BRPI0902190A2 - reator de tratamento ou de hidrotratamento com uma camada granular, assim como uma fase essencialmente lìquida e uma fase essencialmente gasosa que atravessa essa camada - Google Patents

Abstract

REATOR DE TRATAMENTO OU DE HIDROTRATAMENTO COM UMA CAMADA GRANULAR, ASSIM COMO UMA FASE ESSENCIALMENTE LìQUIDA E UMA FASE ESSENCIALMENTE GASOSA QUE ATRAVESSA ESSA CAMADA. A presente invenção refere-se a um reator de tratamento ou de hidrotratamento compreendendo pelo menos uma camada granular (12), uma fase essencialmente líquida (L) e uma fase essencialmente gasosa (G) presentes no fundo do reator sendo separadas por uma interface (38) e um prato distribuidor (20) com pelo menos uma chaminé principal (32), permitindo a circulação da fase líquida (L) em direção à camada e pelo menos uma passagem (30) para introduzir a fase gasosa (G) nessa camada. De acordo com a invenção, o prato (20) sustenta pelo menos uma chaminé mista (34) para a circulação da fase líquida em direção à camada ou para a introdução da fase gasosa nessa camada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "REATOR DETRATAMENTO OU DE HIDROTRATAMENTO COM UMA CAMADA GRANULAR, ASSIM COMO UMA FASE ESSENCIALMENTE LÍQUIDA E UMAFASE ESSENCIALMENTE GASOSA QUE ATRAVESSA ESSA CAMADA".

A presente invenção refere-se a um reator, compreendendo umdispositivo de distribuição de pelo menos uma fase gasosa e pelo menosuma fase líquida circulando em escoamento à co-corrente ascendente nessereator.

A invenção refere-se notadamente a um reator com esse dispo-sitivo que é colocado a montante de uma zona reacional ou de contatogás/líquido que pode ser composta de uma camada granular de partículassólidas, eventualmente catalíticas.

A invenção refere-se mais particularmente a um reator de trata-mento ou de hidrotratamento de uma carga fluida, como para o tratamentocatalítico de destilados oriundos dos brutos de petróleo pesado.

É amplamente conhecido que, no tipo de reator com uma cama-da catalítica fixa, é necessário distribuir, de uma forma a mais homogêneapossível, não somente a fase gasosa, mas também a fase líquida.

É também necessário assegurar uma repartição a mais igual e amais uniforme possível dessas duas fases ao longo da seção frontal dessereator para otimizar o contato gás-líquido no reator e para fazer funcionar asdiferentes zonas desse reator de maneira sensivelmente idêntica.

Como é conhecido pelo documento US 3 441 418, essa reparti-ção pode ser feita por um prato distribuidor equipado com chaminés verticaise de perfurações cuja finalidade é de obter uma distribuição sensivelmenteuniforme da fase gasoslTe dã fase líquida por toda a seção de um reatoromais freqüentemente de forma cilíndrica.

Esse tipo de prato distribuidor permite assim distribuir a fase ga-sosa pelas perfurações do prato e a fase líquida pelas chaminés.

Também na patente US 6 123 323, é descrito um dispositivo dedistribuição utilizável em escoamento ascendente em um reator alimentadopor uma mistura de líquido e de gás.Esse dispositivo é composto de um prato distribuidor que ocupao total ou parte da seção total do reator, delimitando um volume no qual ogás e o líquido vão se separar. O gás escoa, em seguida, através de orifíciosrepartidos sobre toda a seção do prato. O líquido escoa de forma separadaatravés de chaminés verticais que atravessam o prato e prolongando-se em-baixo da interface líquido/gás ou através das frações da seção do reator nãoabrangidas pela placa.

Esse reator, que compreende uma alimentação com gás e comlíquido por um conduto situado no fundo de compartimento, é tecnicamenteinteressante, mas apresenta, todavia, inconvenientes não desprezíveis.

