ES2205350T3 - Inyector y su utilizacion para la pulverizacion de lechos de catalizadores. - Google Patents
Inyector y su utilizacion para la pulverizacion de lechos de catalizadores.Info
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Abstract
SE PROPONE UN INYECTOR ADECUADO PARA DISTRIBUIR UNIFORMEMENTE PRODUCTOS SOLIDOS O LIQUIDOS SOBRE GRANDES SUPERFICIES. EL INYECTOR COMPRENDE COMO MINIMO DOS INYECTORES INDIVIDUALES COLOCADOS SOBRE UN CUERPO BASE (5, 7) Y UN TUBO ENVOLVENTE DOBLE (1, 2). EL CUERPO BASE (5, 7) VA UNIDO HERMETICAMENTE A LOS DOS TUBOS DEL TUBO ENVOLVENTE DOBLE (1, 2) Y PRESENTA UNOS ORIFICIOS DE COMUNICACION (70) QUE ESTABLECEN LA COMUNICACION ENTRE EL INTERIOR DEL TUBO INTERIOR (1) Y UN ELEMENTO DE CONDUCCION INTERIOR (1) DE CADA INYECTOR INDIVIDUAL (8, 9, 10, 11), ASI COMO UNOS CONDUCTOS DE COMUNICACION (52) QUE FORMAN UNA COMUNICACION ENTRE LA ZONA SITUADA ENTRE EL TUBO INTERIOR (1) Y EL TUBO EXTERIOR (2) DEL TUBO ENVOLVENTE DOBLE Y QUE FORMAN RESPECTIVAMENTE UN ELEMENTO DE CONDUCCION EXTERIOR (8, 9) DE UN INYECTOR INDIVIDUAL (8, 9, 10, 11) QUE RODEA AL ELEMENTO DE CONDUCCION INTERIOR (11). EL CUERPO BASE (5, 7) Y LOS INYECTORES INDIVIDUALES (8, 9, 10, 11) ESTAN CONFIGURADOS Y DISPUESTOS DE TAL MANERA QUE UNAMEZCLA DE GAS PORTADOR Y PARTICULAS SOLIDAS O GOTITAS LIQUIDAS ALIMENTADOS A TRAVES DEL TUBO INTERIOR (1), Y UN GAS PROPELENTE ALIMENTADO A TRAVES DE LA ZONA SITUADA ENTRE EL TUBO INTERIOR (1) Y EL TUBO EXTERIOR (2) PROVOCAN UN TORBELLINO DE GAS PROPELENTE, GAS PORTADOR Y PARTICULAS SOLIDAS O GOTITAS LIQUIDAS, LO QUE DA LUGAR A UNA DISTRIBUCION RADIAL UNIFORME DE LA MEZCLA FORMADA. LA APLICACION PRINCIPAL ESTA EN EL ROCIADO DE MATERIAL PROMOTOR SOBRE LECHOS DE CATALIZADOR DE GRANDES SUPERFICIES.
Description
Inyector y su utilización para la pulverización
de lechos de catalizadores .
La invención se refiere a inyectores y
especialmente a inyectores de dos substancias. Además, la invención
se refiere a la utilización de tales inyectores para la
pulverización de lechos de catalizadores.
En el estado de la técnica existen numerosas
publicaciones, que se ocupan con la atomización de líquidos. En
particular, se describen toberas de dos substancias con mezcla
interior así como toberas de dos substancias con mezcla exterior y
se han investigado teórica y experimentalmente. En el Artículo
"Kalkulierter Sprüh - Methoden des Zerstäubens von Flüssigkeiten
in der Verfahrenstechnik" de Thomas Richer y Stefan Wilhelm
(Machinenmarkts 1991, páginas 26 y siguientes) se describen tales
toberas de atomización.
En el documento DE-OS 195 26 404
se describe un dispositivo para la división de un primer medio
utilizando un segundo medio. Se describe una relación muy baja de
las superficies de salida de los orificios respectivos para el
segundo medio con respecto a las de los orificios para la salida
del primer medio.
