um queimador 102 é instalado e conectado a um cano de ar 110. Uma matéria-prima contendo hidrocarboneto ou HCF entra no reformador via linha de transferência forrada-refratária 103, conectada ao lado do pescoço 101. Um distribuidor de gás de processo 104 é instalado acima da ponta 105 do queimador 102, para proporcionar distribuição uniforme de gás de processo através da seção transversal do pescoço do
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2/18 recipiente, e alcançar uma boa mistura com o oxidante. O queimador 102 é instalado na extremidade inferior do pescoço 101, de modo que a combustão ocorre na câmara localizada na extremidade inferior do pescoço do recipiente e na parte superior do leito catalítico (não mostrado) contido no recipiente 100.
[0004] A figura 14 mostra uma disposição típica de reformadores secundários de oxigênio. O reformador compreende um recipiente 200, um pescoço 201, um queimador 202, linha de transferência de gás de processo 203 e distribuidor de gás 204. A ponta do queimador está próxima do centro do pescoço 201, de modo que o pescoço por si só é usado como uma câmara de combustão.
[0005] Um reformador autotérmico ou ATR essencialmente consiste em um reator onde o HCF é submetido a combustão parcial seguida por reforma de vapor de metano e conversão de troca sobre um leito catalítico. O HCF e entradas do oxidante são usualmente dispostos de acordo com a figura 14, onde HCF e vapor entram em 203 e oxigênio ou ar enriquecido entra via o queimador 202.
[0006] Oxidação parcial de um HCF, na técnica conhecida, é levada a cabo em um assim chamado gerador de gás POX usualmente compreendendo uma carcaça forradarefratária definindo uma câmara de combustão adequada e tendo uma entrada de ar (ou oxigênio) axial e uma entrada de HCF lateral.
[0007] Uma desvantagem da técnica anterior acima citada é que a corrente de entrada de HCF é submetida a uma mudança de 90° graus de direção para entrar na câmara de combustão. Além disso, devido à entrada assimétrica, o distribuidor de gás é indispensável nos reformadores
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3/18 convencionais, para obter uma mistura aceitável entre o HCF e a corrente de oxidante dentro da câmara. O distribuidor de gás, contudo envolve uma relevante queda de pressão. Gerador de gás POX pode ser construído sem o distribuidor de gás, mas não obstante sofrem uma relevante queda de pressão da corrente de HCF uma vez que o HCF é forçado a fluir através do queimador por si só.
[0008] Mais em detalhe, a energia cinética do HCF é quase completamente perdida em dita mudança de direção e queda de pressão através do distribuidor de gás; por isso, a técnica anterior proporciona que a energia requerida para a mistura de gás e correntes de oxidantes é fornecida pela alimentação da corrente de oxidante em um poço de pressão acima da pressão de operação dentro do reformador. A energia extra de pressão da corrente de oxidante é convertida em energia cinética, obtendo uma corrente de oxidante de alta velocidade que promove a mistura com o gás de processo. Esta solução, contudo envolve relevante queda de pressão de oxidante e, por isso, custos e consumo de energia para compressão.
[0009] Uma desvantagem adicional é que o distribuidor de gás estando instalado a jusante da entrada de HCF, uma porção significante do queimador é diretamente exposta ao gás de HCF quente (ao redor de 800°C), por exemplo, vindo de um reformador primário ou pré-aquecedor.
[00010] Com referência à figura 13, pode ser visto que o cano de ar é diretamente exposto à corrente de gás de HCF, usualmente pré-reformado ou pré-aquecido em uma alta temperatura; um caro cano de alta liga é, portanto necessário. Em reformadores de oxigênio ou ATRs (figura 14), o corpo do queimador por si só é exposto ao HCF. O
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4/18 distribuidor de gás é também exposto ao gás quente e por isso necessita ser construído com um material caro, tal como uma liga adaptada a ambientes extremos.
