BRPI0806653B1

BRPI0806653B1 - Dispositivo de distribuição de líquido-vapor, vasos de fluxo descendente convergente de corrente de duas fases, e, reator

Info

Publication number: BRPI0806653B1
Application number: BRPI0806653-1A
Authority: BR
Inventors: Klaus Risbjerg Jarlkov
Original assignee: Haldor Topsoe A/S
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2018-06-26
Also published as: JP2009160577A; JP5714802B2; ZA200900150B; MX2008015264A; EP2078552B1; BRPI0806653A2; PL2078552T3; CA2648840C; US8042790B2; AR069660A1; EP2078552A1; ES2487503T3; PT2078552E; RU2008151943A; US20090174091A1; AU2009200091A1; CA2648840A1; CN101480535A; KR20090076773A; CN101480535B

Abstract

dispositivo de distribuição de líquido-vapor, vasos de fluxo descendente convergente de corrente de duas fases, e, reator. um dispositivo de distribuição de líquido-vapor para uso em vasos de fluxo descendente convergente de corrente de duas fases compreendendo: uma pluralidade de boxvlts fabricados na forma de estruturas de auto-suporte (travessas) e painéis de bandeja quando instalados formam uma bandeja que será essencialmente livre de vazamentos nas junções e entre a bandeja e a parede do vaso; referida estrutura de auto-suporte horizontal consistindo de uma placa de fundo sendo perfurada com, pelo menos, uma fileira de aberturas de tamanho igual, em que cada abertura é equipada com um canal alongado de fluxo descendente (tubo de descida) estando na forma de um tubo ou qualquer outra forma geométrica com a mesma forma de seção transversal geométrica como as aberturas na referida travessa e o canal de fluxo descendente é provido com uma entrada para a corrente convergente de duas fases, e em que pelo menos dois dos referidos canais de fluxo descendente são equipados com uma cobertura da coluna de ascensão sendo fixada em e ao longo de pelo menos uma porção de parede de cada canal de fluxo descendente e montada sobre e distanciada da entrada do canal de fluxo descendente.

Description

(54) Título: DISPOSITIVO DE DISTRIBUIÇÃO DE LÍQUIDO-VAPOR, VASOS DE FLUXO DESCENDENTE CONVERGENTE DE CORRENTE DE DUAS FASES, E, REATOR (51) Int.CI.: B01F 3/04 (30) Prioridade Unionista: 09/01/2008 DK PA2008 00029 (73) Titular(es): HALDOR TOPSOE A/S (72) Inventor(es): KLAUS RISBJERG JARLKOV

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DISPOSITIVO DE DISTRIBUIÇÃO DE LÍQUIDO-VAPOR, VASOS DE FLUXO DESCENDENTE CONVERGENTE DE CORRENTE DE DUAS FASES, E, REATOR

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um dispositivo de distribuição de líquido-vapor para uso em vasos de fluxo descendente convergente de duas fases. Particularmente, a invenção refere-se a um dispositivo de distribuição de líquido na forma de um coletor comum combinando tubos múltiplos elevadores de vapor (referidos como BOXVLT) que melhoram a distribuição das fases de líquido e vapor quando uma pluralidade destes BOXVLTs são montados sobre uma área de seção transversal de um vaso a fim de obter um equilíbrio térmico e composicional em reações catalíticas. O dispositivo é utilizável particularmente em reatores de hidroprocessamento.

Os desenhos conhecidos de dispositivos de distribuição de liquido estão em uma de cinco categorias. A primeira é uma série de calhas e vertedores de transbordamento para subdividir sistematicamente o líquido em correntes múltiplas antes do mesmo contatar um leito catalítico. Este tipo é usado com freqüência em limitadores de líquido ou absorvedores em contracorrente. Um exemplo deste tipo é descrito na patente US 5 192 465.

Um segundo tipo de dispositivos de distribuição de líquido é uma bandeja horizontal perfurada. Esta pode ou não ter vertedores entalhados em tomo das perfurações. A bandeja também pode ter chaminés para o escoamento do vapor. Este tipo de dispositivo de distribuição pode ser usado para uma distribuição grosseira de líquido em conjunto com uma bandeja de distribuição de líquido final mais sofisticada. Os exemplos deste tipo são descritos na patente US 4 836 989.

