BR112020002219A2

BR112020002219A2 - dispositivo de mistura e de distribuição com abertura longitudinal

Info

Publication number: BR112020002219A2
Application number: BR112020002219-5A
Authority: BR
Inventors: Frederic Augier; Philippe BEARD; Cecile PLAIS
Original assignee: IFP Energies Nouvelles
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-07-28
Also published as: CN111246935B; BR112020002219B1; RU2020115163A; PL3694639T3; RU2020115163A3; KR20200068648A; CA3071466A1; EP3694639A1; WO2019072601A1; KR102574012B1; SA520411746B1; RU2759813C2; CN111246935A; FR3072306A1; US11117109B2; FR3072306B1; EP3694639B1; ES2884798T3; US20210197159A1

Abstract

Dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos para um reator catalítico de escoamento descendente, o dito dispositivo compreendendo uma zona de mistura que compreende pelo menos um recinto de mistura dos fluidos de comprimento L1? e um recinto de troca dos fluidos de comprimento L2?, situado embaixo e superposto ao dito recinto de mistura, ficando entendido que o comprimento L2? do dito recinto de troca é estritamente superior ao comprimento L1? do dito recinto de mistura de maneira a criar um teto ao nível do dito recinto de troca, o dito teto compreendendo pelo menos uma abertura longitudinal própria para a passagem dos fluidos do dito recinto de troca para a dita zona de distribuição.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE MISTURA E DE DISTRIBUIÇÃO COM ABERTURA LONGITUDINAL". Domínio técnico

[0001] A presente invenção se aplica no domínio das reações exotérmicas e mais especialmente às reações de hidrotratamento, de hidrodessulfurização, de hidrodesnitrogenação, de hidrocraqueamento, de hidrogenação, de hidrodesoxigenação, de hidroisomerização, de hidrodesparafinagem ou ainda de hidrodesaromatização realizadas dentro de um reator em leito fixo. A invenção se refere mais especialmente a um dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos dentro de um reator de escoamento cocorrente descendente e a sua utilização para a realização de reações exotérmicas. Estado da técnica

[0002] As reações exotérmicas realizadas por exemplo em refinação e/ou em petroquímica necessitam ser resfriadas por um fluido adicional, chamado de fluido de têmpera, para evitar um descontrole térmico do reator catalítico no qual elas são efetuadas. Os reatores catalíticos utilizados para essas reações compreendem geralmente pelo menos um leito de catalisador sólido. O caráter exotérmico das reações necessita conservar um gradiente axial de temperatura homogênea na seção do reator a fim de evitar a existência de pontos quentes dentro do leito de catalisador compreendido dentro do reator. Zonas quentes demais podem diminuir prematuramente a atividade do catalisador e/ou levar a reações não seletivas e/ou levar a descontroles térmicos. É portanto importante dispor de pelo menos uma câmara de mistura dentro de um reator, situada entre dois leitos de catalisador, que permita uma distribuição homogênea em temperatura dos fluidos em uma seção de reator e um resfriamento dos fluidos de reação a uma temperatura desejada.

[0003] Para efetuar essa homogeneização o profissional é com frequência levado a utilizar uma disposição específica de internas com frequência complexas que compreende uma introdução do fluido de têmpera que seja a mais homogênea possível dentro da seção do reator. Por exemplo, o documento FR 2 824 495 A1 descreve um dispositivo de têmpera que permite assegurar uma troca eficaz entre o ou os fluido(s) de têmpera e o ou os fluido(s) do processo. Esse dispositivo é integrado dentro de um recinto e compreende um tubo de injeção do fluido de têmpera, um defletor de coleta dos fluidos, a caixa de têmpera propriamente dita, que opera a mistura entre o fluido de têmpera e o fluido de reação que escoa de maneira descendente, e um sistema de distribuição composto por uma cuba perfurada e por um prato de distribuição. A caixa de têmpera compreende um defletor que assegura a colocação em movimento turbilhonante dos fluidos de acordo com uma direção substancialmente não radial e não paralela ao eixo do dito recinto e a jusante do defletor, no sentido de circulação do fluido de reação, pelo menos uma seção de passagem de saída da mistura de fluidos formada dentro da caixa. Esse dispositivo permite corrigir certos inconvenientes dos diferentes sistemas da técnica anterior mas permanece volumoso.

[0004] Para corrigir o problema de volume, um dispositivo de mistura de fluidos dentro de um reator de escoamento descendente foi desenvolvido, e é descrito no documento FR 2 952 835 A1. Esse dispositivo compreende um meio de coleta horizontal provido de um conduto de coleta vertical para receber os fluidos, um meio de injeção colocado no conduto de coleta, e uma câmara de mistura anular de seção circular situada a jusante do meio de coleta no sentido de circulação dos fluidos. A câmara de mistura compreende uma extremidade de entrada ligada ao conduto de coleta e uma extremidade de saída que permite a passagem dos fluidos, assim como um prato de pré-distribuição horizontal que compreende pelo menos uma chaminé. A vantagem desse dispositivo é que ele é mais compacto do que aquele descrito precedentemente, e permite assegurar uma boa mistura dos fluidos e uma boa homogeneidade em temperatura.