[00011] Além disso, a necessidade de manter a ponta do queimador a jusante do distribuidor de gás aumenta o comprimento do queimador ou do cano de ar do mesmo, que é então exposto a vibrações, especialmente induzido pelo fluxo de gás.
[00012] Como aparente da discussão acima o problema técnico e desvantagem da técnica anterior pode ser resumido como segue:
relevante queda de pressão do HCF;
necessidade de um distribuidor de gás, com as desvantagens relacionadas de custo e queda de pressão;
necessidade de comprimir a corrente de oxidante, para proporcionar a energia cinética requerida para mistura na câmara de combustão;
queimador diretamente exposto ao fluxo de gás quente;
necessidade de um desenho alongado do queimador, especialmente em reformadores de oxigênio, expostos a vibrações induzidas por fluxo.
[00013] As desvantagens acima não foram resolvidas na técnica anterior, apesar da necessidade de equipamentos econômicos e eficientes para reforma de hidrocarboneto, reforma autotérmica ou oxidação parcial, por exemplo, para a produção de substituto de gás natural ou produção de gás de síntese de hidrogênio/nitrogênio para síntese de amônia, ou outros propósitos.
Sumário da invenção
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5/18 [00014] O problema que forma a base da invenção é proporcionar um novo desenho para reatores aqui considerados, tais como reformadores de oxigênio ou ar, reformadores autotérmicos e geradores de gás POX, a fim de resolver as desvantagens listadas acima.
[00015] A idéia básica é usar a energia cinética de entrada da matéria-prima contendo hidrocarboneto, para gerar um adequado movimento de turbilhonamento dentro da câmara de combustão.
[00016] Por isso, os problemas acima são resolvidos com um processo para reagir uma matéria-prima contendo hidrocarboneto com uma corrente de oxidante dentro de uma câmara de combustão, em que dita corrente de oxidante é alimentada a dita câmara de combustão em direção de um eixo de dita câmara, o processo sendo caracterizado pelo fato de que um movimento de turbilhonamento ao redor de dito eixo é dado a dita corrente de gás que entra na câmara de combustão.
[00017] Preferivelmente, a matéria-prima contendo hidrocarboneto é alimentada à câmara de combustão com um caminho espiral, mais preferivelmente de acordo com uma espiral logarítmica, de modo que um vórtice de gás com uma simetria substancialmente axial do campo de velocidade é formado dentro da câmara de combustão.
[00018] A matéria-prima contendo hidrocarboneto ou HCF, de acordo com a invenção, é uma corrente de gás contendo hidrocarboneto(s) gasoso(s) tais como gás natural ou metano, ou um fluxo gasoso contendo combustível sólido suspenso tal como pó de carvão ou fuligem de carbono, ou um fluxo gasoso compreendendo hidrocarbonetos líquidos dispersos. A corrente de oxidante pode ser qualquer
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6/18 corrente contendo oxigênio ou tendo propriedade oxidante, incluindo ar, ar enriquecido, oxigênio puro, vapor ou misturas contendo O2, vapor e CO2.
[00019] Como exemplos não limitativos, o processo pode ser usado para: reforma autotérmica autônoma de um HCF bruto; reforma secundária de uma corrente préreformada, por exemplo, vindo de uma etapa de reforma primária; oxidação parcial de um HCF para a produção de um gás de síntese.
[00020] Conseqüentemente, a invenção proporciona um reator para reagir uma matéria-prima contendo hidrocarboneto com uma corrente de oxidante, o reator compreendendo um recipiente definindo uma câmara de combustão, pelo menos um queimador axial para distribuir dita corrente de oxidante a dita câmara de combustão, e uma entrada para dita matéria-prima contendo hidrocarboneto, caracterizado pelo fato de que compreende uma câmara de turbilhonamento conectada a dita entrada, dita câmara estando localizada a jusante de dito queimador e a montante de dita câmara de combustão, e estando em comunicação de fluidos com dito queimador e câmara de combustão, dita entrada e câmara de turbilhonamento estando dispostas para dar um movimento de turbilhonamento ao redor do eixo do reformador à matéria-prima contendo hidrocarboneto.
