BRPI0816635B1 - sistema para a produção de óxido de etileno, método para misturar um gás contendo oxigênio com um gás contendo hidrocarboneto e sistema de oxidação parcial - Google Patents

Description

"SISTEMA PARA A PRODUÇÃO DE ÓXIDO DE ETILENO, MÉTODO PARA MISTURAR UM GÁS CONTENDO OXIGÊNIO COM UM GÁS CONTENDO HIDROCARBONETO E SISTEMA DE OXIDAÇÃO PARCIAL" Campo da invenção [0001] Esta invenção refere-se geralmente a sistemas para a produção de um gás a partir de uma mistura de uma corrente de gás contendo oxigênio e uma corrente de gás contendo hidrocarboneto. Um exemplo de onde esta invenção tem utilidade são sistemas para a produção industrial de óxido de etileno.

Antecedentes da invenção [0002] O composto quimico óxido de etileno (fórmula quimica C2H4O) é um composto quimico industrial importante usado como intermediário na produção de etileno glicol (o componente principal de anti-congelantes automotivos) e outros compostos quimicos. O óxido de etileno também é usado como esterilizante para alimentos e suprimentos médicos.

[0003] O óxido de etileno alcançou importância industrial primeiramente durante a Primeira Guerra Mundial como precursor tanto de etileno glicol quando da arma quimica gás mostarda. Em 1931, Theodore Lefort, um quimico francês, descobriu um meio para preparar óxido de etileno diretamente de etileno e oxigênio, usando prata como catalisador. Desde 1940, quase todo o óxido de etileno produzido industrialmente foi feito usando este método.

[0004] Nos atuais processos industriais, óxido de etileno é produzido quando etileno (CH2=CH2) e oxigênio (O2) reagem sobre um catalisador de prata a 200-300°C exibindo grandes nano particulas de Ag suportadas em Alumina. Tipicamente, modificadores quimicos, tais como cloro, também estão incluídos. Pressões usadas estão na região de 1-2 MPa. A equação química para esta reação é: CH2=CH2 + *s02 --- > C2H40 [0005] Em sistemas de produção de óxido de etileno, um misturador de gases é usado para misturar as correntes gasosas de hidrocarboneto e oxigênio imediatamente a montante da câmara de reação onde o catalisador de prata está presente. O misturador de gases é tipicamente construído na forma de um vaso ou cano. O vaso inclui um coletor de entrada para cada dois gases. O vaso é algumas vezes construído com um cano externo principal contendo a corrente de gás contendo o hidrocarboneto e tubos concêntricos ou "dedos" internos que contêm a corrente de oxigênio. A misturação ocorre no ponto onde os tubos internos terminam, onde o oxigênio fluido para fora dos dedos encontra a corrente principal de gás contendo hidrocarboneto fluindo pelo tubo externo. Este design básico é descrito na patente U.S. n° 3.706.534.

[0006] A técnica reconheceu de longa data que existe um risco de ignição de uma corrente de gás contendo hidrocarboneto (p.ex., uma corrente de gás contendo, por exemplo, etileno misturado com outros gases de hidrocarboneto) no ponto onde é combinado com um gás oxigênio em um misturador de gases. Uma ignição poderá ocorrer quando uma partícula (p.e., um pedaço de ferrugem ou escama de tubo) arrastada na corrente de hidrocarboneto e gás oxigênio se choca com uma superfície metálica, p.ex., a parede do misturador, produzindo assim uma faísca. Se a faísca ocorrer na corrente de hidrocarboneto em uma área de alta concentração de oxigênio, p.ex., próximo ao ponto de misturação das duas correntes gasosas, uma ignição poderá ocorrer. A ignição danifica o misturador de gases e também requer uma interrupção na produção para suprimir a ignição e permitir ao misturador de gases resfriar antes de recomeçar a produção. A região inflamável é confinada à zona de misturação dos dois gases. 0 gás hidrocarboneto bem como a mistura de alimentação do reator estão abaixo do limite inferior de inflamabilidade do O2, i.é, demasiadamente ricos para inflamar.

[0007] A técnica divisou uma gama de designs de misturadores de gás. Alguns dos designs são especificamente direcionados para reduzir o risco de ignição de hidrocarbonetos e gás de oxigênio na corrente gasosa. A técnica anterior conhecida inclui os seguintes documentos de patente, adicionalmente à supra-citada patente '534: U.S. 4.573.803; U.S. 3.702.619; U.S. 4.256.604; U.S. 4.415.508; U.S. 6.657.079; U.S. ; U.S. 2003/0021182; U.S. 3.518.284; U.S. 4.390.346; U.S. 3.237.923; U.S. 3.081.818; U.S. 2.614.616 e U.S. 6.840.256.