[0005] Com o objetivo de reduzir ainda mais o volume do dispositivo de mistura e de distribuição, uma outra solução proposta no documento FR 3 034 323 é realizar um dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos no qual a zona de mistura e a zona de distribuição dos fluidos estão situadas ao mesmo nível. Um tal dispositivo é representado nas figuras 1a a 1c e será descrito mais em detalhe abaixo. Mais especialmente, a zona de mistura compreende um recinto de mistura dos fluidos e um recinto de troca dos fluidos ligado e em comunicação com o recinto de mistura. O recinto de mistura está de preferência situado acima do recinto de troca. Assim, a configuração da zona de mistura permite a mistura dos fluidos dentro do recinto de mistura e o escoamento da dita mistura na direção do recinto de troca. A mistura entre o fluido de reação e o fluido de têmpera continua a se efetuar ao nível do recinto de troca e depois se dirige para o prato de distribuição passando para isso pelas seções de passagem laterais situadas nas paredes do recinto de troca. No entanto, quando o fluido de têmpera e/ou o fluido de reação é de tipo gás, um fluxo gasoso grande demais pode expulsar os fluidos de tipo líquido e/ou líquido/gás no prato de distribuição e secar certas zonas do dito prato. Em consequência, as chaminés do prato de distribuição não serão todas elas alimentadas de maneira equivalente e pode resultar disso um desequilíbrio de vazão ao nível do leito de catalisador situado a jusante do dito prato de distribuição.

[0006] Um objetivo da presente invenção visa corrigir esse problema propondo para isso um dispositivo de mistura e de distribuição que permite um melhor arranjo dos fluidos sobre o prato de distribuição. Objetos da invenção

[0007] Um primeiro objeto de acordo com a invenção se refere a um dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos para um reator catalítico de escoamento descendente, o dito dispositivo compreendendo:

[0008] – pelo menos uma zona de coleta (A) que compreende pelo menos um meio de coleta;

[0009] – pelo menos um conduto de coleta substancialmente vertical próprio para receber um fluido de reação coletado pelo dito meio de coleta e pelo menos um meio de injeção que desemboca dentro do dito conduto de coleta para injetar um fluido de têmpera;

[0010] – pelo menos uma zona de mistura (B), situada a jusante do dito conduto de coleta no sentido de circulação dos fluidos, a dita zona de mistura (B) compreendendo pelo menos um recinto de mistura dos fluidos de comprimento L1’, a dita zona de mistura compreendendo uma primeira extremidade em comunicação com o dito conduto de coleta e uma segunda extremidade em comunicação com um recinto de troca dos fluidos de comprimento L2’, situado embaixo e superposto ao dito recinto de mistura;

[0011] – pelo menos uma zona de distribuição (C) situada ao mesmo nível que a zona de mistura (B), a jusante da dita zona de mistura (B) no sentido da circulação dos fluidos, a dita zona de distribuição (C) compreendendo um prato de distribuição que sustenta uma pluralidade de chaminés;

[0012] caracterizado pelo fato de que o comprimento L2’ do dito recinto de troca é estritamente superior ao comprimento L1’ do dito recinto de mistura de maneira a criar um teto ao nível do dito recinto de troca, o dito teto compreendendo pelo menos uma abertura longitudinal própria para a passagem dos fluidos do dito recinto de troca para a dita zona de distribuição (C).

[0013] De preferência, a relação entre o comprimento L1’ do recinto de mistura e o comprimento L2’ do recinto de troca é compreendida entre 0,1 e 0,9.

[0014] Vantajosamente, a relação entre a superfície do teto e a superfície da ou das abertura(s) longitudinal(ais) é compreendida entre 0,2 e 1.

[0015] De preferência, a relação entre a superfície do teto e a superfície da ou das abertura(s) longitudinal(ais) é igual a 1.

[0016] Vantajosamente, o dispositivo compreende por outro lado pelo menos uma pluralidade de painéis horizontais situados na zona de distribuição (C), embaixo da abertura do teto do recinto de troca, e acima das chaminés ou sobre as chaminés do prato de distribuição.

[0017] Vantajosamente, os ditos painéis horizontais se situam a uma altura compreendida entre 0 e 10 cm acima das chaminés do prato de distribuição.

[0018] De preferência, os ditos painéis horizontais são espaçados uns dos outros de uma distância compreendida entre 0 e 5 cm.

[0019] De preferência, o dito recinto de troca compreende por outro lado em suas paredes laterais uma pluralidade de seções de passagem lateral própria para a passagem dos fluidos do dito recinto de troca para a dita zona de distribuição (C).

[0020] Vantajosamente, o dispositivo compreende por outro lado pelo menos um defletor lateral situado ao nível da dita zona de distribuição (C) em frente a pelo menos uma seção de passagem lateral.

[0021] Vantajosamente, o dispositivo compreende um par de defletores laterais situados de um lado e de outro do recinto de troca.

[0022] De preferência, a dita zona de mistura (B) é descentrada em relação ao eixo central da zona de distribuição (C), formando duas zonas (Z1) e (Z2) sobre o prato de distribuição cuja razão R definida como a relação entre a superfície da zona (Z1) e a zona (Z2) é compreendida entre 0 e 1, os valores 0 e 1 estando excluídos.

[0023] Vantajosamente, o recinto de mistura compreende um fundo que compreende uma borda de extremidade de forma biselada e forma um ângulo θ em relação ao eixo longitudinal XX’ do recinto de mistura compreendido entre 20º e 70º.

[0024] De preferência, a razão volume entre o dito recinto de troca e o dito recinto de mistura é compreendida entre 5 e 60%.