[00021] De acordo com uma modalidade preferida da invenção, o recipiente tem um pescoço delimitando pelo menos parte de dita câmara de combustão; dito pescoço tem uma porção com seção transversal aumentada, definindo dita câmara de turbilhonamento e conectada à entrada de gás.
[00022] Em uma modalidade da invenção, dita câmara de turbilhonamento está localizada em uma
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7/18 extremidade do pescoço do reator, onde o queimador é instalado; em uma modalidade adicional, existe um espaço entre a câmara de combustão e a ponta de dito queimador, de modo que uma pré-câmara é formada a jusante do queimador e acima da câmara de turbilhonamento. Esta pré-câmara pode servir para a formação da chama de difusão, em um ambiente de turbilhonamento relativamente bem reduzido.
[00023] Em modalidades preferidas, a entrada de HCF é tangencial, a saber, a direção da corrente de HCF na entrada da câmara de turbilhonamento é tangencial a uma circunferência situada em um plano perpendicular ao eixo do reator.
[00024] De acordo com aspectos adicionais da invenção, a câmara de turbilhonamento é delimitada lateralmente por uma parede lateral tendo um adequado perfil para obter um vórtice ao redor do eixo do pescoço do reformador, com componente negligenciável ou sem do vetor de velocidade no plano normal a dito eixo. Mais em detalhe, de acordo com um aspecto da invenção dita câmara de turbilhonamento é delimitada lateralmente por uma parede lateral com uma superfície interna semelhante a espiral, e a distância de dita superfície interna desde o eixo do reator progressivamente diminui da seção de entrada de gás de processo de dita entrada de gás.
[00025] Em uma modalidade preferida dita superfície semelhante a espiral cobre um ângulo de 360 graus.
[00026] De acordo com um aspecto adicional e preferido da invenção, dita superfície semelhante a espiral é de acordo com uma espiral logarítmica, tendo o mesmo eixo
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8/18 [00028]
HCF tendo qualquer do reformador. A câmara de turbilhonamento, em outras palavras, tem uma seção transversal de espiral-log.
[00027] Em outra e simplificada modalidade, a câmara de turbilhonamento tem uma seção transversal circular, em um plano perpendicular ao eixo do pescoço, isto é, o perfil interno da parede lateral de dita câmara é cilíndrica ao invés de seguir uma disposição espiral.
A invenção é aplicável a entradas de seção transversal, por exemplo, retangular ou circular. A entrada de gás é conectada a uma linha de fluxo alimentando o HCF a dito reator, que é também chamada linha de transferência. Preferivelmente, em um reator conectado a uma linha de transferência com uma seção transversal circular, a parede lateral interna da câmara de turbilhonamento tem uma seção transversal semicircular, como será explicado abaixo.
[00029] Um reator de acordo com a invenção pode ser, como exemplos não limitativos, um reformador autotérmico, um reformador secundário de um equipamento de reforma de hidrocarboneto, ou um gerador de gás de oxidação parcial. Na seguinte descrição, referências a um reformador devem ser igualmente destinadas a um gerador de gás POX ou, mais geralmente, a um reator para oxidar um HCF.
[00030] A reação pode ser uma reação catalítica, particularmente se o reator é um reformador secundário ou um reformador autotérmico. Neste caso, o recipiente contém um leito catalítico e dita câmara de combustão é definida acima de dito leito catalítico. ATR e reformador secundário são usualmente reatores catalíticos; um gerador de gás POX pode ser não catalítico, se operado em uma adequada alta temperatura.
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9/18 [00031] As vantagens da invenção serão agora discutidas.