[0008] Linhas de suprimento de oxigênio contêm particulas que poderíam ocasionar riscos de ignição. Os riscos incluem areia, poeiras, metais, e partículas de metais parcialmente oxidados, apesar de que outros contaminantes inertes possam trazer riscos. Em um extremo, o impacto de grandes partículas, cerca de 100 a 2000 micra poderão ocasionar que o metal que forma a tubulação, válvulas, e equipamento de controle de fluxo de oxigênio queime. No outro extremo, pequenas partículas de cerca de 5-1000 micra poderão ocasionar a ignição nos misturadores de processos de oxidação parcial tais como óxido de etileno e glicol, ou processos parciais correlatos usando oxigênio de alta pureza. É prática costumeira usar peneiras em linhas de suprimento de oxigênio para remover partículas grandes. Estas não removem as pequenas partículas que podem causar incêndios no misturador. Partículas menores de até 10 micra poderão ser removidas usando filtros finos, mas isto cria outros problemas. Os filtros são passíveis de entupir e ficam em risco de inflamar devido a ignição espontânea ou aquecimento por atrito, o que poderá ocasionar um incêndio na linha de suprimento de oxigênio. Este é tipicamente causado por manutenção deficiente ou afrouxamento de componentes ao longo do tempo, criando atrito entre os componentes metálicos do filtro.

[0009] Adicionalmente, a prática corrente de filtração e coagem acumula e concentra contaminantes no dispositivo. Este também necessita de constantes limpeza e remoção de partículas que tenham sido capturadas. Elementos de metal dobrado, cerâmicos ou de filtros de lã mineral coletam os particulados. Frequentemente, o alojamento do filtro conterá um número de elementos filtrantes operando com trajetos de fluxo paralelos. Quando os filtros coletarem material suficiente, a prática corrente é de por um periodo breve fechar a planta para limpar os elementos filtrantes. O particulado poderá ser uma fonte de material de ignição para um fogo de oxigênio. Estas operações manuais expõem pessoas a riscos. Ademais, remover particulados de tamanhos menores, tal como na faixa de 5-30 micra requer dispositivos mais complexos e caros.

[0010] Outra técnica anterior de interesse inclui as seguintes patentes direcionadas à tecnologia de lavagem úmida: U.S. 6.231.648; U.S. 4.012.469; U.S. 5.178.654 e U.S. 5.250.267. Lavadores úmidos foram usados anteriormente em diversas aplicações, incluindo mineração, fabricação de semicondutores, e outras, tais como, por exemplo, remover poeira de carvão, gases tóxicos ou inflamáveis, ou outros contaminantes, p.ex., compostos de enxofre, de um suprimento de ar que deva ser liberado ao ambiente.

[0011] Até onde é de conhecimento dos inventores, a tecnologia de lavagem úmida não foi anteriormente adaptada para óxido de etileno ou sistemas de produção correlatos.

[0012] Esta divulgação resolve uma necessidade de longa data de uma solução para o problema de remoção de partículas pequenas de até 5 micra de tamanho em uma linha de suprimento de oxigênio, enquanto que não concentrando as partículas, e evitando problemas com entupimentos ou ignição de filtros nas linhas de suprimento de oxigênio. Ademais, sistemas de produção usando as características desta divulgação evitam a necessidade de uma interrupção do processo para administrar o particulado acumulado nas telas ou filtros. Ademais, ela provê métodos para eliminar material particulado sem acumular material que possa ser uma fonte de material para um incêndio na linha de suprimento de oxigênio.

Sumário da invenção [0013] A presente divulgação está direcionada a sistemas para produção industrial usando gases contendo oxigênio ou suprimentos de ar enriquecidos. A invenção apresenta o uso de um ou mais sistemas de lavagem úmida na linha de suprimento de oxigênio para remover partículas da corrente de oxigênio. O sistema de lavagem úmida transfere essas partículas para uma fase aquosa. Em particular, a tecnologia de lavagem úmida transfere partículas sólidas da fase gasosa para uma película e fase de água por difusão e impacto. As partículas são arrastadas em água que escoa através do lavador úmido e são removidas do lavador úmido como uma suspensão. Provê-se assim um ambiente onde a corrente de oxigênio é tornada essencialmente livre de particulados sem aumentar o potencial de um incêndio no misturador de gases em um processo de oxidação parcial tal como a produção de óxido de etileno. Partículas são removidas do sistema na fase aquosa. A concentração de particulados no liquido de lavagem preferido, água, é administrada removendo as partículas do sistema com uma combinação de filtros para remover partículas grandes e purgando o fluido de lavagem para remover partículas pequenas. A água poderá ser passada através do lavador úmido com uma única passada ou em um laço de recirculação com purga e filtração apropriadas da água recirculada.

[0014] Uma aplicação primária da invenção é o processo de produção de óxido de etileno, no qual oxigênio é misturado a uma pressão intermediária (~20 bar) com gás inflamável reciclado contendo etileno e outros gases. A invenção poderá semelhantemente ser usada para outros processos de oxidação parcial usando suprimentos de oxigênio puro ou ar enriquecido.