O terceiro tipo comum de dispositivos de distribuição de líquido é uma bandeja de chaminé. Este dispositivo usa vários tubos verticais

dispostos tipicamente em um padrão de passo regular quadrado ou triangular sobre uma bandeja horizontal. Os tubos verticais tipicamente têm furos nos lados para a passagem de líquido. Os topos dos tubos verticais são abertos para permitir o fluxo descendente de vapor através do centro das chaminés. Alguns projetos usam chaminés especiais com tubos de descida, (downcomer), para vapor de modo a manipular o grosso do fluxo de vapor. Este tipo é conhecido das patentes US 4 126 540 e 3 353 924.

O quarto tipo de dispositivos de distribuição de líquido é uma bandeja de borbulhamento. Este dispositivo usa vários borbulhadores depositados em um padrão de passo regular em uma bandeja horizontal. A cobertura do borbulhador é formada com uma cobertura centrada concentricamente sobre um tubo vertical. Os lados da cobertura são ranhurados para o fluxo de vapor. O líquido escoa sob a cobertura e, junto com o vapor, escoa ascendentemente para a área anular e então descendentemente através do centro do tubo vertical, como descrito na patente US 5 158 714.

O dispositivo de distribuição de tipo de calha conhecido é mecanicamente complexo e muito sensível ao nivelamento. Dependendo do projeto das transições entre as calhas, a qualidade da distribuição também pode ser susceptível a uma incrustação.

O projeto de placa perfurada conhecido é similar ao projeto da chaminé. O projeto da chaminé é preferido porque ele pode ser projetado para uma faixa mais ampla de cargas de líquido/vapor e é menos suscetível à incrustação.

Um outro tipo conhecido de dispositivos de distribuição de líquido é uma bandeja perfurada provida com tubos de ascensão de vapor na forma de um tubo de descida com pernas longas equipado com um ou mais tubos de subida de pernas curtas criando uma zona de fluxo ascendente e uma

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zona de fluxo descendente dentro do tubo. Os lados do tubo de subida de pernas curtas são ranhurados e o líquido escoando convergentemente com vapor é elevado por meio do fluxo de vapor ascendentemente em uma zona de fluxo de subida e distribuído uniformemente junto com o vapor através da zona de fluxo descendente para um leito de catalisador subjacente, como ainda descrito na patente US 5 942 162.

A vantagem do dispositivo de tubo de elevação de vapor sobre um projeto de tipo chaminé é a faixa de viragem para baixo significativamente mais ampla possível com o tubo de elevação de vapor. A medida que o fluxo de líquido diminui, uma chaminé apropriadamente projetada deve ou se tomar mais alta ou ter furos menores perfurados no lado. Devido às tolerâncias de fabricação, cuidado de instalação e deflexão devido à carga de operação, nem todos os dispositivos de distribuição estarão no mesmo nível no vaso. Em algum nível de viragem para baixo, alguns furos serão cobertos com líquido e outros não serão. Isto resulta em uma distribuição de líquido irregular sobre a superfície abaixo da bandeja.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Esta invenção é um dispositivo de distribuição de líquido-vapor para distribuição de uma corrente convergente de duas fases em um vaso de fluxo descendente compreendendo:

uma pluralidade de estruturas de auto-suporte horizontais atuando como travessas de suporte e painéis de bandeja e, quando instalada, formando uma bandeja que será essencialmente livre de vazamentos nas junções das estruturas e entre a bandeja formada e a parede interna do vaso;

cada uma das referidas estruturas de auto-suporte horizontais consistindo de uma placa inferior sendo perfurada com, pelo menos, uma fileira de aberturas de tamanho igual, em que cada abertura é equipada com um canal de fluxo descendente alongado estando na forma de um tubo ou

qualquer outra forma geométrica com a mesma forma de seção transversal geométrica que as aberturas na referida placa de fundo e cada um dos canais de fluxo descendente sendo provido com uma entrada para a corrente convergente de duas fases, e em que pelo menos dois dos referidos canais de fluxo descendente são equipados com uma cobertura de coluna de ascensão comum sendo fixada em e ao longo de pelo menos uma porção de parede de cada um dos canais de fluxo descendente e montada sobre e distanciada da entrada de cada um dos canais de fluxo descendente.

