ES2201596T3 - Dispositivo para la realizacion de reacciones cataliticas en un fluido en la fase de gas. - Google Patents
Dispositivo para la realizacion de reacciones cataliticas en un fluido en la fase de gas.Info
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Abstract
CON UN APARATO PARA LLEVAR A CABO REACCIONES QUIMICAS CATALITICAS DE UN FLUIDO EN FASE GASEOSA, SE DEBE FORMAR DE TAL MANERA PARA QUE EVITE LAS DESVENTAJAS CONOCIDAS CON DOS LECHOS CATALITICOS DE DIFERENTE DURACION, DE TAL MANERA QUE LOS CATALIZADORES SE PUEDAN CAMBIAR DE MANERA INDEPENDIENTE UNO DEL OTRO, SIN QUE HAYA ESPACIOS MUERTOS SIN UTILIZAR Y CON LA POSIBILIDAD DE PODER EVITAR CADA UNO DE LOS LECHOS. ESTO SE CONSIGUE CON A) EL PRIMER LECHO CATALITICO (6) EL CAMINO POR DONDE VA EL FLUJO TIENE UN VOLUMEN CATALITICO MAS PEQUEÑO QUE EL SEGUNDO LECHO CATALITICO (7), B) EL PRIMER Y SEGUNDO LECHO CATALITICO (6, 7) ESTAN CONFORMADOS DE MANERA CILINDRICA, FORMANDO LA PARED CILINDRICA DE DELIMITACION (12) DEL LECHO CATALITICO INTERNO (6) LA PARED CILINDRICA INTERNA DEL SEGUNDO LECHO CATALITICO (7), Y C) EL PRIMER LECHO CATALITICO (6) ES ATRAVESADO POR EL FLUJO DE MANERA RADIAL Y EL SEGUNDO LECHO CATALITICO (7) ES ATRAVESADO DE MANERA AXIAL.
Description
Dispositivo para la realización de reacciones
catalíticas en un fluido en la fase de gas.
La invención se dirige a un dispositivo de la
clase que se expone en el preámbulo de la reivindicación 1.
Existen una serie de reacciones químicas
catalíticas de un fluido, como por ejemplo la desulfuración de
hidrocarburos, mencionemos aquí como ejemplo la desulfuración de gas
natural o gas de petróleo, en las cuales se intercalan
sucesivamente dos catalizadores en la dirección de la corriente del
fluido, presentando en muchos casos el primer catalizador en la
dirección de la corriente una duración más corta que el segundo
catalizador.
Así por ejemplo, combinaciones orgánicas de
azufre presentes por ejemplo en una primera etapa, bajo la adición
de hidrógeno se transforman en H_{2}S. En una segunda etapa el
H_{2}S se absorbe en un lecho de cinc, siendo el volumen de
catalizador de la primera etapa considerablemente menor que en la
segunda etapa. Además, es conocido cómo introducir los dos
catalizadores en el interior de un mismo recipiente reactor a
presión, de modo que siempre debido a los diferentes tiempos de
uso, por regla general un primer hueco de hombre previsto en la
cúpula del reactor para la sustitución del primer catalizador y un
segundo hueco de hombre previsto en el lateral de la envolvente
proporcionan un espacio desde el que entonces se puede extraer el
segundo catalizador para su sustitución. El inconveniente de esta
construcción es que por ejemplo ese segundo espacio entre los dos
lechos de catalizadores no se puede usar.
Para el estado de la técnica en el más amplio
sentido que aquí concierne remitimos por ejemplo al documento
EP-0 400 698-A1 o a los documentos
US-3 544 264, US-3 817 716,
US-3 620 685 o US-4 830 834. En
cuanto al dispositivo de la solicitud de patente europea mencionado
arriba se trata de un convertidor que preferentemente se ha de
utilizar para el tratamiento de gases que contienen polvo. Además en
la ejecución preferida se instalan dos lechos de catalizador.