[0025] De preferência, o recinto de troca está situado a uma distância “d” compreendida entre 20 e 150 mm do prato de distribuição.

[0026] Um outro objeto de acordo com a invenção se refere a um reator catalítico de escoamento descendente que compreende um recinto que contém pelo menos dois leitos fixos de catalisador separados por uma zona intermediária que compreende um dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos de acordo com a invenção. Descrição das figuras

[0027] A figura 1a representa um corte axial de um reator catalítico de escoamento descendente que compreende pelo menos dois leitos de catalisador sólido, e que compreende um dispositivo compacto de mistura e de distribuição de fluidos tal como descrito no documento FR 3 034 323.

[0028] A figura 1b representa respectivamente uma vista detalhada da zona de mistura (B) do dispositivo de acordo com a figura 1a (os traços pontilhados representam as partes não visíveis da zona de mistura, i.e., que se encontram dentro da dita zona).

[0029] A figura 1c é uma vista em perspectiva da zona de mistura (B) do dispositivo de acordo com a figura 1a.

[0030] A figura 2a é uma vista em perspectiva da zona de mistura (B) do dispositivo de acordo com a invenção.

[0031] A figura 2b representa uma vista em perspectiva da zona de mistura (B) do dispositivo de acordo com a invenção que compreende seções de passagem lateral.

[0032] A figura 2c representa um corte transversal do dispositivo de acordo com a invenção, dispositivo este que compreende uma pluralidade de painéis horizontais 33.

[0033] A figura 2d representa um corte axial de um reator catalítico de escoamento descendente que compreende pelo menos dois leitos de catalisador sólido, e que compreende um dispositivo compacto de mistura e de distribuição de fluidos de acordo com a invenção.

[0034] A figura 3 representa um corte transversal do dispositivo de acordo com a invenção de acordo com um modo de realização especial. A zona de mistura (B) é descentrada em relação ao eixo central da zona de distribuição (C) formando assim um prato de distribuição 12 que compreende duas zonas Z1 e Z2, de superfícies diferentes.

[0035] A figura 4 representa uma vista em corte de acordo com o eixo (XX’) da zona de mistura (B) do dispositivo de acordo com a invenção tal como representado na figura 2b. Descrição detalhada da invenção Definições

[0036] No sentido da invenção, é entendido por recinto de mistura, o espaço dentro do qual é realizada a mistura entre um fluido de reação e um fluido de têmpera.

[0037] É entendido por recinto de troca, o espaço dentro do qual um fluido de reação e um fluido de têmpera misturados estão em contato direto com uma de distribuição dos fluidos via pelo menos uma abertura longitudinal, opcionalmente seções de passagem laterais,

Descrição detalhada

[0038] O dispositivo compacto de mistura e de distribuição de acordo com a invenção é utilizado em um reator dentro do qual são efetuadas reações exotérmicas tais como reações de hidrotratamento, de hidrodessulfurização, de hidrodesnitrogenação, de hidrocraqueamento, de hidrogenação, de hidrodesoxigenação, de hidroisomerização, de hidrodesparafinagem ou ainda de hidrodesaromatização. Geralmente, o reator tem uma forma alongada ao longo de um eixo substancialmente vertical. É feito circular de cima para baixo do dito reator pelo menos um fluido de reação (chamado também de “process fluid” de acordo com a terminologia anglo- saxônica) através de pelo menos um leito fixo de catalisador. Vantajosamente, na saída de cada leito com exceção do último, o fluido de reação é recolhido e depois é misturado com um fluido de têmpera (também chamado de “quench fluid” de acordo com a terminologia anglo-saxônica) dentro do dito dispositivo antes de ser distribuído para o leito de catalisador situado a jusante de um prato de distribuição. O a montante e o a jusante são definidos em relação ao sentido de escoamento do fluido de reação. O fluido de reação pode ser um gás ou um líquido ou uma mistura que contém líquido e gás; isso depende do tipo de reação efetuada dentro do reator.

[0039] Fazendo-se referência às figuras 1a a 1c, o dispositivo de mistura e de distribuição de acordo com a técnica anterior pode ser disposto em um reator 1 de forma alongada ao longo de um eixo substancialmente vertical no qual dentro do qual é feito circular de cima para baixo pelo menos um fluido de reação através de pelo menos um leito de catalisador 2. O dispositivo é disposto sob o leito de catalisador 2, em relação ao sentido de escoamento do fluido de reação dentro do recinto 1. Uma grade de sustentação 3 permite sustentar o leito de catalisador 2 de maneira a liberar uma zona de coleta (A) disposta sob o leito de catalisador 2. A zona de coleta (A) é necessária para permitir a drenagem do fluido de reação até um conduto de coleta 7 (cf. as figuras 1b e 1c). O fluido de reação que escoa é por exemplo composto por uma fase gás e por uma fase líquido. O fluido de reação que atravessa o leito de catalisador 2 é coletado por um meio de coleta 5 (chamado também de defletor de coleta) substancialmente horizontal que leva a um conduto de coleta 7 substancialmente vertical, disposto ou embaixo da zona de coleta (A) ao nível de uma zona chamada de zona de mistura (B) (tal como representada nas figuras 1b e 1c), ou ao nível da zona de coleta (A) (não representada nas figuras). Por substancialmente vertical e por substancialmente horizontal, são entendidas no sentido da presente invenção uma variação de um plano com a vertical, respectivamente a horizontal, de um ângulo β compreendido entre ± 5 graus. O meio de coleta 5 (cf. a figura 1a) é constituído por uma placa cheia disposta no plano perpendicular ao eixo longitudinal do recinto sob a grade de sustentação 3 do leito de catalisador 2. A placa do meio de coleta 5 se estende radialmente em toda a superfície do reator 1. Ela compreende em uma de suas extremidades uma abertura 6 (cf. as figuras 1b e 1c) à qual é ligado o dito conduto de coleta 7. O meio de coleta 5 permite recolher o escoamento do fluido de reação que provém do leito catalítico 2 à montante e dirigir o mesmo para o dito conduto de coleta