A combinação de canais de fluxo descendente e uma cobertura de coluna de ascensão comum é referida como BOXVLT.

A estrutura de auto-suporte de acordo com a invenção é suportada horizontalmente no vaso e suas bordas são apertadas contra as bordas de uma estrutura de auto-suporte adjacente ou painel de bandeja com gaxetas ou de outra forma vedada para prover uma superfície essencialmente isenta de vazamentos cobrindo a área de seção transversal do vaso.

A placa de fundo da estrutura de auto-suporte/painel de bandeja é perfurada por aberturas espaçadas de modo uniforme através de sua superfície, cujas aberturas são distribuídas em pelo menos uma fileira sobre a placa de fundo. As aberturas podem ser redondas, quadradas, retangulares ou de qualquer outra forma geométrica. Em todos os casos, um padrão otimizado é usado para proporcionar um espaçamento aproximadamente uniforme entre todas as perfurações e para prover uma relação aproximadamente uniforme de área com aberturas para a área de bandeja horizontal através da bandeja completa sendo formada por uma pluralidade de fileiras de BOXVLTs.

Pelo menos um BOXVLT consistindo de dois canais de fluxo descendente cobertos com uma cobertura de coluna de ascensão comum criam um dispositivo de tubo de elevação de vapor em cada estrutura de auto/suporte / painel de bandeja com pelo menos dois pontos de gotejamento.

O dispositivo de tubo de elevação de vapor de acordo com a invenção é similar ao dispositivo de cobertura de borbulhamento no seu conceito, mas tem várias vantagens. Porque o dispositivo do tubo de elevação de vapor é menor, mais pode ser colocado em uma bandeja de distribuição sendo feita por disposição de várias travessas lado a lado dentro de um reator para obter uma melhor distribuição do líquido. Com um espaçamento menor, o tamanho destes espaços é menor. A eficiência de umectação geral abaixo da bandeja é melhor com um passo menor do que com um passo maior.

Uma vantagem particular do dispositivo de distribuição de acordo com a invenção é sua simplicidade, que toma a fabricação mais fácil e menos onerosa fabricação e uma instalação no tamanho ótimo prescrito pelas condições do processo.

Em muitos processos, em que a invenção será usada, por exemplo, reatores de hidroprocessamento, podem ocorrer variações amplas nas taxas de fase vapor e líquida e propriedades físicas com o tempo e durante as operações de regulação. Devido às tolerâncias de fabricação e o cuidado da instalação, irão ocorrer variações inevitáveis no nivelamento da bandeja de distribuição. Os líquidos caindo sobre a bandeja de distribuição de um distribuidor de entrada ou misturador da zona de resfriamento brusco podem ser distribuídos de modo não uniforme e podem resultar em gradientes de altura de líquido através da bandeja devido a esguichos, ondas ou cabeça hidráulica. Um projeto de distribuidor de líquido otimizado usando o conceito do tubo de elevação de vapor é possível, o qual irá proporcionar uma melhor distribuição de liquido abaixo da bandeja do que poderia ser obtido de projetos otimizados de distribuições de calhas, bandejas de distribuição de placa perfurada simples, bandejas de distribuição de tipo de chaminé, ou bandejas de distribuição de cobertura de borbulhamento concêntrica.

O dispositivo de distribuição desta invenção será tipicamente

usado em reatores de hidroprocessamento. Ao obter uma distribuição uniforme dos reagentes líquidos sobre toda a área de seção transversal do reator, todo o catalisador em um dado nível é umedecido de modo uniforme. Assim, todos os catalisadores em um dado nível operam na mesma eficiência, o que aumenta a eficiência global do reator. Além disso, uma distribuição de líquido uniforme mantém perfis uniformes de temperatura radial através do reator.

Em uma forma de realização da invenção, pelo menos dois canais de fluxo descendente são cobertos com uma cobertura de coluna de ascensão comum, sendo fixados a e ao longo de duas paredes opostas dos canais de fluxo descendente e provendo um tubo de elevação de vapor com uma seção transversal em forma semelhante a T.