[00032] A corrente de HCF recebe um movimento de turbilhonamento controlado enquanto que entra na câmara de combustão, devido à passagem através de dita câmara de turbilhonamento, ao invés de ser submetido a uma mudança
altamente dissipadora de direção a partir do eixo
(usualmente horizontal) da linha de transferência ao eixo
(usualmente vertical) do reator. Este movimento de
turbilhonamento permite uma mistura eficiente entre o HCF e
a chama formada no queimador, e a corrente de oxidante, eliminando assim a necessidade do distribuidor de gás.
[00033] Pode ser declarado que a energia do gás de processo é usada de uma maneira eficiente para melhorar a mistura com o oxidante, ao invés de ser desperdiçado através da dissipação e queda de pressão através do distribuidor de gás, como na técnica anterior. Uma fração da energia para o processo de mistura é encontrada na corrente de gás por si só, ao invés de ser proporcionada pela corrente de oxidante, como na técnica anterior. Por isso, a corrente de oxidante pode ser alimentada em uma pressão mais baixa, reduzindo os custos relacionados com o tamanho e consumo de energia do oxigênio ou compressor de ar. Por outro lado, para uma dada velocidade do oxidante o reformador pode ser construído com um pescoço mais curto.
[00034] Não tendo distribuidor de gás, não é mais necessário que a ponta do queimador esteja debaixo da entrada de HCF e, por isso, expor o queimador ao gás de processo. O queimador pode ser mais curto e totalmente removido do caminho do gás quente, por exemplo, alinhado na tampa do recipiente. O queimador é menos exposto a
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10/18 vibrações induzidas por fluxo e não necessita mais materiais caros para ambientes extremos.
[00035] A câmara de turbilhonamento com uma seção transversal de espiral-log é particularmente preferida pela seguinte razão. O eixo de vórtice criado na câmara de combustão é coincidente com o eixo do reformador e os perfis de velocidade (axial, radial e tangencial) são simétricos em eixo. O momentum do gás de processo na direção do eixo de linha de transferência é balanceado pela distribuição de pressão na parede, resultando em componentes negligenciáveis do vetor de velocidade (vetor de momentum) em direção normal ao eixo do reator. O oxidante é injetado no eixo do reator e a partir da parte superior da câmara de turbilhonamento, formando uma chama de difusão nas câmaras de turbilhonamento e combustão, por exemplo, no pescoço do recipiente. O jato de oxidante tem um vetor de momentum direcionado ao longo do eixo do reformador, com componentes radiais estando substancialmente nulos. A única fonte de momentum em direção normal ao eixo do reator, para a chama de difusão, é o gás de processo retido. Dado o componente negligenciável de momentum normal ao eixo, obtido com a forma da câmara de turbilhonamento, a chama não é desviada pela injeção lateral da corrente de HCF. Nestas condições, a melhor mistura entre o HCF e o oxidante é alcançada.
[00036] Na modalidade da seção transversal circular, a distribuição de pressão não é mais capaz de balancear completamente o momentum lateral da corrente de HCF da linha de transferência, e o eixo do vórtice não é coincidente com o eixo vertical do recipiente. A chama é então ligeiramente desviada pelo momentum lateral residual
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11/18 e rotaciona com o gás, assumindo uma forma de saca-rolhas. O desvio bem como a rotação aumenta a partir do bico do queimador à ponta de a chama, devido ao aumento em massa gasosa retida. Contudo o desvio de chama pode ser reduzido com um desenho apropriado do reator, especialmente os elementos de câmara da parte superior e pescoço do recipiente. Esta modalidade então mantém as principais vantagens da invenção, com uma construção simplificada e baixo custo.
[00037] Resumindo, as vantagens da invenção são: não é mais necessário o distribuidor de gás; um queimador mais curto que na técnica anterior e protegido do fluxo de gás, assim menos exposto a vibração induzida por fluxo; taxa de mistura aumentada no pescoço do reator, o que significa um pescoço mais curto e/ou uma queda de pressão mais baixa para um dado comprimento de mistura. Estas e outras vantagens e características da invenção estarão mais evidentes com a seguinte descrição detalhada de uma modalidade preferida.