[0015] Esta invenção melhora em muito a segurança do sistema de injeção de oxigênio na corrente de recirculação de etileno em um misturador de gases removendo uma fonte de ignição de matéria particulada arrastada no suprimento de oxigênio. A lavagem com água como uma classe de remoção de particulados é vantajosa para acoplar ao processo de óxido de etileno (e outros processos de misturação de hidrocarboneto/gás de oxigênio), uma vez que particulados são removidos e nunca concentrados. Conforme notado acima, a melhor prática corrente é usar filtros no suprimento de oxigênio de entrada. Entretanto, esses filtros coletam e concentram o particulado que foi ele mesmo a causa de eventos de ignição. Acoplar um lavador úmido ao suprimento de oxigênio evidencia a necessidade de filtros na linha de suprimento de oxigênio e assim evita problemas associados com o mesmo. Ademais, o lavador úmido poderá ser prontamente projetado para remover particulados tendo um tamanho na faixa de 5-1.000 micra, i.é, tamanhos de partículas que apresentam riscos particulares de ignição em um misturador de gases de óxido de etileno. Uma vez que essas partículas sejam removidas, os riscos de ignição no misturador de gases são substancialmente reduzidos.

[0016] Portanto, um aspecto desta divulgação, um melhoramento é provido em um sistema de produção de óxido de etileno, o sistema incluindo uma linha de suprimento de oxigênio para carregar uma corrente de gás de oxigênio e um misturador de gases onde o gás de oxigênio é misturado com uma corrente de gás de hidrocarboneto, o melhoramento compreendendo prover um lavador úmido na corrente de suprimento de oxigênio, o lavador úmido removendo matéria particulada da corrente de gás de oxigênio sendo que o gás de oxigênio lavado (livre de particulados) é suprido ao misturador de gases.

[0017] Em um outro aspecto, é provido um método para misturar um gás de oxigênio com um gás de hidrocarboneto, compreendendo as etapas de: lavagem úmida do gás de oxigênio em uma lavador úmido; suprir gás de oxigênio do lavador úmido para um misturador de gases; e misturar o gás de oxigênio com o gás de hidrocarboneto no misturador de gases.

[0018] Uma variedade de construções de lavadores úmidos são adequados para uso nos métodos inventivos. Diversas construções preferidas serão descritas em algum detalhe. Estas incluem lavadores úmidos tipo torre preenchida, cabeça de borbulhamento ("bubble-cap") , tipo jato e tipo aspersor. Breve descrição dos desenhos [0019] A seguir, a invenção será descrita com relação aos desenhos em anexo, nos quais: [0020] A figura 1 é um diagrama de um sistema de produção de gás apresentando um lavador úmido na linha de suprimento de oxigênio, um misturados de gás, e uma câmara de reação a jusante do misturador de gases. O sistema da figura 1 poderá ser usado para a produção de óxido de etileno;

[0021] A figura 2 é uma ilustração mais detalhada de uma concretização do lavador úmido da figura 1, com o lavador úmido sendo um lavador úmido tipo "torre preenchida";

[0022] A figura 3 é uma ilustração mais detalhada de uma concretização do lavador úmido da figura 1, com o lavador úmido sendo um lavador úmido tipo "cabeça de borbulhamento";

[0023] A figura 4 é uma ilustração mais detalhada de uma concretização do lavador úmido da figura 1, com o lavador úmido sendo um lavador úmido tipo aspersor; e [0024] A figura 5 é uma vista em planta do aspersor da figura 4.

Descrição detalhada da invenção [0025] A figura 1 é um diagrama de um sistema de produção 10 que, para fins explicativos e não limitativos, é um sistema de produção de óxido de etileno. Os principios da presente invenção serão aplicáveis a outros sistemas de produção e ficarão aparentes a partir da seguinte descrição.

[0026] O sistema 10 inclui uma linha de suprimento de oxigênio 12 carregando uma corrente de gás de oxigênio de uma fonte (não mostrada). A linha de suprimento de oxigênio inclui matéria particulada arrastada, tal como areia, ferrugem, escama de tubo, tipicamente na faixa de tamanho de 5-1000 micra. O sistema poderá incluir uma peneira em linha opcional (não mostrada) para remover partículas muito grandes ou matéria estranha. O sistema apresenta um lavador úmido 14 que funciona para remover grande parte da ou substancialmente toda a matéria particulada em uma dada faixa de tamanho (51000 micra em uma concretização) da corrente de gás de oxigênio. Gás de oxigênio lavado é suprido ao longo do tubo 16 a um misturador de gases 20. O tubo 16 é preferivelmente feito de um material resistente à escamação e corrosão, tal como aço inoxidável ou Monel.

[0027] Um segundo tubo 18 carrega uma corrente de gás contendo hidrocarboneto ao misturador de gases 20. A corrente de gás contendo hidrocarboneto (contendo gás de etileno e possivelmente outros gases de hidrocarboneto neste exemplo) é misturada com a corrente de gás de oxigênio no misturador de gases 20. Os gases misturados resultantes são alimentados a uma câmara de reação 22 contendo um catalisador. Uma reação ocorre entre os dois gases na câmara de reação 22. O produto de reação resultante (p.ex., óxido de etileno ("EO")) é alimentado à câmara de reação 22 para uma linha de recuperação e facilidade de armazenamento ou um reator a jusante ou facilidade de produção. A câmara de reação 22 (ou facilidades de reação a jusante) poderá incluir facilidades para recuperação de EO, remoção de CO2, e purificação de EO. Gases de hidrocarboneto são recuperados da câmara de reação 22 e reciclados via linha 23 para um misturador 24 onde são misturados com gás de etileno ao longo da linha 25. Portanto, o gás injetado no misturador 20 na linha 18 contém gás de etileno e outros gases de hidrocarboneto neste exemplo.