Com efeito, o funcionamento não é otimizado, pois o gás se dis-persa mal sobre a seção transversal e uma parte desse gás sobe geralmen-te ao centro desta. Isto perturba a interface gás - líquido sob o prato distribu-idor e acarreta má repartição do gás sob o prato.

Além disso, o gás pode eventualmente penetrar no interior daschaminés de maneira não desejável. No caso de parte de gás, ele seguiráuma má distribuição de gás com uma presença mais importante na zonacentral do prato.

Além disso, a saída do gás vai, portanto, criar perturbações con-sideráveis que podem induzir pulsações do escoamento e desequilibrar lo-calmente a distribuição do gás.

A presente invenção se propõe a prevenir os inconvenientes pré-citados, graças a um reator com camada catalítica, compreendendo um pra-to distribuidor que permite conseguir uma distribuição da fase gasosa regu-larmente repartida ao longo da seção do reator e não vindo incomodar a dis-tribuição da fase líquida, mesmo em caso de perturbação da interface gás-líquido.

Para isso, a presente invenção refere-se a um reator de trata-mento ou de hidrotratamento, compreendendo pelo menos uma camada deproteção, uma fase essencialmente líquida e uma fase essencialmente ga-sosa presentes no fundo do reator sendo separadas por uma interface, e umprato distribuidor com pelo menos uma chaminé principal, permitindo a circu-lação da fase líquida em direção da camada e pelo menos uma passagempara a introdução da fase gasosa nessa camada, caracterizado pelo fato deo prato sustentar, além disso, pelo menos uma chaminé mista para a circu-lação da fase líquida em direção da camada e para a introdução da fase ga-sosa nessa camada.

A chaminé mista pode compreender uma altura menor do que aaltura da chaminé principal e maior que a altura da passagem.

A chaminé mista pode compreender uma seção de travessia defluido menor do que a seção da travessia de fluido da chaminé principal.

A chaminé mista pode ser uma tubulação aberta em suas duasextremidades e sua seção de travessia de fluido pode ser a seção diametraldessa tubulação.

A chaminé mista pode ser uma tubulação aberta em suas duasextremidades e sua seção de travessia de fluido pode ser uma restrição daseção diametral dessa chaminé mista.

A restrição pode ser uma arruela alargada colocada em uma dasextremidades da chaminé mista.

A chaminé mista pode ser uma tubulação fechada em sua ex-tremidade inferior e a seção de travessia dessa chaminé pode ser pelo me-nos um orifício aberto na parede periférica dessa chaminé.

A chaminé principal pode ser alojada coaxialmente em um orifí-cio sustentado por esse prato e de dimensão diametral superior àquela des-sa chaminé.

Uma chaminé mista pode ser colocada entre a chaminé principale o orifício e coaxialmente a estes.

As outras características e vantagens da invenção vão aparecerna leitura da descrição que vai ser feita a seguir, dada a título unicamenteilustrativo e não limitativo e à qual são anexadas:

- a figura 1, que mostra um esquema parcial em corte axial de um reator de acordo com a invenção, comportando um prato de distribuição;

- a figura 2 representa uma vista fragmentar em escala ampliadade uma variante do reator, de acordo com a invenção;- a figura 3 uma outra vista fragmentada em escala ampliada deuma outra variante do reator, de acordo com a invenção; e

- a figura 4 uma outra vista fragmentar em escala ampliada deuma terceira variante do reator, de acordo com a invenção.

Na figura 1, o reator fechado 10, preferencialmente de forma tu-bular alongada vertical, compreende geralmente, em sua parte superior, mei-os de introdução de produtos (não representados) que permitem formar pelomenos uma camada granular 12.

Por camada granular é entendido um conjunto de partículas sóli-das que têm a forma de grão de dimensões da ordem de alguns milímetros eapresentando vantajosamente uma atividade catalítica, permitindo formaruma camada catalítica que é composta tanto de catalisador fresco, quantode catalisador regenerado.

Da mesma forma, é entendido que o termo reator utilizado acimaabrange tanto os compartimentos quanto as colunas.