7. O meio de coleta 5 está distante da grade de sustentação 3 do leito de catalisador 2 de uma altura H1 (figura 1a). A altura H1 é escolhida de maneira a limitar a perda de carga por ocasião da coleta do fluido que escoa do leito de catalisador 2 e a limitar a altura de proteção, i.e., a altura formada pelo líquido acumulado no meio de coleta 5. A altura de proteção não modifica a drenagem do fluido de reação na direção do conduto de coleta 7, nem seu escoamento dentro desse conduto, nem seu escoamento através do leito catalítico superior 2. Quando o conduto de coleta 7 e o meio de injeção 8 (figura 1c) estão situados ao nível da zona de mistura (B), a altura H1 é compreendida entre 10 e 500 mm, de preferência entre 10 e 200 mm, mais preferencialmente entre 30 e 150 mm, de maneira ainda mais preferida entre 40 e 100 mm. Assim, o fluido de reação proveniente do leito 2 é forçado na zona de coleta (A) a passar pelo conduto de coleta 7. Quando o conduto de coleta 7 e o meio de injeção 8 estão situados ao nível da zona de coleta (A), a altura H1 é compreendida entre 10 e 400 mm, de preferência entre 30 e 300 mm, e ainda mais preferencialmente entre 50 e 250 mm.

[0040] Embaixo da zona de coleta (A) se encontra uma zona de mistura (B) e uma zona de distribuição (C). Fazendo-se referência às figuras 1b e 1c, a zona de mistura (B) compreende um conduto de coleta 7 substancialmente vertical próprio para receber o fluido de reação coletado pelo meio de coleta 5 e o fluido de têmpera que provém do meio de injeção 8 (cf. a figura 1c) que desemboca dentro do dito conduto de coleta 7.

[0041] A zona de mistura (B) compreende por outro lado um recinto de mistura 15, de comprimento L1, (cf. as figuras 1a a 1c) situado a jusante do meio de coleta 5 no sentido de circulação dos fluidos. O conduto de coleta 7, que está em comunicação com o recinto de mistura 15, pode estar situado acima do recinto de mistura 15 ou ao mesmo nível que o dito recinto. De preferência, o conduto de coleta 7 está situado ao mesmo nível que o recinto de mistura 15 (cf. notadamente a figura 1b). Do mesmo modo, o conduto de injeção 8 pode desembocar acima do recinto de mistura 15, ao mesmo nível que o dito recinto, ou diretamente dentro do dito recinto de mistura 15 por intermédio de um dispositivo conhecido pelo profissional, por exemplo um tubo perfurado que atravessa o recinto de mistura 15. A injeção do fluido de têmpera pode ser realizada em cocorrente, em corrente cruzada, e mesmo em contracorrente em relação ao fluido de reação que provém da zona de coleta (A).

[0042] A zona de distribuição (C) no que lhe diz respeito compreende um prato de distribuição 12 que sustenta uma pluralidade de chaminés 13. A zona de distribuição (C), que se estende em uma altura H3 (cf. a figura 1a), compreende um prato de distribuição 12 (chamado também de prato distribuidor ou placa de distribuição) e uma pluralidade de chaminés 13. Mais precisamente, as chaminés 13 são abertas em sua extremidade superior por uma abertura superior e apresentam ao longo da parede lateral das mesmas uma série de orifícios laterais destinados à passagem separada da fase líquido (pelos orifícios) e da fase gás (pela abertura superior) para dentro das chaminés 13, de maneira a realizar a mistura estreita das mesmas dentro das ditas chaminés 13. A forma dos orifícios laterais pode ser bastante variável, geralmente circular ou retangular, esses orifícios sendo preferencialmente distribuídos em cada uma das chaminés de acordo com vários níveis substancialmente idênticos de uma chaminé para a outra, geralmente pelo menos um nível, e de preferência de 1 a 10 níveis, de maneira a permitir o estabelecimento de uma interface que seja a mais regular possível entre a fase gás e a fase líquido.

[0043] Uma característica do dispositivo de acordo com a técnica anterior reside na colocação da zona de mistura (B) ao mesmo nível que a zona de distribuição (C), e pelo fato de que a dita zona de mistura (B) é constituída por um recinto de mistura 15 dos fluidos ligado e em comunicação com um recinto de troca 16 dos fluidos, de mesmo comprimento L1 que o recinto de mistura 15, (cf. as figuras 1a a 1c), o dito recinto de troca 16 sendo situado a jusante do recinto de mistura 15 no sentido da circulação dos fluidos. Mais especialmente, o recinto de troca 16 está situado abaixo do recinto de mistura 1. Os fluidos passam do recinto de mistura 15 para o recinto de troca 16 por meio de uma abertura 18 situada na extremidade de saída dos fluidos do recinto de mistura 15 no sentido da circulação dos fluidos (como indicado pelas flechas na figura 1b). É entendido por recinto de mistura 15, o espaço no qual é realizada a mistura entre o fluido de reação e o fluido de têmpera. É entendido por recinto de troca 16, o espaço no qual o fluido de reação e o fluido de têmpera misturados estão em contato direto com a zona de distribuição (C) via seções de passagem lateral 17. Fazendo-se referência às figuras 1a a 1c, o recinto de troca 16, compreende em suas paredes laterais 20 seções de passagem lateral 17 próprias para a passagem dos fluidos da zona de mistura (B) para a zona de distribuição (C). Assim, somente o recinto de troca 16 está em contato direto com a zona de distribuição (C).