[0028] O uso do lavador úmido 14 na linha de suprimento de oxigênio 12 soluciona muitos problemas que vêm incomodando a técnica há muitos anos. Em particular, ele atinge o objetivo de remoção de partículas da linha de suprimento de oxigênio, enquanto que não concentrando as partículas e evitando problemas com entupimentos ou ignição de filtros nas linhas de suprimento de oxigênio 12. Ademais, o lavador úmido 14 pode realizar a tarefa de lavar continuamente, evitando a necessidade de paradas de processo para administrar o particulado acumulado nas telas ou filtros. Adicionalmente, ele elimina matéria particulada da alimentação de oxigênio, sem acumular material que possa ser uma fonte de material "combustível" para um incêndio na linha de suprimento 12.

[0029] Os detalhes particulares da construção do lavador úmido poderão variar amplamente, dependendo das necessidades ou requisitos do processo industrial em particular que esteja envolvido. Lavadores úmidos para sistemas particulados adequados para esta divulgação foram bem estudados. Diversos sistemas de lavadores úmidos bem caracterizados para a remoção de particulados estão ilustrados na figura 11-6 do livro de Armin Burkholz "Droplet Separation", VCH Publishers, Nova York (1989), que é aqui incorporada por referência. Esses sistemas incluem sistemas de torre preenchida, lavador a jato, lavador centrífugo, lavador rotativo, e lavador de venturi. A torre preenchida simples poderá ser prontamente projetada para alcançar 95% de remoção de partículas maiores que 1,5 micron de diâmetro para uma densidade de partícula de 2,4 gramas por centímetro cúbico. A figura 11-7 do livro de Burkholz mostra as curvas de eficiência de separação fracionada experimental para diferentes tipos de lavadores para partículas de poeira daquela densidade de partícula a 1 bar (absoluto) de pressão.

[0030] Sistemas de lavagem úmida transferem o material particulado para uma corrente de água que é escoada através do lavador 14. A matéria particulada poderá ou ser purgada ou filtrada do líquido. Existe alguma complexidade operacional associada com a partida e a parada do lavador úmido. Adicionalmente, a corrente de água será super-oxigenada, daí as ligas escolhidas para o lavador úmido deverão resistir à corrosão neste ambiente. Preferivelmente, a água usada no lavador úmido é água condicionada na qual sais dissolvidos são substancialmente removidos da água. Por exemplo, a água condicionada é um condensado de vapor d'água (água destilada).

[0031] O lavador úmido 14 poderá incluir os seguintes elementos: um sistema de alimentação de oxigênio, um dispositivo removedor de particulados de lavagem úmida (torre preenchida, lavador a jato, lavador de venturi, ou outro dispositivo), uma bomba de recirculação de água, uma peneira para remover partículas grandes (opcional), uma alimentação de líquido lavador (água, e particularmente água condicionada sendo preferida), e uma purga de água contendo o material particulado. Particulados de diâmetro menor serão retirados do sistema com o líquido purgado que podería opcionalmente ser filtrado. Alta confiabilidade é requerida para este sistema, daí algumas das tecnologias de remoção para remoção de particulados são preferidas devido ao baixo nível de complexidade apresentado por um dispositivo contator rotativo usado em um tal lavador.

[0032] Um requisito de processo típico para a remoção de particulados em um sistema de produção de óxido de etileno é a remoção de partículas de tamanho variando na faixa de tamanho de 5 a 1000 micra a uma pressão operativa de 20-25 bar. Este requisito sugere que os dispositivos mecanicamente menos intensivos/complexos, tais como um lavador de torre preenchida, torre de pratos, ou a jato alcançará os resultados desejados com o máximo de confiabilidade.

[0033] Ensaios experimentais de lavadores úmidos pelos inventores resultaram em diversas conclusões sobre um design de lavador úmido preferido.

[0034] Primeiramente, partículas muito pequenas parecem ter a habilidade de se ligarem a seções quiescentes (de baixo fluxo) do vaso lavador, tal como a parede do vaso. Ao longo do tempo, essas partículas poderíam se acumular até uma massa suficientemente grande para que pudessem cair da parede do vaso. Para atuar contra isto, uma característica opcional podería ser incorporada ao lavador consistindo de um reticulado interno de bicos aspersores, conectados por tubulação supridora de água que podería permitir que água de lavagem fosse aspergida em uma base predeterminada ou sob demanda para lavar as paredes internas do vaso lavador mais tendente a acumular pequenas partículas. Estes locais poderíam ser identificados durante o projeto do vaso para permitir que um número de bicos aspersores e sua orientação fossem otimizados.