Esse reator comporta na região de seu fundo 14 e, de preferên-cia, na zona mediana deste, um conduto de alimentação 16 de uma misturade alimentação 18 (ou carga) de uma fase gasosa e de uma fase líquida.

Vantajosamente, a fase gasosa compreende uma mistura con-tendo o hidrogênio puro ou uma mistura contendo o hidrogênio puro, assimcomo o hidrogênio residual, e hidrocarbonetos vaporizados, enquanto que afase líquida compreende essencialmente hidrocarbonetos.

A mistura de alimentação pode eventualmente comportar outrasfases como a de água, de ar ou o oxigênio, um ou uns hidrocarboneto(s)com o ar ou o oxigênio.

A camada granular é delimitada na parte baixa desse reator porum prato perfurado transversal 20, colocado à distância do fundo 14 do rea-tor, que se estende até a parede periférica 22 deste e cujo papel será explici-tado na seqüência da descrição.

Conforme é amplamente conhecido, esse reator permite a distri-buição e a mistura de um escoamento de gás e de líquido nesse reator ope-rando em escoamento ascendente. Para se conseguir a reação catalíticadesejada, é, portanto, necessário realizar um contato reacionalgás/líquido/sólido. Para isso, o catalisador da camada granular é mantidoimóvel no reator ou é colocado em ebulição pelo escoamento gás/líquido.

Conforme será melhor visível na figura 1, o prato distribuidor 10,ou prato de distribuição, delimita a camada granular 12, sendo colocado ajusante do conduto de alimentação 16 e do fundo 14 do reator.

Esse prato é constituído de uma placa plana 24 que ocupa todaa seção do reator até sua parede periférica 22.

Essa placa compreende uma multiplicidade de orifícios 26, 28,30 que a atravessa. Os orifícios 26 recebem, com estanqueidade, tubula-ções ocas verticais 32 abertas em suas duas extremidades, designadas naseqüência da descrição pelo termo de "chaminé principal" e destinadas aserem percorridas pela fase essencialmente líquida L da mistura de alimen-tação. Os orifícios 28 são destinados a receber com estanqueidade tubula-ções ocas verticais 34 também abertas em suas duas extremidades, desig-nadas como "chaminé mista". Essas chaminés mistas são percorridas, sejapela fase essencialmente líquida L da mistura de alimentação, seja pela faseessencialmente gasosa G da mistura de alimentação. Os orifícios 30 da pla-ca estão no estado sendo preferencialmente desprovidos de tubulações o-cas e formam passagens atravessadas pela fase essencialmente gasosa Gda mistura.

O prato de distribuição é, portanto, composto de uma série dechaminés principais 32, de chaminés mistas 34 e de passagens 30.

Esse prato permite, assim, a comutação dos fluidos gasoso elíquido do fundo do reator para a camada granular.

A altura axial H das chaminés principais 32 é mais elevada doque a altura axial H' das chaminés mistas 34 que é ela própria mais elevadado que a altura das passagens 30, no caso confundida com a espessura Eda placa 24. As alturas HeH' são consideradas entre a face inferior da pla-ca 24 e a extremidade inferior aberta, na qual é introduzido o fluido, respecti-vamente da chaminé principal e da chaminé mista.

A seção transversal de travessia S1 das chaminés principais 32,considerada radialmente, é preferencialmente maior do que a seção trans-versal de travessia S2 das chaminés mistas 34 e a seção transversal de tra-vessia S3 das passagens 30. Vantajosamente, as seções S2 e S3 são iguaisentre si, mas podem ser diferentes, sendo inferiores à seção S1.

No caso, as seções S1 a S3 correspondem às seções abertasatravés das quais circula o fluido (gás ou líquido) em direção à camada 12.As seções S1 e S2 são consideradas a nível das seções diametrais internasdas tubulações que formam as chaminés principais 32 e mistas 34, e a se-ção S3 corresponde à seção diametral das passagens 30.