Aunque en el estado de la técnica se ofrecen,
además, por los proveedores comerciales numerosas cabezas de
pulverización para la atomización de los más diferentes tipos de
materiales, hasta ahora falta una cabeza de inyección o inyector,
que cumpla en combinación los siguientes requerimientos:
- -
- el inyector requiere poco espacio en el lugar de montaje,
- -
- el inyector puede resistir altas temperaturas,
- -
- el inyector proporciona una división uniforme de pequeñas cantidades de substancias sólidas sobre superficies grandes cubriendo toda la superficie,
- -
- el inyector tiene una estructura sencilla,
- -
- el inyector es a prueba de averías durante el funcionamiento también con aerosoles de substancias sólidas.
Especialmente durante la promoción de
catalizadores de plata, como se emplean durante la fabricación de
formaldehído, ha surgido la necesidad de una dotación uniforme, del
tipo de impulsos, del catalizador con el promotor durante el
funcionamiento del reactor y bajo las turbulencias de la
circulación presentes en el reactor. Debe evitarse una
sobredosificación local con promotor, que puede conducir a la
desactivación del catalizador. Esto no lo permiten las toberas
convencionales para la alimentación de los promotores.
Por lo tanto, el cometido de la invención es
poner a disposición un inyector que evite los inconvenientes del
estado de la técnica y que cumpla los requerimientos mencionados
anteriormente. En particular, este inyector debe ser adecuado para
el empleo en la promoción de un catalizador de plata, en el que
está presente una superficie de catalizador grande. Además, el
inyector debe ser integrable en sistemas de esclusas presentes en
reactores de formaldehído.
El cometido se soluciona a través de un inyector
adecuado para la distribución uniforme de substancias sólidas o
bien de líquidos sobre superficies grandes y que corresponde a la
reivindicación 1, que presenta al menos dos inyectores individuales.
Según la invención, el inyector contiene un tubo envolvente doble y
un cuerpo básico para inyectores individuales. El tubo envolvente
doble tiene un tubo interior, adecuado para la conducción de una
mezcla de gas portador y de partículas de substancias sólidas o de
gotitas de líquido, y un tubo, adecuado para la conducción de un
gas impulsor. El cuerpo básico está conectado herméticamente con
los dos tubos del tubo envolvente doble. El cuerpo básico presenta
orificios de comunicación, que forman una comunicación entre el
interior del tubo interior y, respectivamente, un punto de unión
para el elemento de guía interior de un inyector individual, así
como canales de comunicación, que forman una comunicación entre la
región entre el tubo interior y el tubo exterior del tubo
envolvente doble y, respectivamente, un punto de unión para un
elemento de guía exterior, que rodea al elemento de guía interior,
de un elemento individual. Los cuerpos básicos y los inyectores
individuales están configurados de tal forma que una mezcla
alimentada a través del tubo interior formada por gas portador y
partículas de substancia sólida o gotitas de líquido y un gas
impulsor alimentado a través de la región entre el tubo interior y
el tubo exterior conducen a una turbulencia del gas impulsor, del
gas portador y de las partículas de substancia sólida o bien de las
gotitas de líquido y a una propagación radial uniforme de la mezcla
formada.
De manera sorprendente se ha encontrado que por
medio de inyectores con toberas, que son alimentados al mismo
tiempo por un gas impulsor y un gas de distribución, se puede con
seguir una distribución fina de un promotor de substancia sólida,
que excluye prácticamente una sobredosificación local a través del
catalizador. De una manera ventajosa, las toberas y el inyector
están constituidos, además, de forma sencilla, con seguridad
funcional durante la aplicación y están constituidos de tal forma
que el inyector se puede adaptar a las relaciones presentes de la
circulación. El inyector se puede integrar especialmente en un
sistema de esclusas existente de un reactor de formaldehído.
En una forma de realización de la invención,
entre el cuerpo básico y el tubo envolvente doble está presente un
elemento de conexión, donde el elemento de conexión presenta
taladros dispuestos en forma de anillo para el transporte y
distribución uniforme del gas impulsor, que están dimensionados de
tal forma que la pérdida de presión durante la circulación de paso
es un múltiplo menor que durante la afluencia en la cámara de
presión del inyector individual.