[0035] Segundo, para adicionalmente reduzir o potencial de pequenas partículas escaparem no lavador em névoa de água ou arraste pelo topo do lavador, outra característica opcional que poderá ser adicionada ao lavador é um eliminador de névoa ou separador de ciclo no topo (saída de vapor) do vaso lavador. Um eliminador de névoa adequado podería ser feito de tela de arame ou chicanas metálicas.

[0036] Terceiro, notamos que aparentemente partículas muito pequenas (<100 micra) poderão se acumular em uma película no topo da superfície da água (p.ex., no design das figuras 3 e 4 discutidas abaixo). Esta observação sugeriu a adição de uma pequena quantidade de um tensoativo (<500 ppmp) na água de lavagem para aumentar a remoção de partículas muito finas mantendo-as em suspensão na água de lavagem. O tensoativo deverá ser quimicamente compatível com a corrente de gás de oxigênio.

Exemplo 1 [0037] A figura 2 é uma ilustração mais detalhada de uma concretização do lavador úmido 14 da figura 1, com o lavador úmido sendo um lavador úmido tipo "torre preenchida".

[0038] O lavador úmido da figura 2 inclui um vaso 30 contendo um material de preenchimento 56 (mais vantajosamente cerâmico, mas opcionalmente metálico) e um laço de circulação de água 32. O laço de circulação 32 inclui uma bomba 34, uma linha de recirculação 36, uma peneira 38, uma linha de entrada 40 e uma entrada de água 42. A água escoa para baixo através do material de preenchimento 56. Matéria particulada arrastada é coletada com a água e removida através de uma saída de água 44. A linha 45 carrega água até um ponto de misturação 48 onde água de constituição ("makeup") carregada ao longo da linha 4 6 é misturada com água da linha 45. A bomba de circulação 34 circula água através do laço 32. A linha 60 é uma linha de purga pela qual o particulado é descarregado.

[0039] O vaso 30 inclui uma entrada de alimentação de oxigênio 50 recebendo oxigênio do tubo de suprimento 12 e uma sarda de oxigênio limpo 54 suprindo gás de oxigênio limpo ao tubo de sarda 16, que supre gás de oxigênio ao misturador de gases 20 da figura 1. Preferivelmente, a sarda 54 é proximamente acoplada ao misturador de oxigênio/gás de ciclo 20 e o tubo 16 sendo tão curto quanto razoavelmente factivel, com apenas válvulas de isolamento e de controle entre a sarda 54 do sistema de lavagem úmida e o misturador 20.

[0040] Conforme notado, a água circulada no laço 32 é preferivelmente limpa, filtrada, deionizada, condicionada, na qual sais dissolvidos são substancialmente removidos da água, tal como água obtida da condensação de vapor d'água (água destilada).

[0041] Em uma implementação de escala comercial em um lavador tipo torre preenchida (figura 2) , aproximadamente 50.000 kg/h de oxigênio a ~ + 99% de pureza a uma pressão de 20-25 bar são alimentados através do vaso de lavagem úmida 30. Este oxigênio contém impurezas particuladas tais como ferrugem, escamas de tubo, e areia com tamanhos de partícula com 1 a 1000 micra de diâmetro. Uma peneira opcional (não mostrada) na entrada 50 do vaso 30 removería matéria estranha de tamanho grosseiramente grande. A água de constituição ao longo da linha 46 deverá atender à necessidade de saturar o oxigênio deixando o sistema com o vapor d'água e para compensar o líquido purgado. O fluxo de líquido purgado carrega o particulado em água a uma concentração de 0 a 1%. O design do leito preenchido 56 segue a prática conhecida que resulta em um diâmetro de coluna de ~1 m. Nesta configuração, uma bomba de recirculação 34 é mostrada de uma torre preenchida que teria uma profundidade de preenchimento de 1 metro com selas cerâmicas ou de aço inoxidável de 10 a 200 mm como material de preenchimento 56. Uma peneira 38 opcional na linha de recirculação 36 capturaria partículas grandes que pudessem incrustar o material de preenchimento. Água condicionada tal como condensado de vapor d'água retificado ("polished") é o líquido de lavagem preferido, devido à quantidade mínima de sais dissolvidos.

[0042] O design da figura 2 também poderá ser adaptado com bicos aspersores para lavar as paredes interiores do vaso 30, um eliminador de névoa na saída 54, e/ou a água de lavagem podería ser aumentada com uma pequena quantidade de tensoativo compatível com a corrente de gás de oxigênio. Exemplo 2 [0043] A figura 3 é uma ilustração mais detalhada de uma concretização do lavador úmido 14 da figura 1, com o lavador úmido sendo um lavador úmido tipo "cabeça de borbulhamento".