Naturalmente, as passagens, as chaminés e os orifícios que sus-tentam chaminés podem possuir geometrias de seção que podem ser, dequalquer forma, idênticas ou diferentes entre si, tal como circular, elíptica ouqualquer outra forma.

Da mesma forma, o número, a disposição e o tamanho daschaminés 32, 34 e passagens 30 sobre a placa 24 serão escolhidos confor-me qualquer técnica conhecida pelo versado, em função de valores de fun-cionamento mínimo e máximo da vazão gasosa desejada.

Mais precisamente, e independentemente da faixa de funciona-mento em vazão gasosa, isto deve permitir a formação de uma atmosferagasosa 36 sob o prato 20 e de uma interface líquida/gás 38 situada acimadas extremidades inferiores das chaminés principais 32.

De maneira preferencial e conforme representado a título de e-xemplo na figura 1, as chaminés principais 32 são percorridas pela fase lí-quida L da mistura, e as chaminés mistas pela fase gasosa G dessa mistura,assim como as passagens 30. Dessa forma, as extremidades inferiores daschaminés principais 32 mergulham na mistura de alimentação 18 contida nofundo 14 do reator e as extremidades superiores dessas chaminés estão emcomunicação com a camada granular 12.

De modo similar, as extremidades inferiores das chaminés mis-tas 34 chegam na atmosfera gasosa 36, enquanto que suas extremidadessuperiores estão em comunicação com essa camada granular 12.

As passagens 30 permitem colocar em comunicação a atmosfe-ra gasosa 36 com a camada granular 12.

Vantajosamente e conforme conhecido, pode ser possível preverum espaço entre o prato 20 e uma grade que suporta a camada granular.

Isto permite limitar a perda de carga do prato no caso em que asfases líquidas e/ou gás circulam à velocidades elevadas.

Os termos "superior(es)" e inferior(es)" utilizados na presentedescrição devem ser considerados com a leitura do esquema do reator con-forme ilustrado na figura 1.

Durante o funcionamento desse reator, a mistura de alimentaçãoé introduzida no fundo 14 do reator pelo conduto 16. À medida da ascensãodessa mistura para o prato distribuidor 20, a fase gasosa, que fica aí contida,é retirada dessa mistura. Essa fase gasosa retirada chega embaixo do prato20 para formar a atmosfera gasosa 36 com uma interface gás/líquido 38 en-tre essa atmosfera gasosa e a fase líquida desgaseificada da mistura de ali-mentação.

Naturalmente, e conforme mencionado mais acima, a atmosferagasosa 36 resulta da perda de carga realizada pelas diferentes chaminés epassagens, cujo número, cujas dimensões e cujas configurações serão de-terminadas, de forma que a interface 8 fique situada, ao máximo, acima dasextremidades inferiores das chaminés principais 32 e abaixo das extremida-des inferiores das chaminés mistas e, na pior, acima das extremidades infe-riores das chaminés mistas, sem para isto atingir a face inferior do parto 20.

Assim, na configuração da figura 1, a fase líquida gasosa L per-corre as chaminés principais 32 para chegar à camada 12 e a fase gasosa25 retirada G da atmosfera 36 circula, ao mesmo tempo, através das chaminésmistas 34 e das passagens 30 para chegar também na camada 12.

Essas fases líquida e gasosa, que foram vantajosamente distri-buídas de maneira homogênea ao longo do prato 20, atravessam a camadaem um movimento ascendente para realizar aí a reação química desejadapara, em seguida, sair por quaisquer meios conhecidos pelo versado.

Naturalmente, na configuração do reator onde a interface 38 ficasituada acima das extremidades inferiores das chaminés mistas 34, a fasegasosa da atmosfera 36 atravessa apenas as passagens 30, enquanto que afase líquida desgaseificada percorre, ao mesmo tempo, as chaminés princi-pais 32 e as chaminés mistas 34 para chegar na camada 12.

Esse prato permite assim maior flexibilidade de utilização emtermos de vazões em gás e em líquido, devido à presença dos dois tipos dechaminés.