En el documento US-4 830 843 se
trata de un intercambiador de calor reformador que está equipado con
un quemador para la compensación del balance térmico necesario para
la transformación de gas natural y vapor en una mezcla de gases que
contenga H_{2} y CO_{2} que produce un gas de combustión
caliente que en un intercambio indirecto de calor entrega el calor
al gas de proceso.
El reactor descrito en el documento
US-3 620 685 está destinado para un proceso de
oxi-deshidratación. Esto exige por una parte grandes
superficies de contacto con la corriente de las capas de
catalizador y por otra parte grandes velocidades en la corriente
del gas de escape después de la finalización del tratamiento
catalítico.
El documento US-3 817 716
describe el tratamiento de los gases de escape con un elevado
contenido en hidrocarburos y aerosoles, mostrando finalmente el
documento US-3 544 264 un sistema de catalizador
para gases de escape de vehículos motorizados para la reducción de
sustancias nocivas como NO y CO.
Frente a eso, la invención tiene como tarea
principal, además de evitar los inconvenientes descritos
anteriormente, desarrollar un dispositivo con dos lechos
catalizadores de diferente duración, de tal manera que los
catalizadores se puedan sustituir con independencia uno de otro,
sin la utilización de zonas muertas sin uso, y con la posibilidad
de poder dar la vuelta alrededor de cada lecho.
Esta tarea queda resuelta según la invención con
un dispositivo del tipo mencionado al principio debido a que el
primer lecho de catalizador en el recorrido de la corriente
presenta un volumen de catalizador más pequeño que el segundo lecho
de catalizador, los lechos de catalizador primero y segundo están
configurados de forma sustancialmente cilíndrica, de modo que la
pared cilíndrica que delimita el lecho de catalizador interior
constituye la pared cilíndrica interna del segundo lecho de
catalizador, y el primer lecho de catalizador es atravesado
radialmente por la corriente y el segundo lecho de catalizador lo
es axialmente.
Debido a que el primer lecho de catalizador está
rodeado por el segundo lecho de catalizador, es posible cambiar para
efectos de función con independencia entre sí los dos catalizadores
a través del mismo hueco de hombre situado aproximadamente en la
cúpula de un recipiente de reactor.
Otras ventajas de la invención se exponen tomando
como base las restantes reivindicaciones, de modo que la
configuración aquí expuesta permite adicionalmente configurar por
ejemplo el primer lecho de catalizador para que se pueda atravesar
radialmente por la corriente y el segundo lecho de catalizador
axialmente, siendo naturalmente también posible configurar los dos
catalizadores para poder ser atravesados axialmente o radialmente
por la corriente.
Resulta ventajoso que las dimensiones de los
alojamientos para el primer y más pequeño lecho de catalizador y el
segundo y mayor lecho de catalizador se coordinen entre sí de tal
manera que las alturas de relleno de ambos lechos de catalizador en
la carcasa total del catalizador sean sustancialmente idénticas
cosa que también está prevista por la invención.
En la cúpula de la carcasa total del catalizador
puede estar prevista una tubuladura de entrada para el primer lecho
de catalizador interior provisto de una cúpula, y/o una segunda
tubuladura de entrada para el rodeo del primer catalizador.
Si la corriente atraviesa el lecho de catalizador
interior desde fuera hacia dentro y, como ya se ha explicado antes,
la entrada está situada en una cúpula superior por encima del
primer lecho de catalizador, entonces el fluido que circula por el
primer lecho de catalizador por regla general se evacua a través de
un tubo colector central que desemboca convenientemente en el
interior de la cúpula superior para de este modo alimentar por
arriba el segundo lecho de catalizador. En este tipo de construcción
también puede estar previsto a efectos de funcionamiento sacar
totalmente fuera de la carcasa el tubo central de evacuación, con
lo que el primer lecho de catalizador también se puede seguir
utilizando cuando por ejemplo el segundo lecho de catalizador ha de
ser rodeado.
La invención se explica a continuación con mayor
detalle con ayuda de los dibujos a modo de ejemplo. Estos muestran
en la
Figura 1 un reactor de acuerdo con el estado de
la técnica y en la
Figura 2 un dispositivo según la invención.