De manera ventajosa, en el cuerpo básico puede
estar presente una cámara de distribución de forma anular, que está
conectada con la región entre el tubo interior y el tubo exterior
del tubo envolvente doble. Desde éste parten canales de comunicación
hacia un punto de unión respectivo para un elemento de guía
exterior de un inyector individual.
Con preferencia, de tres a ocho inyectores
individuales, dispuestos en un polígono regular, están conectados
con el cuerpo básico.
Se consiguen buenos resultados con inyectores
según la invención, en los que los inyectores individuales están
configurados como inyectores de toberas anulares de dos
substancias.
Puede ser conveniente que el elemento de guía
exterior de los inyectores individuales esté configurado y
dispuesto de tal forma que el gas impulsor, en contacto con la
mezcla de gas portador y de partículas de substancia sólida o de
gotitas de líquido, presente una componente de la circulación
tangencial con relación al eje del inyector individual
respectivo.
Puesto que los inyectores individuales están
conectados en grupos sobre varios, especialmente dos, planos de
inyectores en el cuerpo básico, se pueden realizar distribuciones
especialmente adecuadas del material.
El inyector según la invención puede estar
configurado de tal forma que la dirección de pulverización central
de los inyectores individuales solamente tiene una componente
radial y una componente axial con respecto al eje del tubo
envolvente doble.
En el caso de que se desee una componente de
distribución centrífuga, la dirección de pulverización central de
los inyectores individuales puede tener una componente tangencial
con respecto al eje del tubo envolvente doble.
Además, la invención se refiere a la utilización
de un inyector según la invención para la alimentación de una
suspensión sobre un lecho de catalizador, especialmente de u lecho
con superficie grande. Por ejemplo, este lecho de catalizador puede
tener dimensiones mínimas lineales de 0,5 a 3 m, con preferencia de
forma esencialmente circular. El inyector según la invención es
especialmente adecuado para la alimentación de material promotor,
especialmente material promotor de fósforo, sobre un lecho de
catalizador, especialmente un lecho de catalizador de lata, como se
emplea especialmente en un reactor de formaldehído.
Con el inyector según la invención se pueden
distribuir sobre superficies grandes pequeñas cantidades de
substancias sólidas, especialmente de 0,1 a 10 g/m^{2}, con
preferencia de 0,1 a 5 g/m^{2}.
Otros detalles, características y ventajas de la
invención se deducen a partir de la siguiente descripción y del
dibujo, en el que:
La figura 1 muestra una sección transversal a
través de un inyector según la invención y
La figura 2 muestra una vista en planta superior
sobre un inyector según la invención.
En la figura 1 se representa un inyector según la
invención preferido. Éste está constituido de forma modular. Los
módulos de alimentación de producto, cuerpo básico e inyector de
toberas anulares son fácilmente variables en su diseño y actividad.
Los elementos individuales se pueden substituir fácilmente a través
de conexiones de enchufe y/o uniones roscadas. El inyector según la
invención presenta un tubo envolvente doble 1, 2, que está
constituido por un tubo interior 1 y un tubo exterior 2. El tubo
envolvente doble está conectado con un cuerpo básico 5 a través de
una pieza intermedia 3, que presenta con preferencia de tres a
doce, en el caso representado ocho taladros de comunicación 4, que
se extienden en dirección axial sobre el tubo envolvente doble. En
este cuerpo básico está prevista una cámara de distribución 51 de
forma anular, desde la que parten canales de comunicación, en forma
de taladros 52, hacia cámaras anulares 10 de gas impulsor de
inyectores 8, 9, 10, 11 individuales.
A través de una sección interior del cuerpo
básico conducen orificios de comunicación, en forma de taladros 70,
radialmente hacia fuera y axialmente hacia dentro. Los taladros 70
conectan el interior del tubo interior con toberas de pulverización
11 de los inyectores 8, 9, 10, 11 individuales. Las toberas de
pulverización (elementos de guía interior) 11 están rodeadas por
cilindros de guía exteriores 8, 9. Estos cilindros (elementos de
guía exteriores) pueden estar enroscados, por ejemplo, en el cuerpo
básico 5.