Além disso, esse prato permite respeitar as dificuldades de com-pacidade do reator, utilizando chaminés de alturas baixas.

Além disso, esse reator torna possível a utilização de um núme-ro maior de vias de circulação de gás, notadamente quando a vazão de gásaumenta, evitando uma coalescência de gás.

A variante da figura 2 se distingue da figura 1 pelo fato de aschaminés mistas 34' comportarem uma seção diametral idêntica àquela daschaminés principais e apresentarem uma seção transversal de travessia S2 menor do que a seção transversal de passagem S1 das chaminés principais32.

Essa seção de passagem mais estreita é realizada por uma res-trição 40 apresentada pelas chaminés mistas 34'. Vantajosamente, essa res-trição de seção é formada por uma arruela, de preferência alargada central-mente, cujo diâmetro externo é confundido com o diâmetro interno da tubu-lação que forma a chaminé e cujo diâmetro interno permite definir a seçãode travessia S2.

Preferencialmente, essa restrição fica situada em um ou em ou-tra das extremidades das chaminés mistas, mas pode também ser colocada em um lugar qualquer entre as duas extremidades dessas chaminés.

Na variante da figura 3, as extremidades inferiores das chaminésmistas 34" em direção do fundo do reator são fechadas, enquanto que asextremidades superiores permanecem em comunicação com a camada gra-nular 12. Para assegurar a comunicação da atmosfera gasosa 36 com a ca-mada 12, a parede periférica das chaminés mistas tem pelo menos um orifí-cio 42. Esse orifício que é, no caso, circular, comporta uma seção de traves-sia S2, cuja extensão corresponde àquela da figura 1 ou 2.É, portanto, através desse orifício, cujo ponto o mais baixo de-termina com a face inferior da placa 24 a altura H' dessa chaminé, que é in-troduzida a fase gasosa da atmosfera 36 para em seguida percorrer as cha-minés mistas 34 e chegar à camada 12.

Naturalmente, pode ser prevista uma multiplicidade de orifícios42 dispostos tanto circunferencialmente uns ao lado dos outros, quanto axi-almente uns acima dos outros ou uma combinação das duas disposições deorifícios.

Da mesma forma, o orifício pode ser de uma forma diferente daforma circular, como fendas.

Na variante da figura 4, a placa 24 tem orifícios 44, de preferên-cia circular, alojando, de maneira coaxial, ao mesmo tempo, as chaminésprincipais, assim como as chaminés mistas e formando as passagens ante-riormente mencionadas.

Conforme visível nessa figura, as chaminés principais 46 e aschaminés mistas 48 são alojadas coaxialmente uma na outra, sendo coloca-das coaxialmente nos orifícios 44. Para isso, esses orifícios 44 apresentamuma dimensão radial maior do que a dimensão radial das chaminés mistas48, que elas próprias apresentam uma dimensão radial maior do que a di-mensão radial das chaminés principais 46.

Da mesma forma, a altura H das chaminés principais é maior doque a altura H' das chaminés mistas que é, ela própria, maior do que a alturados orifícios 44, no caso confundida com a espessura E da placa 24.

De maneira vantajosa, as extremidades superiores das chami-nés principais e mistas são alojadas no orifício 44 com suas extremidadessuperiores colocadas no mesmo plano horizontal, conforme melhor visível nafigura 4.

Naturalmente, o versado considerará todos os meios que permi-tem realizar a ligação entre as diferentes chaminés e o orifício, como, porexemplo, travessas radiais 50 soldadas entre a periferia externa da chaminéprincipal e a periferia interna da chaminé mista, assim como travessas 52soldadas entre a periferia externa da chaminé mista e a periferia interna doorifício 44.

Nessa configuração, a seção de travessia S1 corresponde à se-ção diametral da chaminé principal, a seção S2 corresponde à extensão sur-fácica transversal entre a periferia externa da chaminé principal e a periferiainterna da chaminé mista e a seção S3, à extensão surfácica transversal en-tre a periferia externa a chaminé mista e a periferia do orifício 44.