El reactor según el estado de la técnica
designado de forma general con 1 se compone de un recipiente 2 a
presión con una tubuladura 3 de entrada en la cúpula superior y una
tubuladura 4 de salida en la cúpula inferior así como con un hueco 5
de hombre entre un lecho 6 de catalizador superior y un lecho 7 de
catalizador inferior. El lecho de catalizador superior puede por
ejemplo representar al catalizador de Co-Mo para la
transformación de combinaciones orgánicas de azufre en H_{2}S y el
lecho de catalizador inferior al catalizador de ZnO para la
absorción del azufre del H_{2}S. El lecho de catalizador superior
descansa sobre una rejilla 8 de soporte, bajo esa rejilla 8 de
soporte se encuentra un espacio 9 libre de catalizador en el que
desemboca la tubuladura del hueco 5 de hombre, pudiéndose sustituir
por ejemplo el catalizador superior a través de la tubuladura 3 de
entrada y el inferior a través del hueco 5 de hombre.
En la figura 1 se exponen datos generales de
alturas de los lechos de los catalizadores de la zona 9 muerta así
como otras dimensiones cuyo equivalente también se expone en la
figura 2, y las medidas correspondientes se reproducen como ejemplo
en una tabla que se presenta más abajo.
Hasta donde es posible, los mismos símbolos de
referencia empleados en la descripción del estado de la técnica de
acuerdo con la figura 1, han sido elegidos para representar en la
figura 2 al dispositivo acorde con la invención.
De este modo, allí consta el reactor 1 de un
recipiente 2 a presión con una tubuladura 3 de entrada y una
tubuladura 4 de salida para el fluido que se va a manipular. En el
centro de la cúpula del recipiente 2 a presión se encuentra un hueco
5 de hombre, estando dispuesta en el interior de la carcasa 2 una
segunda carcasa 12 cilíndrica que contiene en su centro un cilindro
9 perforado o tubo 9 de evacuación y más hacia fuera y centrado
alrededor de él, un tubo 10 perforado, de modo que el espacio entre
los tubos 9 y 10 perforados forma el primer lecho 6 de catalizador.
La pared 12 exterior de este primer recipiente del catalizador
constituye la pared interior para el segundo catalizador 7, de modo
que en el ejemplo representado el primer lecho de catalizador está
dispuesto para ser atravesado radialmente y el segundo lecho 7 de
catalizador axialmente, sin que la invención se quede limitada a
esto.
La cúpula 13 de la carcasa del primer lecho 6 de
catalizador está atravesada con una tubuladura 15 por el tubo 9
central perforado, estando cerrada la primera carcasa 12 del
catalizador en su extremo inferior con una placa 14 de fondo que se
convierte o continúa en la rejilla de soporte designada con 20 para
la segunda carga de catalizador.
El modo de funcionamiento del dispositivo acorde
con la invención, en lo que respecta al recorrido de la corriente
del fluido que va a ser tratado, es el siguiente:
El gas que se va a tratar se hace entrar por la
tubuladura 3 y a través de una tubería 16 llega a un primer
distribuidor o espacio 17 de cúpula y a continuación a una ranura
11 de afluencia, para entonces atravesar radialmente a través de la
pared 10 perforada el primer catalizador o el primer lecho 6 de
catalizador, es decir, desde fuera hacia dentro. A través del tubo
9 central perforado y a través de la tubuladura 15 de salida el gas
llega al segundo distribuidor o espacio 18 de cúpula por encima de
la segunda carga 7 de catalizador, para desde allí penetrar en
ésta, atravesarla axialmente y a través del anillo 20 de rejilla de
soporte alcanzar la tubuladura 4 de salida que está dispuesta en la
zona 19 del fondo inferior del recipiente 2 del reactor.
