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.

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ES2201596T3 ES99111405T ES99111405T ES2201596T3 ES 2201596 T3 ES2201596 T3 ES 2201596T3 ES 99111405 T ES99111405 T ES 99111405T ES 99111405 T ES99111405 T ES 99111405T ES 2201596 T3 ES2201596 T3 ES 2201596T3
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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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