Figuras
A figura 1 é um esquema simplificado de um reator de acordo com uma primeira modalidade da invenção.
A figura 2 é uma seção transversal simplificada da câmara de turbilhonamento de reator da figura 1.
A figura 3 é um esquema de um reator de acordo com outra modalidade da invenção.
A figura 4 é uma seção transversal simplificada da câmara de turbilhonamento de reator da figura 3.
A figura 5 é um esquema de um reator de acordo com outra modalidade da invenção.
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12/18
A figura 6 é uma seção transversal da câmara de turbilhonamento de reator da figura 5.
A figura 7 é um esquema de uma modalidade adicional da invenção.
A figura 8 é uma seção transversal da câmara de turbilhonamento de reator da figura 7.
A figura 9 mostra uma variante adicional da invenção, aplicável às modalidades das figuras 1 a 8.
As figuras 10 e 11 mostram exemplos adicionais da forma do pescoço do reator ou a transição conectando o pescoço à zona catalítica abaixo.
A figura 12 mostra os caminhos de fluxo e a chama dentro da câmara de combustão do reator da figura 1, em operação.
Descrição detalhada de modalidades preferidas [00038] Em referência às figuras 1-2, um reformador 1 é conectado a um entrada de gás 2, carregando uma matéria-prima contendo hidrocarboneto ou corrente de HCF G. Dita corrente de HCF G pode ser obtida da reforma primária de um hidrocarboneto; um efluente gasoso de uma planta de produção de coque (gás de forno de coque) pode também formar a corrente de HCF G.
[00039] A entrada de gás 2 é tangencial, como mostrado, de modo que a corrente G entra no reformador 1 com uma direção situada em um plano perpendicular ao eixo vertical A-A do reformador.
[00040] O reformador 1 compreende um recipiente contendo um leito catalítico 4, e tendo um pescoço 5 onde um bico oxidante ou queimador 6 é instalado. O queimador 6, na modalidade mostrada, é nivelado em uma cobertura superior 7 do pescoço 5. O oxidante alimentado ao queimador
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13/18 pode ser ar, ar enriquecido com oxigênio, oxigênio puro, vapor e/ou um mistura contendo vapor, oxigênio e dióxido de carbono. O pescoço 5 e recipiente 3 são conectados por um parede cônica de transição 8.
[00041] O pescoço 5 compreende uma porção 5a com seção transversal aumentada, definindo uma câmara de turbilhonamento 10 conectada à entrada de HCF 2. A câmara de turbilhonamento 10 está localizada abaixo e em comunicação com a ponta do queimador 6a, a fim de receber a chama de difusão durante a operação, e tem um fundo aberto 10b em comunicação de fluidos com o interior do recipiente 3 através da porção restante de pescoço 5. Deve ser notado que não existe distribuidor de gás a jusante da entrada de gás, de modo que o fundo aberto 10b está em comunicação direta também com a zona catalítica a jusante dentro do recipiente 3. A porção de pescoço sob a câmara de turbilhonamento 10 define uma câmara de combustão B.
[00042] Na modalidade das figuras 1-2, a câmara de turbilhonamento 10 é delimitada substancialmente por uma parede lateral 11 com uma superfície interna 12 seguindo uma espiral-log ao redor do mesmo eixo A-A. Em outras palavras, a seção transversal de câmara 10 (figura 2) aparece como uma espiral logarítmica com eixo coincidente com o eixo A-A do pescoço 5 e completo reformador 1.