Em outra forma de realização, o tubo de elevação de vapor é conformado com uma seção transversal como um U invertido, equipando-se pelo menos dois canais de fluxo descendente com uma cobertura de coluna de ascensão comum, que é fixada em e ao longo de uma porção de parede de cada canal de fluxo descendente.

Em ainda uma forma de realização, uma borda de gotej amento no lado de fundo da travessa é criada para cada perfuração por meio do canal de fluxo descendente se estendendo através da travessa ou por uma peça de canal separado fixada à travessa. A borda de gotej amento pode ser ainda formada por saliências na travessa ou por meio equivalentes.

Prefere-se que os canais de fluxo descendente tenham a mesma altura em todos os pontos na estrutura de auto-suporte horizontal.

Prefere-se também que a cobertura da coluna de ascensão tenha uma ou mais ranhuras verticais cortadas em seu lado com uma altura da ranhura terminando em ou abaixo da elevação da entrada do canal de fluxo descendente.

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Em outra forma de realização preferida, a extremidade de entrada da cobertura da coluna de ascensão termina acima do nível da travessa horizontal de modo que o líquido na corrente de duas fases não é impedido de escoar dentro da porção inferior da cobertura da coluna de ascensão.

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Breve Descrição dos Desenhos Anexos

A figura 1 mostra uma vista em perspectiva da estrutura de autosuporte, que consiste de, no mínimo, uma travessa, que inclui uma cobertura da coluna de ascensão, um tubo de descida e uma placa de fundo, a combinação dos mesmos sendo na seguinte descrição identificada como um tubo de elevação de vapor em caixa ou BOXVLT.

A figura 2 mostra uma vista em perspectiva de uma estrutura de auto-suporte com 3 BOXVLTs.

A figura 3 (A-D) está mostrando uma vista em seção transversal do BOXVLT (visto de baixo) com exemplos de diferentes esquemas do tubo de descida com várias formas e vários padrões.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

O conceito de projeto de distribuição de líquido-vapor (referido como estrutura de auto-suporte) é mostrado na figura 1 e figura 2. O dispositivo consiste de um ou vários BOXVLT 1 se estendendo de um lado da parede interna do reator para o outro lado da parede interna do reator, uma saia 2 que é encurvada com uma curvatura correspondendo à curvatura da parede interna do reator (não mostrado) para permitir uma instalação estanque a gás. A borda longitudinal 7 da estrutura de auto-suporte é linear adaptada para ser montada com ou uma outra estrutura de auto-suporte (não mostrada ou um painel de bandeja não de auto-suporte também equipado com um ou mais BOXVLTs (não mostrado). Todas as junções serão essencialmente isentas de vazamento. Cada BOXVLT consiste de uma cobertura de coluna de

ascensão comum que cobre dois ou mais tubos de descida 4. Os tubos de descida 4 podem variar em forma, tamanho e esquema do padrão (exemplos, ver figura 3). Cada tubo de descida se ajusta em aberturas feitas na placa de fundo 3. Entre cada tubo de descida 4 é cortada uma ou mais ranhuras verticais 6 dentro da parede lateral da cobertura do tubo de descida 5. O topo da ranhura está em ou abaixo da extremidade de entrada (não mostrado) dos tubos de descida 4.

A figura 3 é uma seção transversal (seção B-B) através de um BOXVLT voltado para cima para a cobertura da coluna de ascensão. A figura 3A é um BOXVLT com tubos de descida quadrados alinhados e presos a ambas as paredes da cobertura da coluna de ascensão em um padrão reto. A figura 3B tem tubos de descida retangulares alinhados e presos a somente uma parede do tubo de descida em um padrão reto. A figura 3C é similar à figura 3A mas com tubos circulares de descida. A figura 3D é mostrada com tubos circulares de descida em um padrão triangular.

Uma outra eficiência de distribuição melhorada, isto é, menor sensibilidade contra distribuição macho do fluxo de duas fases pode ser obtida por montagem de placas divisórias 8 entre os canais de fluxo descendente como mostrado nas figuras 3A-C.