[0044] No entanto, quando um ou outro do fluido de têmpera ou do fluido de reação é de tipo gás, a utilização de uma vazão gasosa grande demais pode expulsar os fluidos de tipo líquido ou as misturas de tipo líquido/gás no prato de distribuição 12 e assim secar certas zonas do dito prato. Em consequência, as chaminés 13 do prato de distribuição 12 não são todas elas alimentadas de maneira equivalente e pode resultar disso um desequilíbrio da vazão e da distribuição dos fluidos ao nível do leito de catalisador 14 situado a jusante do prato de distribuição 12.

[0045] A Requerente desenvolveu uma melhoria no dispositivo para misturar e distribuir fluidos de acordo com a técnica anterior, tornando possível superar essa desvantagem, sem contudo modificar o tamanho do referido dispositivo, propondo um dispositivo compreendendo um recinto de troca estendido de acordo com o eixo longitudinal (XX ') em relação ao recinto de mistura, de modo a criar um teto que compreende uma abertura longitudinal própria para a passagem de fluidos do recinto de troca para a zona de distribuição.

[0046] Fazendo-se referência às figuras 2a e 2b o dispositivo de mistura e de distribuição dos fluidos de acordo com a invenção compreende uma zona de mistura (B) que compreende um conduto de coleta 7 substancialmente vertical próprio para receber o fluido de reação coletado pelo meio de coleta (não representado nas figuras) e o fluido de têmpera que provém do meio de injeção 8 que desemboca dentro do dito conduto de coleta 7. A zona de mistura (B) compreende um recinto de mistura 15, de comprimento L1’, situado a jusante do meio de coleta no sentido de circulação dos fluidos.

A seção do recinto de mistura 15 é retangular.

O conduto de coleta 7, que está em comunicação com o recinto de mistura 15, pode estar situado acima do recinto de mistura 15 ou estar incluído dentro do dito recinto de mistura 15. De preferência, o conduto de coleta 7 está incluído dentro do recinto de mistura 15. Do mesmo modo, o conduto de injeção 8 pode desembocar acima do recinto de mistura 15, ao mesmo nível que o dito recinto, ou diretamente dentro do dito recinto de mistura 15 por intermédio de um dispositivo conhecido pelo profissional, por exemplo um tubo perfurado que atravessa a zona de mistura 15. A injeção do fluido de têmpera pode ser realizada em cocorrente, em corrente cruzada, e mesmo em contracorrente em relação ao fluido de reação que provém da zona de coleta (A). A zona de mistura (B) compreende também um recinto de troca 16 dos fluidos, de comprimento L2’, o recinto de troca 16 estando situado a jusante do recinto de mistura 15 no sentido da circulação dos fluidos.

A seção do recinto de troca 16 é retangular.

De acordo com a invenção, o recinto de troca 16 está situado abaixo do recinto de mistura 15, e é de preferência superposto ao recinto de mistura 15. Os fluidos passam do recinto de mistura 15 para o recinto de troca 16 via uma abertura 18 situada na extremidade de saída do recinto de mistura 15 no sentido da circulação dos fluidos.

A configuração da zona de mistura (B) permite a mistura dos fluidos dentro do recinto de mistura 15 e o escoamento da dita mistura na direção do recinto de troca 16. A mistura entre o fluido de reação e o fluido de têmpera continua a ser efetuada ao nível do recinto de troca

16.

[0047] De acordo com um aspecto essencial da invenção, o comprimento L2’ do recinto de troca 16 é estritamente superior ao comprimento L1’ do recinto de mistura 15, de maneira a criar um teto 30 ao nível do dito recinto de troca 16, o dito teto 30 compreendendo pelo menos uma abertura longitudinal 31 própria para a passagem dos fluidos do dito recinto de troca 16 para a dita zona de distribuição (C). Uma tal disposição do dispositivo de acordo com a invenção permite, criando assim uma abertura longitudinal 31 no recinto de troca, gerir melhor a vazão dos fluidos, notadamente de tipo gás, que sai do recinto de troca 16, e portanto limitar o impacto da vazão dos fluidos sobre o prato de distribuição 12 da zona de distribuição (C). De preferência, a relação entre o comprimento L1’ do recinto de mistura 15 e o comprimento L2’ do recinto de troca 16 é compreendida entre 0,1 e 0,9, de preferência entre 0,3 e 0,9. Vantajosamente, a relação entre a superfície do teto 30 e a superfície da ou das abertura(s) longitudinal(ais) 31 é compreendida entre 0,2 e 1, de preferência entre 0,3 e 0,8. Em um modo de realização especial de acordo com a invenção, a relação entre a superfície do teto e a superfície da dita abertura longitudinal 31 é igual a 1, o que significa que o teto 30 é totalmente aberto na zona de distribuição (C).