En la figura 2 está además representada una
segunda tubuladura 3' de entrada directamente en el segundo espacio
18 de distribución. Aquí, el gas puede ser dirigido de tal manera
que solamente atraviese el segundo lecho de catalizador, por ejemplo
para entonces simplemente poder rodear la primera carga 6 de
catalizador.
No se ha representado con más detalle la
posibilidad de, en caso necesario, conducir hacia fuera la
tubuladura 15 de salida en el segundo espacio 18 de cúpula, para de
este modo poder seguir utilizando el primer catalizador, cuando por
ejemplo la segunda carga de catalizador ha de ser rodeada.
La posibilidad de rodear el primer lecho de
catalizador a través de la segunda tubuladura 3' de entrada de gas
puede ser de gran ventaja para el usuario de este tipo de
dispositivos por ejemplo cuando el gas que va a ser tratado
temporalmente está relativamente limpio, por ejemplo ya no contiene
combinaciones orgánicas de azufre y por tanto el primer lecho de
catalizador no tiene que ser atravesado o cuando se utilizan los
mismos catalizadores en ambos lechos el primer lecho de catalizador
produce una elevada pérdida de carga o se bloque por completo
debido a contaminantes o roturas.
Se puede reconocer que los costes de un
dispositivo de este tipo también se reducen fuertemente, lo cual se
evidencia con la sola comparación entre un reactor según el estado
de la técnica, esto es, según la figura 1, y un reactor de acuerdo
con la invención, es decir, según la figura 2, estando expuestas en
forma de tabla las medidas representadas en las figuras. El ahorro
en peso que se observa en la última línea de la tabla alcanza
29.000 kg, lo cual se ve claramente que es muy considerable,
produciendo esto un ahorro no solamente en costes de material sino
también en costes de transporte y de montaje.
Figura 1 | Figura 2 | ||
Volumen 6 | [m^{3}] | 13,6 | 13,6 |
Volumen 7 | [m^{3}] | 66,5 | 66,5 |
h_{o} | [mm] | 11000 | 5500 |
h | [mm] | h_{o} | 7500 |
h_{1} | [mm] | 7800 | - |
h_{2} | [mm] | 1600 | - |
h_{3} | [mm] | 1600 | - |
D | [mm] | 3300 | 3850 |
d | [mm] | - | 1700 |
Peso | kg | 109000 | 80000 |
Claims (3)
1. Dispositivo para la realización de reacciones
químicas catalíticas en un fluido en la fase de gas, por ejemplo la
desulfuración de hidrocarburos, como por ejemplo gas natural,
insertando en el recorrido de la corriente de gas dos catalizadores
del mismo o de distinto tipo en el interior de una misma carcasa en
dos lechos de catalizadores, estando rodeado un lecho de
catalizador que se encuentra dispuesto en el centro de la carcasa
por el segundo lecho de catalizador, caracterizado porque
- a)
- el primer lecho (6) de catalizador en el recorrido de la corriente presenta un volumen de catalizador más pequeño que el segundo lecho (7) de catalizador,
- b)
- el primer y el segundo lecho (6,7) de catalizador están configurados en forma sustancialmente cilíndrica, constituyendo la pared (12) delimitadora cilíndrica del lecho (6) de catalizador interior la pared interior cilíndrica del segundo lecho (7) de catalizador y
- c)
- el primer lecho (6) de catalizador puede ser atravesado radialmente por la corriente y el segundo lecho (7) de catalizador axialmente.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque las dimensiones de los alojamientos
para el primer y más pequeño lecho (6) de catalizador y el segundo
y más grande lecho (7) de catalizador están coordinadas de tal
manera que las alturas de relleno de ambos lechos de catalizadores
en la carcasa (2) total del catalizador son sustancialmente
iguales.
3. Dispositivo según una de las anteriores
reivindicaciones, caracterizado porque en la cúpula de la
carcasa (2) total del catalizador junto a la tubuladura (3) de
entrada a la cúpula (13) del primer lecho (6) de catalizador
interior está prevista una segunda tubuladura (3') de entrada para
rodear el primer lecho (6) de catalizador.
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