[00043] Uma extremidade 12a da superfície 12 combina com uma parede 2a da entrada de HCF 2, na superfície de entrada de gás de processo S (figura 2), enquanto a extremidade oposta 12b da mesma superfície 12 é tangencial à parede oposta 2b de dita entrada 2, em correspondência à mesma superfície de entrada de gás S. A superfície em espiral-log 12, por isso, cobre um ângulo de
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14/18 cerca de 360 graus. A distância da superfície 12 desde o eixo A-A, devido ao perfil em espiral-log, diminui progressivamente a partir da extremidade 12a na entrada de gás, em direção à extremidade 12b.
[00044] Indicando como r a distância desde o eixo A-A, e θ (teta) o ângulo desde a superfície S, a linha de seção transversal de superfície 12 (figura 2) segue uma equação do tipo:
combinar seção de onde a com as entrada r = a · e b θ e b são preferivelmente escolhidos para paredes 2a e 2b da linha de entrada 2 na
S.
[00045] Na modalidade simplificada das figuras 3 e 4, a superfície 12 é cilíndrica com a distância desde o eixo A-A permanecendo constante. Seção transversal de superfície 12, nesta modalidade, é um arco circular; como visto na figura 4, o ângulo coberto pela superfície 12, começando da superfície de entrada de gás S, é menor que 360 graus. Preferivelmente dito ângulo é maior que 270 graus e mais preferivelmente ao redor de 300 graus.
[00046] As modalidades das figuras 5 a 8 têm uma entrada de HCF 2 com uma seção transversal circular. Neste caso, a superfície 12 tem preferivelmente uma seção transversal semicircular no plano perpendicular à direção de entrada de corrente de gás G, como mostrado na figura 5. A modalidade da invenção onde a superfície 12 tem uma seção transversal semicircular e um caminho espiral-log é melhor para evitar o componente lateral do momentum do fluxo de gás de processo, e atingir um campo de vetor de velocidade substancialmente simétrico em eixo do gás que entra na câmara de combustão B.
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15/18 [00047] Uma superfície plana 12, contudo, pode também ser adotada com a entrada 2 tendo uma seção transversal circular (figura 7). A modalidade simplificada das figuras 3 e 4 pode também ser usada. Nestes casos, um ligeiro desvio desde o campo de vetor de velocidade simétrico em eixo ocorrerá.
[00048] A figura 9 mostra uma modalidade adicional da invenção, onde a câmara de turbilhonamento 10 é distanciada da parte superior do pescoço 5, de modo que exista um espaço formando uma pré-câmara 20 entre a ponta do queimador 6, e a câmara 10. Dita pré-câmara 20 pode ser preferida para proporcionar um ambiente de baixo turbilhonamento para formação da chama de difusão sob a ponta do queimador 6a.
[00049] A figura 10 mostra exemplos não limitativos da transição conectando o pescoço 5 com o recipiente 3, em que a porção de transição 8 é construída como domo hemisférico (esquerda) ou cone (direita). A figura 11 mostra uma modalidade adicional da invenção em que o pescoço 5 é cônico com seção transversal crescente desde a parte superior ao fundo. As formas da porção de transição 8 da figura 10, bem como o pescoço cônico da figura 11, são aplicáveis a todas as modalidades das figuras 1 a 9.
[00050] De acordo com uma das aplicações da invenção, o reformador 1 é um reformador secundário de um equipamento de reforma de hidrocarboneto. Em uma aplicação adicional preferido da invenção, dito equipamento de reforma de hidrocarboneto é a extremidade frontal de uma planta de amônia, onde o gás reformado produzido no reformador secundário 1 é então submetido a tratamentos
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16/18 conhecidos tais como troca, separação de dióxido de carbono e metanação, obtendo um gás de síntese contendo nitrogênio e hidrogênio em uma razão adequada de HN para síntese de amônia.
[00051] Deve ser notado que a descrição detalhada acima se refere a um reformador, mas a invenção é aplicável também a diferentes reatores, incluindo reformadores autotérmicos, reformadores secundários, geradores de gás POX.