[0044] O design da figura 3 apresenta um vaso 30 tendo uma entrada de água 42 para receber um fornecimento de água de um suprimento de água 80, e uma saída de água 44 para descarregar a purga d'água, uma entrada de gás 50 para receber um suprimento de alimentação de oxigênio pelo tubo 12 e uma saída de gás 54 para remoção de gás de oxigênio lavado. O vaso 30 inclui uma pluralidade de cabeças de borbulhamento 72, basicamente cabeças tendo pequenas aberturas para gás de oxigênio sair através da cabeça. O vaso 30 inclui características e retenção de água na forma de pratos 70 para suportar um fluxo de água sobre as cabeças de borbulhamento 72. As cabeças de borbulhamento recebem gás de oxigênio da entrada de gás 50 através de condutos internos (não mostrados) . A água estará presente sobre os pratos 70 a um nivel que cubra completamente as cabeças de borbulhamento. O gás de oxigênio é ejetado sobre as aberturas nas cabeças de borbulhamento e borbulhado através da água escoando sobre as cabeças de borbulhamento. Matéria particulada arrastada no gás de oxigênio é capturado pelo fluxo de água e removido do vaso 30 através da sarda de água 44.

[0045] Os pratos 70 são mostrados arranjados dentro do vaso 30 segundo uma pluralidade de pratos empilhados suportando um fluxo de água 7 4 sobre as cabeças de borbulhamento 72. A entrada de água 42 é posicionada dentro do vaso 30 em ou acima do prato 70 extremo superior conforme mostrado na figura 3. Na partida, a água 74 enche o prato 70 extremo superior e então escoa pela borda para baixo por uma descendente 76 para o prato de baixo, enche prato de baixo até um nivel no qual as cabeças de borbulhamento 72 estejam submersas em água, flui através de uma descendente para o prato de baixo, etc. Eventualmente todos os pratos estarão completamente cheios com água submergindo as cabeças de borbulhamento, e água acumulará no fundo do vaso 30 à taxa na qual ela é introduzida no topo 42, menos a taxa na qual a água é absorvida na corrente de gás e conduzida para fora do vaso.

[0046] Em um exemplo de sistema de produção comercial, gás de oxigênio seco flui para dentro do vaso 30 a uma taxa de 50.000 kg/h. Água limpa, filtrada, condicionada é introduzida pela entrada 42 a uma taxa de 500 kg/h. O excesso de água é removido do vaso pela linha 82 a uma taxa de aproximadamente 425 kg/h, com aproximadamente 75 kg/h de água absorvida pelo gás de oxigênio. 0 vaso na concretização ilustrada tem aproximadamente 3 metros de altura, feito de aço inoxidável para suportar 30 bar. As cabeças de borbulhamento 72 são soldadas seladamente aos pratos 70. O diâmetro do vaso é de aproximadamente 1,3 m. O número de pratos e cabeças de borbulhamento poderá ser variado para alcançar o grau de remoção de particulados que for desejado.

[0047] O design da figura 3 tem um baixo requisito de fluxo de liquido e poderá ser construído como um sistema de passagem única i.é, não requendo nenhum laço de recirculação no sistema de água. Isto apresenta algumas vantagens com relação aos outros sistemas de lavagem. Adicionalmente, o design da figura 3 é econômico, fácil de retroadaptar a sistemas de produção existentes, é de complexidade mínima, não possui peças móveis, e é confiável. O sistema também é eficaz para lavar matéria particulada na faixa de tamanho de 5-1000 micra.

[0048] Em uma possível variação, a concretização da figura 3 é modificada para incluir um laço de recirculação no sistema de água. Água é circulada da saída de água 44 para a entrada de água 42, e um filtro ou peneira é colocado em uma linha conectando a saída de água à entrada de água. O laço de recirculação incluiría um ponto de misturação para adicionar água de reposição ao laço por conta da absorção de água no gás de oxigênio e qualquer água de purga do laço de água. A corrente de purga na linha 82 removería matéria particulada da água de purga. O laço de recirculação permitiría o uso de pratos comerciais de alta capacidade, que reduziríam o diâmetro da coluna relativamente ao design da cabeça de borbulhamento.

[0049] Conforme é o caso no exemplo 1, o design do exemplo 2 preferivelmente coloca o lavador úmido próximo do misturador de gases 20, com apenas as válvulas de isolamento e de controle de fluxo entre a saida do lavador úmido 14 e a entrada do misturador 20.

[0050] O design da figura 3 também poderá ser adaptado com bicos aspersores para lavar as paredes interiores do vaso 30, um eliminador de névoa na saida 54, e/ou a água de lavagem podería ser acrescentada de uma pequena quantidade de um tensoativo compatível com a corrente de gás de oxigênio. Exemplo 3 [0051] A figura 4 é uma ilustração mais detalhada de uma concretização do lavador úmido 14 da figura 1, com o lavador úmido sendo um lavador úmido tipo aspersor. O aspersor úmido da figura 4 inclui um vaso 30, um suprimento de água 80 fornecendo água a uma entrada de água 42, uma saída de água 44 e uma linha de dreno para purgar água 82. O oxigênio é suprido de um tubo 12 para um aspersor 90. Água limpa, filtrada condicionada 74 é introduzida no vaso 30 e enche o vaso 30 até um nível onde cubra completamente o aspersor 90 conforme mostrado. O aspersor 90 é mostrado em vista em planta na figura 5. O aspersor 90 inclui um arranjo de tubos ocos 92 e 94 contendo o gás de oxigênio. Os tubos 92, 94 contendo o gás de oxigênio. Os tubos 92, 94 têm pequenos furos 96 através dos quais o gás de oxigênio flui devido à pressão de gás dentro dos tubos. O aspersor inclui suportes 98 que são afixados às paredes do vaso para suportar o aspersor 90 dentro do vaso 30. O gás de oxigênio fluindo para fora através dos furos 96 é borbulhado através da água 74, com a matéria particulada arrastada sendo transferida para a água 74. 0 tamanho das bolhas na água 74 está relacionado ao tamanho dos orifícios 96 do aspersor.