[0048] A fim de garantir uma distribuição homogênea dos fluidos sobre o prato de distribuição, o dispositivo de acordo com a invenção compreende vantajosamente uma pluralidade de painéis horizontais 33 (cf. a figura 2c) situados na zona de distribuição (C), embaixo da abertura 31 do teto 30 do recinto de troca 16, mas acima das chaminés 13 ou colocados sobre as chaminés 33 do prato de distribuição 12 (cf. a figura 2d). Os ditos painéis horizontais 33 são de preferência espaçados uns dos outros de uma distância compreendida entre 0 e 5 cm, de preferência entre 0,5 e 1 cm, de maneira a permitir o escoamento dos fluidos na direção do espaço situado entre os painéis horizontais 33 e o prato de distribuição 12. De preferência, os ditos painéis horizontais 33 se situam a uma altura compreendida entre 0 e 10 cm das chaminés 13 do prato de distribuição 12. Quando os painéis horizontais estão colocados sobre as chaminés do prato de distribuição, essas últimas são configuradas de maneira a permitir a passagem dos fluidos de tipo gás, por exemplo apresentando para isso uma extremidade biselada. Os painéis horizontais 33 ocupam uma superfície compreendida entre 5 e 95% em relação à superfície radial do reator, de preferência entre 5 e 30%. Uma tal disposição do dispositivo de acordo com a invenção permite garantir uma boa eficácia de mistura dos fluidos sem por causa disso engendrar um aumento do volume do dito dispositivo. Em um modo de realização especial de acordo com a invenção, os painéis horizontais 33 compreendem uma pluralidade de perfurações que permitem o escoamento dos fluidos na direção do espaço situado entre os painéis horizontais 33 e o prato de distribuição 12. Para cada painel horizontal 33, a superfície ocupada pelas ditas perfurações é compreendida entre 1 e 20% na superfície, de preferência entre 2 e 5% na superfície, em relação à superfície total do painel horizontal 33.

[0049] Em um modo de realização especial, o recinto de troca 16 pode também compreender em suas paredes laterais 20 seções de passagem lateral 17 próprias para a passagem dos fluidos da zona de mistura (B) para a zona de distribuição (C). Em complemento, o dispositivo pode compreender eventualmente pelo menos um defletor lateral 32 (cf. a figura 3) situado ao nível da dita zona de distribuição (C), em frente a pelo menos uma passagem lateral 17. De preferência, o dispositivo compreende pelo menos um par de defletores laterais 32 situados na zona de distribuição (C) de um lado e de outro do recinto de troca 16 em frente às seções de passagem lateral 17.

[0050] Vantajosamente, a zona de mistura (B), i.e., o recinto de mistura 15 e o recinto de troca 16, é descentrada em relação ao centro da zona de distribuição (C) (cf. a figura 3). Essa decalagem da zona de mistura em relação ao centro da zona de distribuição tem como vantagem facilitar as operações de inspeção e de manutenção do dispositivo. Essa configuração especial do dispositivo divide o prato de distribuição 12 em dias zonas Z1 e Z2 de superfícies diferentes, com Z1 < Z2 (cf. a figura 3). As zonas Z1 e Z2 são definidas respectivamente como a superfície do prato de distribuição 12 compreendida entre a parede lateral 20 do recinto de troca 16, a periferia do recinto 1 do reator, e respectivamente os dois eixos AA’ e BB’ (cf. a figura 3) que passam pelas extremidades 21 e 22 do recinto de troca 16 (ficando entendido que Z1 < Z2). R é definido como sendo a relação entre a superfície da zona Z1 e da zona Z2 (R = Z1/Z2), ficando entendido que R é compreendida entre 0 e 1, os valores 0 e 1 estando excluídos.

[0051] Assim, quando o dispositivo de acordo com a invenção compreende seções de passagem lateral 17, e a fim de garantir uma boa distribuição dos fluidos nas duas zonas Z1 e Z2 do prato de distribuição 12, a vazão dos fluidos que atravessam as seções de passagem lateral 17 do recinto de troca 16 foi adaptada em função da razão R. Seja Sp a superfície total das seções de passagem lateral 17 da parede lateral 20 em frente à zona Z1 do prato de distribuição 12 (i.e., que se encontram do lado onde a superfície do prato de distribuição é a menor) e Sg a superfície total das seções de passagem lateral 17 da parede lateral 20 em frente à zona Z2 do prato de distribuição 12 (i.e., que se encontram do lado onde a superfície do prato de distribuição é a maior). De acordo com a invenção, uma boa distribuição dos fluidos nas duas zonas do prato de distribuição é obtida se a razão R’ entre as superfícies Sp/Sg está compreendida entre 0,5 e 1, de preferência entre 0,6 e 1,4.

[0052] De fato, na ausência de meio especial de distribuição na saída do recinto de troca 16, as duas zonas Z1 e Z2 do prato de distribuição 12 são alimentadas por vazões de fluido idênticas, o que resulta em uma má distribuição dos fluidos, e portanto induz uma perda significativa dos desempenhos dos fluidos sobre o prato de distribuição 12. O dispositivo de acordo com a invenção, quando ele compreende seções de passagem lateral 17 nas paredes 20 do recinto de troca 16, cuja superfície total das ditas seções é diferente de acordo com que se encontra no lado onde a superfície de distribuição é a menor (Z1) ou a maior (Z2), permite gerar na saída do recinto de troca 16 perdas de carga que permitem ajustar as vazões dos fluidos de acordo com a razão R (R = Z1/Z2).