[00052] Em operação (figura 12), a corrente de HCF de gás G entra na câmara de turbilhonamento 10 onde, devido ao perfil de superfície 12, um movimento de turbilhonamento é dado a dita corrente de gás G ao redor de eixo A-A, formando assim um vórtice V com eixo coincidente com dito eixo A-A. O vórtice V, através do fundo aberto 10b, se estende na câmara de combustão B formada pelo pescoço 5 a jusante da entrada de gás 2. Uma chama de difusão F é produzida pela corrente de oxidante do queimador 6 e se estende na câmara de combustão B através da câmara de turbilhonamento 10.
[00053] A interação entre a chama F, e corrente de oxidante, e o vórtice de gás V de acordo com a invenção, dá uma mistura surpreendentemente efetiva entre o oxidante e o gás de pro-cesso G. Além disso, a chama F é estável e não desvia desde o A-A, apesar da entrada tangencial 2 do gás corrente.
[00054] De fato, o vórtice V produzido na câmara de turbilhonamento em espiral-log tem um campo de vetor de velocidade simétrico em eixo com um componente substancialmente nulo em direção perpendicular ao eixo A-A.
O momentum do gás de processo na direção do eixo de linha
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17/18 de transferência é balanceado pela distribuição de pressão na superfície 12. O vórtice V, por isso, é incapaz de
transmitir qualquer momentum relevante à chama F, em
qualquer direção mantém a direção outra axial. que o eixo A-A. A chama F então
[00055] Deve ser apreciado que a energia
cinética da corrente de HCF não é desperdiçada em um desvio incontrolado a partir da direção de entrada tangencial de linha 2 ao eixo de reformador 1, nem é dissipada na passagem através de um distribuidor de gás. A energia da corrente de HCF é ativamente usada para produzir o vórtice V dentro da câmara de combustão, onde a combinação do jato de oxidante velocidade, direcionado de acordo com o eixo AA, e do campo de velocidade turbilhonado dado à corrente de HCF pela câmara 10, aumenta a resistência da camada de mistura entre as duas correntes (gás/oxidante). Usar a mesma energia cinética da corrente entrante G permite alimentar o oxidante em uma pressão mais baixa ou encurtar o pescoço 5 para uma dada velocidade do oxidante.
[00056] Em modalidades simplificadas da invenção, tais como as das figuras 3 e 4, a distribuição de pressão na superfície 12 não é mais capaz de completamente balancear o momentum lateral da corrente de HCF. O eixo de vórtice V, devido a entrada lateral e tangencial de linha 2, não é coincidente com o eixo A-A e existe um ligeiro desvio da chama F, que pode assumir uma forma de sacarolhas. Dito efeito de desvio de chama pode ser minimizado com um desenho apropriado da câmara 10 e pescoço 5. O mesmo se aplica à modalidade da figura 7, devido a linha de transferência circular 2 e superfície plana 12. Estas modalidades, contudo, são ainda capazes de melhorar a
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18/18 mistura gás/oxidante em comparação com a técnica anterior, bem como não requerem o distribuidor de gás, e pode ser escolhido por razões de custo e simplicidade.
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Claims (12)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Reator (1) para reagir uma matéria-prima contendo hidrocarboneto (G) com uma corrente de oxidante, o reator (1) compreendendo um recipiente (3) definindo uma
    5 câmara de combustão (B), pelo menos um queimador axial (6) para distribuir a corrente de oxidante para a câmara de combustão (B), e uma entrada (2) para a matéria-prima contendo hidrocarboneto (G), compreendendo adicionalmente uma câmara de turbilhonamento (10) conectada a entrada (2),
    10 dita câmara (10) estando localizada a jusante do queimador (6) e a montante da câmara de combustão (B), e estando em comunicação de fluidos com o queimador (6) e a câmara de combustão (B), ditas entrada (2) e câmara de turbilhonamento (10) estando dispostos para transmitir um
    15 movimento de turbilhonamento ao redor do eixo (A-A) do reformador (1) à matéria-prima contendo hidrocarboneto (G), caracterizado pelo fato de que a câmara de turbilhonamento (10) é delimitada lateralmente por uma parede lateral (11) com uma superfície interna em forma de espiral (12) de modo
    20 que a distância da superfície interna (12) a partir do eixo (A-A) do reformador (1) diminui progressivamente a partir da seção de entrada (S) da entrada (2) de matéria-prima contendo hidrocarboneto.