Los inyectores individuales, seis de los cuales
se representan en la figura 2, pueden estar configurados de tal
forma que se genera una componente tangencial de la corriente de
gas impulsos con respecto a la dirección de pulverización central o
con respecto al eje de los inyectores individuales. Esto se puede
realizar con preferencia a través de la configuración de los
cilindros de guía exteriores 8, 9, por ejemplo de sus paredes. Los
inyectores individuales propiamente dichos pueden estar dispuestos,
además, de tal forma que tienen una componente de salida tangencial
con respecto al eje del tubo envolvente doble.
Durante el funcionamiento se alimenta una
corriente de aerosol, con preferencia un material de cuerpo sólido
finamente distribuido, en un gas portador a través del tubo
interior 1 y de los taladros 70 a las toberas de pulverización 11 de
los inyectores individuales. Al mismo tiempo se alimenta la
corriente de gas impulsor a través de la región anular entre el tubo
interior 1 y el tubo exterior 2 a través de los taladros 4, la
cámara de distribución 51, los taladros 52 y las cámaras de
alimentación 10 de los inyectores individuales de tal forma que se
producen en el interior de los inyectores individuales una
turbulencia fuerte y una mezcla de la corriente de aerosol y de la
corriente de gas propulsor.
Las condiciones de funcionamiento típicas para la
corriente de gas impulsor, que está constituido con preferencia por
aire, son presiones de 0,5 a 5 bares, mientras que el aerosol, es
decir, las partículas o gotitas, se alimentan en un gas inerte o
aire comprimido, con preferencia con una presión de 0,2 a 3,0
bares, a la cabeza de toberas o bien a la cabeza de inyectores.
Durante este funcionamiento del inyector se consigue una
distribución muy uniforme del material de cuerpos sólidos,
especialmente del material de dotación de fósforo, por ejemplo
sobre un lecho de catalizador. La confluencia del aerosol y del gas
impulsor conduce a una atomización y distribución óptimas.
A continuación se explica la invención asó como
características individuales preferidas de ellas con la ayuda de
ejemplos.
Ejemplo 1 (ejemplo
comparativo)
Se colocó en un reactor de producción un lecho de
catalizador de plata de tres capas con un espesor total de capa de
2 cm. La capa inferior estaba constituida por cristales de plata
del tamaño de grano de 1 a 2,5 mm, la capa media estaba constituida
por cristales de plata del tamaño de grano de 0,75 a 1 mm, la capa
superior estaba constituida por cristales de plata del tamaño de
grano de 0,2 a 075 mm.
Se condujo a través de un lecho sólido de
catalizador de plata de partida, que había sido calentado a 340ºC,
una mezcla de gas, que estaba constituida por metano, agua y aire.
La cantidad fue elevada durante el periodo de activación de 2
horas, por hora, a 4,5 con respecto a metanol, 3,1 con respecto a
agua y 7,8 con respecto al aire (carga final). Al término del
periodo de activación, la temperatura en el lecho sólido era 680ºC.
Esta corriente cuantitativa se mantuvo constante durante todo el
tiempo del ensayo. A continuación, se pulverizaron con un inyector
convencional 180 mg de fósforo por m^{2} de área de la sección
transversal del lecho sólido del catalizador de plata activado en
forma de Na_{4}P_{2}O_{7} en polvo, siendo continuada la
alimentación de la mezcla de gas. El reactor fue accionado en
adelante en continuo y después de un periodo de espera de varias
horas se aplicaron otras cantidades de fósforo sobre el lecho
sólido del catalizador de plata dotado con fósforo.
Después de la quinta inyección de fósforo a
través de las toberas, se desactivó parcialmente el lecho de
catalizador, lo que se manifestó, entre otras cosas, en el
incremento del contenido de metanol en el producto final y en la
reducción del rendimiento del proceso.