[0052] Em um exemplo de um sistema de produção comercial, gás de oxigênio seco flui para dentro do vaso 30 a uma taxa de 50.000 kg/h. Água limpa, filtrada, condicionada é introduzida pela entrada 42 a uma taxa de 500 kg/h. O excesso de água é removido do vaso pela linha 82 a uma taxa de aproximadamente 425 kg/h, com aproximadamente 75 kg/h de água absorvida pelo gás de oxigênio. O vaso na concretização ilustrada tem aproximadamente 3 metros de altura, 1,3 m de comprimento, e é feito de aço inoxidável em um design para suportar 30 bar.

[0053] O design do exemplo 3 também é vantajoso em muitas aplicações porque é um design simples sem peças móveis, e não requer um laço de recirculação para a água. Uma concretização alternativa incluiria um laço de recirculação e filtro ou peneira, ponto de misturação de constituição, e purga para remoção de água do laço de recirculação.

[0054] Conforme com o caso do exemplo 1, o design do exemplo 3 preferivelmente posiciona o lavador úmido próximo do misturador de gases 20 com apenas válvulas de isolamento e controle de fluxo entre a saida do lavador úmido 14 e a entrada do misturador 20.

[0055] O design da figura 4 também poderia ser equipado com bicos aspersores para lavar as paredes interiores do vaso 30, um eliminador de névoa na saida de gás de O2 limpo no topo do vaso 30, e/ou à água de lavagem poderia ser acrescentado um tensoativo compativel com a corrente de gás de oxigênio.

[0056] Da discussão acima, será apreciado que os exemplos divulgados acima, tomados em conjunto com a figura 1, demonstraram um método para misturar um gás de oxigênio com um gás de hidrocarboneto, compreendendo as etapas de: lavagem úmida do gás de oxigênio em um lavador úmido 14; fornecer gás de oxigênio do lavador úmido 14 a um misturador de gases 20; e misturar o gás de oxigênio com o gás contendo oxigênio no misturador de gases. O misturador de gases 20 poderá assumir a forma dos misturadores de gás descritos nos documentos de patente anteriormente citados. Em uma concretização, o gás contendo hidrocarboneto compreende gás de etileno. Como exemplos de outras concretizações, o gás contendo hidrocarboneto contém gás de metano, ou gás de lastro de N2.

[0057] Entretanto, o método poderá ser usado em conjunto com outros processos usando outros gases de hidrocarboneto. Concretizações preferidas do método provêem para a remoção de matéria particulada no lavador úmido tendo um tamanho na faixa de 5-1.000 micra. A tecnologia de lavador úmido também é eficaz para capturar partículas menores até um tamanho sub-mícron, entretanto isto não é considerado necessário para aplicação de misturação de gases E-0 divulgada.

[0058] Ainda mais geralmente dito, as características desta divulgação provêem um melhoramento para qualquer sistema de oxidação parcial (dos quais a produção de óxido de etileno é apenas um exemplo) tendo uma linha de suprimento de oxigênio carregando uma corrente de gás de oxigênio. O melhoramento assume a forma de prover um lavador úmido na linha de suprimento de oxigênio, o lavador úmido removendo matéria particulada da corrente de gás de oxigênio.

[0059] A água usada nos lavadores úmidos desta divulgação estará tipicamente à temperatura ambiente.

[0060] Conquanto concretizações presentemente preferidas tenham sido descritas com particularidade, variações das especificidades das concretizações divulgadas poderão ser feitas sem partir da abrangência da invenção. Todas as questões concernentes à abrangência da invenção deverão ser determinadas com referência às reivindicações apensas.

REIVINDICAÇÕES

Claims (30)

1. Sistema para a produção de óxido de etileno, o sistema incluindo uma linha de suprimento de oxigênio para carregar uma corrente de gás contendo oxigênio e um misturador de gases onde o gás de oxigênio é misturado com um gás contendo etileno, caracterizado pelo fato de compreender: - um lavador úmido sendo provido na linha de suprimento de oxigênio a montante do misturador de gases, para remover matéria particulada da corrente de gás contendo oxigênio antes do misturador de gases, no qual o gás de oxigênio lavado é suprido ao misturador de gases.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o lavador úmido compreender um lavador úmido do tipo de torre preenchida.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o lavador úmido compreender um lavador úmido do tipo de cabeça de borbulhamento.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o lavador úmido compreender um lavador úmido do tipo aspersor.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o lavador úmido compreender um lavador úmido de j ato.