Em operação da invenção, um nível de líquido será estabelecido em uma bandeja feita por várias travessas cada fornecida com BOXVLTs na forma de estruturas de auto-suporte e como painéis de bandeja. As partes são montadas ao longo de suas bordas e ao longo da parede do reator em um modo estanque a gás/líquido. O nível de líquido na bandeja assim formada estará acima do fundo das coberturas da coluna de ascensão comuns 5, mas abaixo do topo das ranhuras 6 nas coberturas da coluna de ascensão. O vapor irá passar através das ranhuras criando uma queda de pressão entre o interior e o exterior do BOXVLT sendo composto por uma cobertura da coluna de ._Ύ\ CÍ3 ^Λ;\

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£ , í», d· % ! ~ ascensão e uma pluralidade de canais de fluxo descendente. Devido à menor pressão dentro do BOXVLT, o nível de líquido será maior dentro do que fora do BOXVLT. O valor e líquido irão misturar dentro da cobertura da coluna de ascensão com o vapor elevando o líquido para fluir ascendentemente e sobre a parede na entrada dos canais de fluxo descendente 4. O líquido irá desprender parcialmente, enquanto fluindo sobre a parede nas entradas e descendentemente nos canais de fluxo descendente 4. Na abertura abaixo das placas de fundo 3, o líquido e vapor irão ainda desprender com o líquido drenando a borda de gotej amento do tubo de descida 4.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de distribuição de líquido-vapor para distribuição de uma corrente convergente de duas fases em um vaso de fluxo descendente, caracterizado pelo fato de compreender:

5 uma pluralidade de estruturas de auto-suporte horizontais atuando como travessas de suporte e painéis de bandeja e, quando instalada, formando uma bandeja que será essencialmente livre de vazamentos nas junções das estruturas e entre a bandeja formada e a parede interna do vaso;

cada uma das referidas estruturas de auto-suporte horizontais 10 consistindo de uma placa inferior sendo perfurada com, pelo menos, uma fileira de aberturas de tamanho igual, em que cada abertura é equipada com um canal de fluxo descendente alongado estando na forma de um tubo ou qualquer outra forma geométrica com a mesma forma de seção transversal geométrica que as aberturas na referida placa de fundo e cada um dos canais

15 de fluxo descendente sendo provido com uma entrada para a corrente convergente de duas fases, e em que pelo menos dois dos referidos canais de fluxo descendente são equipados com uma cobertura comum de coluna de ascensão sendo fixada em e ao longo de pelo menos uma porção de parede de cada um dos canais de fluxo descendente e montada sobre e distanciada da

20 entrada de cada um dos referidos canais de fluxo descendente, em que uma placa divisória é disposta entre um ou mais dos referidos canais de fluxo descendente.
2. Dispositivo de distribuição de líquido-vapor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os canais de fluxo descendente

25 têm a mesma altura em todos os pontos sobre a estrutura de auto-suporte horizontal.
3. Dispositivo de distribuição de líquido-vapor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a cobertura da coluna de

Petição 870180023317, de 22/03/2018, pág. 12/13 ascensão tem uma ou mais ranhuras verticais cortadas em seu lado com uma altura de ranhura terminado em ou abaixo do nível da entrada do canal de fluxo descendente.
4. Dispositivo de distribuição de líquido-vapor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a extremidade de entrada da cobertura da coluna de ascensão termina acima do nível da placa de fundo da estrutura de auto-suporte.
5. Dispositivo de distribuição de líquido-vapor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a cobertura comum da coluna de ascensão é fixada em duas paredes opostas de cada canal de fluxo descendente.
6. Vasos de fluxo descendente convergente de corrente de duas fases, caracterizados pelo fato de compreender um dispositivo de distribuição de líquido-vapor de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes.
7. Reator caracterizado pelo fato de ser provido com um ou mais dispositivos de distribuição de líquido-vapor de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes.

Petição 870180023317, de 22/03/2018, pág. 13/13

FIGURA 1

FIGURA 2

FIGURA 3 SEÇÃO B-B

FIGURA 3A ? L l I Ll I

FIGURA 3C )ü ü ü (

FIGURA 3B

FIGURA 3D