El resultado de este ejemplo se resume a
continuación:
Resultado
1
Antes de la última inyección:
| Conversión: | 97,3% |
| Selectividad: | 92,6% |
| Rendimiento: | 90,1% |
| Metanol residual en el producto: | 3,2% (con respecto al 100% de formaldehído) |
Después de la última inyección:
| Conversión: | 93,0% |
| Selectividad: | 90,6% |
| Rendimiento: | 84,2% |
| Metanol residual en el producto: | 8,9% (con respecto al 100% de formaldehído) |
La desactivación del catalizador era visible
ópticamente por medio de una supervisión con cámara a través de un
lugar oscuro sobre la superficie del catalizador.
Se repitió el Ejemplo 1, pero se llevo a cabo la
alimentación de fósforo con un inyector según la presente
invención. El reactor fue accionado en continuo, y después de un
tiempo de espera de varias horas se aplicaron otras cantidades de
fósforo sobre el lecho sólido de catalizador de plata dotado con
fósforo. En total se inyectaron dentro de 49 días 112 veces fósforo,
sin que se desactivase el lecho de catalizador.
Resultado
El día 31 después de la absorción de la
inyección, después de 44 procesos de inyección:
| Conversión: | 97,3% |
| Selectividad: | 92,7% |
| Rendimiento: | 90,2% |
| Metanol residual en el producto: | 3,2% (con respecto al 100% de formaldehído) |
El día 36 después de la absorción de la
inyección, después de 56 procesos de inyección:
| Conversión: | 97,2% |
| Selectividad: | 92,9% |
| Rendimiento: | 90,3% |
| Metanol residual en el producto: | 3,3% (con respecto al 100% de formaldehído) |
Se repitió el Ejemplo 1, pero se pulverizaron con
el inyector según la invención 180 mg de fósforo por m^{2} del
lecho sólido de catalizador de plata activado en forma de una
solución acuosa al 2,0% en peso de Na_{4}P_{2}O_{7} sobre su
superficie, siendo continuada la alimentación de la mezcla de
gas.
En total se inyectaron dentro de 35 días 67 veces
fósforo, sin que se desactivase el catalizador.
Resultado
El día 11 después de la absorción de la
inyección, después de 18 procesos de inyección:
| Conversión: | 96,7% |
| Selectividad: | 93,2% |
| Rendimiento: | 90,1% |
| Metanol residual en el producto: | 3,9% (con respecto al 100% de formaldehído) |
Ejemplo 4 (ejemplo
comparativo)
Se repitió el Ejemplo 1, pero se pulverizaron con
un inyector convencional 270 mg de fósforo por m^{2} de área de
la sección transversal del lecho sólido de catalizador de plata
activado en forma de una solución acuosa al 0,3% en peso de
Na_{4}P_{2}O_{7} sobre su superficie, siendo continuada la
alimentación de la mezcla de gas.
En total, se inyectaron dentro de 30 días 16
veces fósforo, consiguiendo después de 10 inyecciones solamente
una conversión limitada. El deterioro de la conversión se pudo
corregir de nuevo a través de una reducción de la producción del
reactor, pero en cada inyección adicional nueva no fue posible ya
ninguna corrección, hasta después de la vez 16. A continuación se
resume este resultado negativo con el inyector convencional.