[0053] Vantajosamente, o fundo 23 do recinto de mistura 15 (cf. a figura 4) pode compreender uma borda de extremidade 27 de forma biselada e forma um ângulo θ em relação ao eixo longitudinal XX’ do recinto de mistura 15 compreendido entre 20º e 70º, de preferência entre 30º e 60º, e ainda mais preferencialmente entre 30º e 45º. Uma tal forma da borda de extremidade do recinto de mistura 15 permite criar um escoamento dos fluidos de tipo turbilhonante ao nível da abertura 18 o que tem como efeito melhorar a eficácia de mistura dos fluidos, notadamente permitindo para isso uma mistura entre si das linhas decorrente dos fluidos situadas de um lado e de outro das paredes laterais do recinto de mistura 15. Além disso, uma tal configuração do recinto de mistura 15 tem como efeito o de diminuir a velocidade dos fluidos entre o recinto de mistura e o recinto de troca. Diminuindo assim as velocidades de fluidos ao nível, a perda de carga é minimizada.

[0054] Vantajosamente, as extremidades dos recintos de mistura 15 e de troca 16 não estão em contato com a parede do recinto do reator 1, de maneira a permitir a circulação dos fluidos sobre o prato de distribuição 12 de um lado e de outro dos recintos de mistura 15 e de troca 16. Vantajosamente, o recinto de mistura 15 e o ou os recinto(s) de troca 16 constituem uma só peça.

[0055] A altura H2 total cumulada do dito recinto de mistura 15 e do dito recinto de troca 16 é compreendida entre 200 e 1500 mm, de preferência entre 200 e 800 mm, mais preferencialmente entre 300 e 750 mm, e ainda mais preferencialmente entre 350 e 700 mm.

[0056] De preferência, a largura “L” (cf. a figura 2a) do recinto de troca 16 é compreendida entre 200 e 1100 mm, de preferência entre 200 e 800 mm, mais preferencialmente entre 250 e 700 mm, e ainda mais preferencialmente entre 300 e 600 mm.

[0057] A razão dos volumes (em %) entre o ou os recinto(s) de troca 16 e o recinto de mistura 15 é compreendida entre 5 e 60%, de preferência entre 10 e 60%, e ainda mais preferencialmente entre 15 e 40%.

[0058] Em um modo de realização de acordo com a invenção, o recinto de troca 16 é colocado diretamente sobre o prato de distribuição 12 (tal como representado por exemplo na figura 1 por exemplo). Em um outro modo de realização (não representado nas figuras), o recinto de troca 16 está situado a uma distância “d” do dito prato de distribuição 12, de preferência compreendida entre 20 e 150 mm, e mais preferencialmente compreendida entre 30 e 80 mm. O espaço compreendido entre o prato de distribuição 12 e o recinto de troca 16 permite a distribuição dos fluidos em toda a superfície do prato distribuidor 12, e portanto permite homogeneizar a distribuição da mistura dos fluidos em toda a seção do reator acima do leito de catalisador 14 situado a jusante do dispositivo de mistura e de distribuição, no sentido da circulação dos fluidos (cf. notadamente a figura 1). Nesse modo de realização, o recinto de troca 16 pode compreender em sua parte inferior seções de passagem longitudinal a fim de que a mistura dos fluidos possa escoar na direção do prato de distribuição 12. Naturalmente, o número, a forma e o tamanho das seções de passagem longitudinal são escolhidos de maneira a que uma fração minoritária do fluxo de mistura de fluidos atravesse as ditas seções de passagem longitudinal. As seções de passagem longitudinal podem tomar indiferentemente a forma de orifícios e/ou de fendas.

[0059] Embaixo do prato de distribuição 12, um sistema de dispersão pode ser posicionado de maneira a distribuir os fluidos uniformemente sobre o leito de catalisador 14 situado a jusante do dito sistema. O sistema de dispersão 19 (cf. a figura 1) pode compreender um ou vários dispositivos de dispersão que pode(m) estar associado(s) a cada chaminé 13, estar em comum para várias chaminés 13, ou ainda estar em comum para o conjunto das chaminés 13 do prato de distribuição 12. Cada dispositivo de dispersão 19 tem uma geometria substancialmente plana e horizontal, mas pode ter um perímetro de uma forma qualquer. Por outro lado, cada dispositivo de dispersão 19 pode estar situado em diferentes alturas. Vantajosamente, o dito dispositivo de dispersão se apresenta sob a forma de grades, e/ou pode compreender eventualmente defletores. Vantajosamente, o eixo da ou das grade(s) 19 é preferencialmente perpendicular ao eixo longitudinal do recinto do reator a fim de melhorar a distribuição da mistura dos fluidos em toda a seção radial do recinto do reator. A distância que separa o sistema de dispersão do leito de sólidos granulares situado imediatamente abaixo é escolhida de maneira a conservar o estado de mistura das fazes gasosa e líquida tanto quanto for possível tal como ele está na saída das chaminés 13.