  2. 2. Reator, de acordo com a reivindicação 1,
    25 caracterizado pelo fato de que o recipiente (3) tem um pescoço (5) delimitando pelo menos parte da câmara de combustão (B), o pescoço (5) tendo uma porção com seção transversal aumentada, e em que dita porção delimita a câmara de turbilhonamento (10) e é conectada com a entrada
    30 (2) de matéria-prima contendo hidrocarboneto.
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    2/3
  3. 3. Reator, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a câmara de turbilhonamento (10) está localizada no topo do pescoço (5).
  4. 4. Reator, de acordo com a reivindicação 1 ou
  5. 5 2, caracterizado pelo fato de que existe um espaço entre a câmara de turbilhonamento (10) e a ponta (6a) do queimador (6), de modo que uma pré-câmara (20) é formada a jusante do queimador (6) e acima da câmara de turbilhonamento (10).
    5. Reator, de acordo com a reivindicação 1, 10 caracterizado pelo fato de que a superfície interna em forma de espiral (12) da câmara de turbilhonamento (10) cobre um ângulo de cerca de 360 graus.
  6. 6. Reator, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a superfície (12) tem uma
    15 extremidade (12a) combinando com uma parede interna (2a) da entrada (2) de matéria-prima contendo hidrocarboneto, na seção de entrada (S), e uma extremidade oposta (12b) combinando com um lado interno oposto (2b) da entrada (2).
  7. 7. Reator, de acordo com a reivindicação 5 ou
    20 6, caracterizado pelo fato de que a superfície interna em forma de espiral (12) é uma superfície em espiral-log, tendo um perfil de seção transversal seguindo uma espiral logarítmica.
  8. 8. Reator, de acordo com qualquer uma das
    25 reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o recipiente (3) contém um leito catalítico (4) e a câmara de combustão (B) está acima do leito catalítico (4).
  9. 9. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que do
    30 reator (1) ser um reformador autotérmico, um reformador
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    3/3 secundário de um equipamento de reforma de hidrocarboneto, ou um gerador de gás de oxidação parcial.
  10. 10. Processo para reagir uma matéria-prima contendo hidrocarboneto (G) com uma corrente de oxidante
    5 dentro de uma câmara de combustão (B), em que a corrente de oxidante é alimentada para a câmara de combustão (B) em direção de um eixo (A-A) da câmara (B), em que um movimento de turbilhonamento ao redor do eixo (A-A) é transmitido à corrente de gás (G) que entra na câmara de combustão, o
    10 processo sendo caracterizado pelo fato de que um campo de velocidade axial simétrico é transmitido à matéria-prima contendo hidrocarboneto (G) dentro da câmara de combustão (B), pela alimentação da corrente à câmara de combustão via um caminho em forma de espiral.
    15
  11. 11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o caminho em forma de espiral segue uma espiral logarítmica ao redor do eixo (AA) da câmara de combustão (B).
  12. 12. Processo, de acordo com a reivindicação 10
    20 ou 11, caracterizado pelo fato de que a matéria-prima contendo hidrocarboneto (G) é uma corrente de gás contendo hidrocarboneto(s) gasoso(s) tais como gás natural ou metano, ou um fluxo gasoso contendo combustível sólido suspenso tal como pó de carvão ou fuligem de carbono, ou um
    25 fluxo gasoso compreendendo hidrocarbonetos líquidos dispersos, e a corrente de oxidante contém ar, ar enriquecido ou oxigênio puro.
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    1/8
    G
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