Resultado
4
Antes de la última inyección:
| Conversión: | 97,0% |
| Selectividad: | 92,4% |
| Rendimiento: | 89,5% |
| Metanol residual en el producto: | 3,6% (con respecto al 100% de formaldehído) |
Después de la última inyección:
| Conversión: | 71,2% |
| Selectividad: | 93,3% |
| Rendimiento: | 66,5% |
| Metanol residual en el producto: | 46,2% (con respecto al 100% de formaldehído). |
Claims (10)
1. Inyector adecuado para la distribución
uniforme de substancias sólidas o líquidos sobre superficies
grandes, que presenta al menos dos inyectores individuales que
presenta
- a)
- un tubo envolvente doble (1, 2) con un tubo interior (1) adecuado para la conducción de una mezcla de gas portador y partículas de substancia sólida o gotitas de agua, y con un tubo exterior (2), donde la región entre el tubo interior (1) y el tubo exterior (2) es adecuada para la conducción de un gas impulsor, y
- b)
- un cuerpo básico (5, 7) conectado herméticamente con los dos tubos (1, 2) del tubo envolvente doble, caracterizado porque presenta
- aa)
- orificios de comunicación (70), que forman una comunicación entre el interior del tubo interior (1) y una de las partes de conexión respectiva para el elemento de guía interior (11) de un inyector individual (8, 9, 10, 11), y
- bb)
- canales de comunicación (52), que forman una comunicación entre la región entre el tubo interior (1) y el tubo exterior (2) del tubo envolvente doble y un punto de unión respectivo para un elemento de guía exterior (8, 9), que rodea al elemento de guía interior (11), de un inyector individual (8, 9, 10, 11),
donde el cuerpo básico (5, 7) y los inyectores
individuales (8, 9, 10, 11) están configurados y dispuestos de tal
forma que una mezcla alimentada a través del tubo interior (1),
formada por gas portador y partículas de substancia sólida o gotitas
de líquido y un gas impulsor alimentado a través de la región entre
el tubo interior (1) y el tubo exterior (2) conducen a una
turbulencia del gas impulsor, del gas portador y de las partículas
de substancia sólida o bien de las gotitas de líquido y a una
propagación radial uniforme de la mezcla formada.
2. Inyector según la reivindicación 1,
caracterizado porque entre el cuerpo básico (5, 7) y el tubo
envolvente doble (1, 2) está presente un elemento de conexión (3),
donde el elemento de conexión presenta taladros (4) dispuestos en
forma de anillo para el transporte y distribución uniforme del gas
impulsor, que están dimensionados de tal forma que la pérdida de
presión durante la circulación de paso es un múltiplo menor que
durante la afluencia en la cámara de presión del inyector
individual (8, 9, 10, 11).
3. Inyector según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque en el cuerpo básico (5, 7) está
presente una cámara de distribución (51) de forma anular, que está
conectada con la región entre el tubo interior (1) y el tubo
exterior (2) del tubo envolvente doble y desde el que parten
canales de comunicación (52) hacia un punto de unión respectivo para
un elemento de guía exterior (8, 9) de un inyector individual (8,
9, 10, 11).
4. Inyector según una de las reivindicaciones 1 a
3, caracterizado porque de tres a ocho inyectores
individuales (8, 9, 10, 11) están conectados con el cuerpo básico
(5, 7) dispuestos en un polígono regular.
5. Inyector según una de las reivindicaciones 1 a
4, caracterizado porque los inyectores individuales (8, 9,
10, 11) están configurados como inyectores de toberas anulares de
dos substancias.
6. Inyector según una de las reivindicaciones 1 a
5, caracterizado porque el elemento de guía exterior (8, 9)
de los inyectores individuales está configurado y dispuesto de tal
forma que el gas impulsor, cuando entra en contacto con la mezcla de
gas portador y partículas de substancia sólida o gotitas de líquido
presenta una componente de circulación tangencial con respecto al
eje del inyector individual (8, 9, 10, 11) respectivo.
7. Inyector según una de las reivindicaciones 1 a
6, caracterizado porque los inyectores individuales (8, 9,
10, 11) están conectados en grupos sobre varios, especialmente dos,
planos de inyectores en el cuerpo básico (5, 7).
8. Inyector según una de las reivindicaciones 1 a
7, caracterizado porque la dirección de inyección central de
los inyectores individuales (8, 9, 10, 11) tiene una componente
tangencial con respecto al eje del tubo envolvente doble (1, 2).
9. Utilización del inyector según una de las
reivindicaciones 1 a 8 para la alimentación de una suspensión sobre
un lecho de catalizador.
\newpage
10. Utilización según la reivindicación 9,
caracterizada porque el inyector se emplea para la
alimentación de material promotor, especialmente material promotor
de fósforo, sobre un lecho de catalizador, especialmente un lecho
de catalizador de plata, en un reactor de formaldehído.
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|---|---|---|---|
| DE19741752 | 1997-09-22 | ||
| DE19741752A DE19741752A1 (de) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | Injektor und dessen Verwendung zum Besprühen von Katalysatorbetten |
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|---|---|
| ES2205350T3 true ES2205350T3 (es) | 2004-05-01 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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