[0060] De preferência, a distância entre o prato de distribuição 12 e o leito de catalisador 14 situado 4embaixo do dito prato de distribuição é compreendida entre 50 e 400 mm, de preferência entre 100 e 300 mm. A distância entre o prato de distribuição 12 e o dito dispositivo de dispersão 19 é compreendida entre 0 e 400 mm, de preferência entre 0 e 300 mm. Em um modo de realização especial, o prato de distribuição 12 é colocado sobre o dispositivo de dispersão

19.

[0061] Em relação aos dispositivos descritos na técnica anterior, e ainda mais especialmente em relação ao dispositivo divulgado no documento FR 3 034 323, o dispositivo de mistura e de distribuição de acordo com a invenção apresenta as seguintes vantagens:

[0062] – uma boa compacidade devido à integração na mesma altura da zona de mistura e da zona de distribuição dos fluidos;

[0063] – uma boa eficácia térmica e uma boa eficácia de mistura dos fluidos;

[0064] – uma boa distribuição dos fluidos sobre o prato de distribuição 12, devida à presença de uma abertura longitudinal 31 da caixa de troca 16 e de uma pluralidade de painéis horizontais 33 situados acima da abertura longitudinal 31 da caixa de troca 16, e acima das chaminés 13 ou sobre as chaminés 13 do prato de distribuição 12.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos para um reator catalítico de escoamento descendente, o dito dispositivo compreendendo: – pelo menos uma zona de coleta (A) que compreende pelo menos um meio de coleta (5); – pelo menos um conduto de coleta (7) substancialmente vertical próprio para receber um fluido de reação coletado pelo dito meio de coleta (5) e pelo menos um meio de injeção (8) que desemboca dentro do dito conduto de coleta (7) para injetar um fluido de têmpera; – pelo menos uma zona de mistura (B), situada a jusante do dito conduto de coleta (7) no sentido de circulação dos fluidos, a dita zona de mistura (B) compreendendo pelo menos um recinto de mistura (15) dos fluidos de comprimento L1’, a dita zona de mistura (15) compreendendo uma primeira extremidade em comunicação com o dito conduto de coleta (7) e uma segunda extremidade em comunicação com um recinto de troca (16) dos fluidos de comprimento L2’, situado embaixo e superposto ao dito recinto de mistura (15); – pelo menos uma zona de distribuição (C) situada ao mesmo nível que a zona de mistura (B), a jusante da dita zona de mistura (B) no sentido da circulação dos fluidos, a dita zona de distribuição (C) compreendendo um prato de distribuição (12) que sustenta uma pluralidade de chaminés (13); caracterizado pelo fato de que o comprimento L2’ do dito recinto de troca (16) é estritamente superior ao comprimento L1’ do dito recinto de mistura (15) de maneira a criar um teto (30) ao nível do dito recinto de troca (16), o dito teto (30) compreendendo pelo menos uma abertura longitudinal (31) própria para a passagem dos fluidos do dito recinto de troca (16) para a dita zona de distribuição (C).

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a relação entre o comprimento L1’ do recinto de mistura (15) e o comprimento L2’ do recinto de troca (16) é compreendida entre 0,1 e 0,9.

3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a relação entre a superfície do teto (30) e a superfície da ou das abertura(s) longitudinal(ais) (31) é compreendida entre 0,2 e 1.

4. Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a relação entre a superfície do teto (30) e a superfície da ou das abertura(s) longitudinal(ais) (31) é igual a 1.

5. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende por outro lado pelo menos uma pluralidade de painéis horizontais (33) situados na zona de distribuição (C), embaixo da abertura (31) do teto (30) do recinto de troca (16), e acima das chaminés (13) ou sobre as chaminés (13) do prato de distribuição (12).

6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os ditos painéis horizontais (33) se situam a uma altura compreendida entre 0 e 10 cm acima das chaminés (13) do prato de distribuição (12).

7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os ditos painéis horizontais (33) são espaçados uns dos outros de uma distância compreendida entre 0 e 5 cm.

8. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o dito recinto de troca (16) compreende por outro lado em suas paredes laterais (20) uma pluralidade de seções de passagem lateral (17) própria para a passagem dos fluidos do dito recinto de troca (16) para a dita zona de distribuição (C).

9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dispositivo compreende por outro lado pelo menos um defletor lateral (32) situado ao nível da dita zona de distribuição (C) em frente a pelo menos uma seção de passagem lateral (17).

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que compreende um par de defletores laterais (32) situados de um lado e de outro do recinto de troca (16).

11. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a dita zona de mistura (B) é descentrada em relação ao eixo central da zona de distribuição (C), formando duas zonas (Z1) e (Z2) sobre o prato de distribuição (12) cuja razão R definida como a relação entre a superfície da zona (Z1) e a zona (Z2) é compreendida entre 0 e 1, os valores 0 e 1 estando excluídos.

12. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o recinto de mistura (15) compreende um fundo (23) que compreende uma borda de extremidade (27) de forma biselada e forma um ângulo θ em relação ao eixo longitudinal XX’ do recinto de mistura (15) compreendido entre 20º e 70º.

13. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a razão volume entre o dito recinto de troca (16) e o dito recinto de mistura (15) é compreendida entre 5 e 60%.

14. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o recinto de troca

(16) está situado a uma distância “d” compreendida entre 20 e 150 mm do prato de distribuição (12).

15. Reator catalítico de escoamento descendente, caracterizado pelo fato de que compreende um recinto (1) que contém pelo menos dois leitos fixos de catalisador (2, 14) separados por uma zona intermediária que compreende um dispositivo de mistura e de distribuição de fluidos como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14.