6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de o lavador úmido remover matéria particulada do gás de oxigênio tendo um tamanho na faixa de 5-1.000 micra.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o lavador tipo torre preenchida compreender: - um vaso contendo um material de preenchimento, uma entrada de alimentação de oxigênio e uma saida de oxigênio; uma bomba de circulação; e - um laço de água contendo água circulada pela bomba de circulação, o laço de água incluindo o vaso, uma peneira a montante do vaso, e um ponto de misturação para introduzir água de constituição no laço.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a água compreender água condicionada na qual sais dissolvidos são substancialmente removidos da água.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de a água condicionada compreender água deionizada de condensado de vapor d'água.

10. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 ou 9, caracterizado pelo fato de a água condicionada ser filtrada para remover contaminação por particulados.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o lavador úmido do tipo de cabeça de borbulhamento compreender: - um vaso tendo uma entrada de água para receber um suprimento de água e uma saida de água para remoção de excesso de água, uma entrada de gás para receber um suprimento de oxigênio e uma saida de gás para remoção de gás de oxigênio lavado; - uma pluralidade de cabeças de borbulhamento dentro do vaso tendo características de retenção de água para suportar um fluxo de água sobre as cabeças de borbulhamento, sendo que as cabeças de borbulhamento recebem gás de oxigênio da entrada de gás; sendo que gás de oxigênio é passado através das cabeças de borbulhamento e borbulhado através da água escoando sobre as cabeças de borbulhamento, e matéria particulada arrastada no gás de oxigênio é capturado pelo fluxo de água e removido através da sarda de água.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de as cabeças de borbulhamento serem arranjadas dentro do vaso em uma pluralidade de pratos verticalmente empilhados suportando um fluxo de água sobre as cabeças de borbulhamento, sendo que a entrada de água é posicionada dentro do vaso no ou acima do prato extremo superior, e sendo que as características de retenção de água incluem descendentes para o fluxo de água para baixo de um prato para o próximo dentre os partos verticalmente empilhados.

13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 ou 12, caracterizado pelo fato de a água compreender água condicionada na qual sais dissolvidos são substancialmente removidos da água.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de a água condicionada compreender um condensado de vapor de água deionizada.

15. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 ou 14, caracterizado pelo fato de a água condicionada ser filtrada para remover contaminação de particulados.

16. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 11 a 15, caracterizado pelo fato de a água ser circulada da saída de água para a entrada de água, e sendo que o filtro está colocado em uma linha conectando a saída de água à entrada de água.

17. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 11 a 16, caracterizado pelo fato de a água ser circulada segundo uma única passada através do vaso.

18. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 17, caracterizado pelo fato de o lavador úmido estar proximamente acoplado ao misturador de gases.

19. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 18, caracterizado pelo fato de o lavador úmido incluir pelo menos um dentre a) um ou mais aspersores para aspergir uma parede interna do lavador úmido, b) um eliminador de névoa em uma saída de oxigênio do lavador, e c) um tensoativo ser adicionado à água suprida ao lavador úmido.

20. Método para misturar um gás contendo oxigênio com um gás contendo hidrocarboneto, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: - lavagem úmida do gás de oxigênio em um lavador úmido para remover matéria particulada; - suprir gás contendo oxigênio do lavador úmido para um misturador de gases, sendo que o lavador úmido está a montante do misturador de gases; - misturar o gás contendo oxigênio com o gás contendo hidrocarboneto no misturador de gases.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de o gás contendo hidrocarboneto compreender gás de etileno.

22. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 ou 21, caracterizado pelo fato de o lavador úmido compreender um lavador úmido do tipo de torre preenchida.

23. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 ou 21, caracterizado pelo fato de o lavador úmido compreender um lavador úmido do tipo de cabeça de borbulhamento.

24. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 ou 21, caracterizado pelo fato de o lavador úmido compreender um lavador úmido do tipo aspersor.

25. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 ou 21, caracterizado pelo fato de o lavador úmido compreender um lavador úmido do tipo de jato.

26. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 20 a 25, caracterizado pelo fato de a etapa de lavagem úmida remover matéria particulada do gás de oxigênio tendo um tamanho na faixa de 5-1.000 micra.

27. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de água ser circulada através do lavador úmido, e sendo que a água compreende água condicionada na qual sais dissolvidos são substancialmente removidos da água.

28. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de a água condicionada compreender água deionizada de condensado de vapor d'água.

29. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 29, caracterizado pelo fato de o lavador úmido incluir pelo menos um dentre a) um ou mais aspersores para aspergir uma parede interna do lavador úmido, b) um eliminador de névoa em uma sarda de oxigênio do lavador, e c) um tensoativo ser adicionado à água suprida ao lavador úmido.

30. Sistema de oxidação parcial, tendo uma linha de suprimento de oxigênio carregando uma corrente de gás contendo oxigênio, caracterizado pelo fato de compreender: prover um lavador úmido na linha de suprimento de oxigênio a montante de um misturador de gases, o lavador úmido removendo matéria particulada da corrente de gás contendo oxigênio.