Conforme anteriormente mencionado em relação com as figuras-1 a 3, a seção S1 é maior do que a seção S2 que é, ela própria, maior ouigual à seção S3.

Assim, as extremidades inferiores das chaminés principais 46mergulham na fase líquida desgaseificada e as extremidades superiores de-sembocam na cada granular 12, permitindo assim a travessia da fase líquidapara essa camada granular. O espaço de seção S2 entre as chaminés prin-cipais e as chaminés mistas, assim como o espaço de seção S3 entre aschaminés mistas e os orifícios 44 permitem a circulação e a travessia da fa-se gasosa da atmosfera gasosa 36 para a camada 12.

A presente invenção não está limitada aos exemplos de realiza-ção descritos, mas engloba quaisquer variantes e quaisquer equivalentes.

Notadamente, em substituição da mistura de alimentação, con-forme descrito acima, pode ser considerado introduzir a fase líquida L emfundo de reator por um primeiro meio de alimentação e injetar a fase gasosaG embaixo do prato distribuidor por um outro meio de alimentação, de formaa criar uma atmosfera gasosa e uma interface líquido/gás.

Claims (9)

1. Reator de tratamento ou de hidrotratamento, compreendendopelo menos uma camada de proteção (12), uma fase essencialmente líquida(L) e uma fase essencialmente gasosa (G) presentes no fundo do reatorsendo separadas por uma interface (38), um prato distribuidor (20) com pelomenos uma chaminé principal (32), permitindo a circulação da fase líquida(L) em direção da camada e pelo menos uma passagem (30) para introduzira fase gasosa (G), nessa camada, caracterizado pelo fato de o prato (20)apresentar, além disso, pelo menos uma chaminé mista (34) para a circula-ção da fase líquida em direção da camada ou para a introdução da fase ga-sosa nessa camada.

2. Reator de tratamento ou de hidrotratamento de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de a chaminé mista (34) compreen-der uma altura (H') menor do que a altura (H) da chaminé principal (32) emaior do que a altura (E) da passagem (30).

3. Reator de tratamento ou de hidrotratamento de acordo com areivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a chaminé mista (34) com-preender uma seção de travessia de fluido (S2) menor do que a seção detravessia de fluido (S1) da chaminé principal (32).

4. Reator de tratamento ou de hidrotratamento de acordo com areivindicação 3, caracterizado pelo fato de a chaminé mista (34) ser umatubulação aberta em suas duas extremidades e pelo fato de a seção de tra-vessia de fluido (S2) da chaminé mista ser a seção diametral dessa tubula-ção.

5. Reator de tratamento ou de hidrotratamento de acordo com areivindicação 3, caracterizado pelo fato de a chaminé mista (34) ser umatubulação aberta em suas duas extremidades e pelo fato de a seção de tra-vessia de fluido (S2) ser uma restrição (40) da seção diametral da chaminémista.

6. Reator de tratamento ou de hidrotratamento de acordo com areivindicação 5, caracterizado pelo fato de a restrição ser uma arruela alar-gada (40) colocada em uma das extremidades da chaminé mista (34).

7. Reator de tratamento ou de hidrotratamento de acordo com areivindicação 3, caracterizado pelo fato de a chaminé mista ser uma tubula-ção fechada em sua extremidade inferior e pelo fato e a seção de travessia(S2) da chaminé mista ser pelo menos um orifício (42) apresentado pela pa-rede periférica dessa chaminé.

8. Reator de tratamento ou de hidrotratamento de acordo com asreivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de a chaminé principal (46) seralojada coaxialmente em um orifício (44) apresentado pelo prato e de di-mensão diametral superior àquele dessa chaminé.

9. Reator de tratamento ou de hidrotratamento de acordo com areivindicação 8, caracterizado pelo fato de a chaminé mista (48) ser coloca-da entre a chaminé principal (46) e o orifício (44), e coaxialmente a estes.