ES2219916T3 - Reactor para la conversion catalitica de medios de reaccion, especialmente medios de reaccion gaseosos. - Google Patents

Reactor para la conversion catalitica de medios de reaccion, especialmente medios de reaccion gaseosos.

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ES2219916T3 ES98952699T ES98952699T ES2219916T3 ES 2219916 T3 ES2219916 T3 ES 2219916T3 ES 98952699 T ES98952699 T ES 98952699T ES 98952699 T ES98952699 T ES 98952699T ES 2219916 T3 ES2219916 T3 ES 2219916T3
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Abstract

SE DESCRIBE UN REACTOR (1) PARA LA REACCION CATALITICA DE MEDIOS DE REACCION GASEOSOS, QUE TIENE UN TERMOINTERCAMBIADOR DE PLACA (2) PARA REFRIGERAR EL CONVERTIDOR CATALITICO (3) EN UN RECIPIENTE DEL REACTOR (4). LAS PLACAS DE TERMOINTERCAMBIO (5) SE ENCUENTRAN DISPUESTAS EN EL RECIPIENTE DEL REACTOR. ENTRE LAS PLACAS DE INTERCAMBIO TERMICO (5) SE ENCUENTRA SITUADO UN CONVERTIDOR CATALITICO (3). LAS PLACAS PARA EL TERMOINTERCAMBIO ESTAN DISEÑADAS COMO CHAPAS METALICAS TERMICAS (5), DISPUESTAS SOBRE UNA PANTALLA EN EL FONDO (10). MIENTRAS EL MEDIO DE REACCION FLUYE A TRAVES DEL CONVERTIDOR CATALITICO DERECHO SOLIDO, UN MEDIO DE REFRIGERACION O CALENTAMIENTO FLUYE EN DIRECCION OPUESTA, A TRAVES DE LAS CHAPAS TERMICAS. EL FONDO (9) Y/O LA TAPA (7) DEL RECIPIENTE SE PUEDEN UNIR DE FORMA DESMSONTABLE A LA ENVOLTURA DEL RECIPIENTE.

Description

Reactor para la conversión catalítica de medios de reacción, especialmente medios de reacción gaseosos.
La invención concierne a un reactor para la conversión catalítica de medios de reacción, especialmente medios de reacción gaseosos, con un intercambiador de calor de placas para enfriar un catalizador en un recipiente de reactor, estando yuxtapuestas algunas placas del intercambiador de calor en el recipiente del reactor a una distancia prefijada de una a otra y estando dispuesto entre las placas del intercambiador de calor el catalizador recorrido por el medio de reacción correspondiente de tal manera que se forma un lecho fijo, con una alimentación de refrigerante en la zona del techo del recipiente y una evacuación del refrigerante en la zona del fondo del recipiente.
En la técnica de reacciones químicas es conocida la utilización de reactores con cuya ayuda tiene lugar, por ejemplo, la conversión catalíticas de medios de reacción líquidos o gaseosos. En el curso de tal conversión se tiene que evacuar una parte considerable del calor de reacción. La evacuación del calor puede efectuarse por medio de un intercambio de calor directo. Así, por ejemplo, el enfriamiento directo con refrigerantes líquidos es un método de refrigeración frecuentemente empleado en reacciones exotermas en fase gaseosa que deben desarrollarse de forma isoterma. En efecto, durante la refrigeración con refrigerantes líquidos pueden tomarse en consideración superficies de transmisión de calor suficientemente grandes, mientras que los refrigerantes líquidos son especialmente adecuados, a causa de su gran capacidad calorífica, para mantener las temperaturas bajo control, aun cuando incluso en un denominado funcionamiento de combustión tiene que quedar garantizada una evacuación de energía suficiente.
Se conocen como reactores aparatos de haces de tubos en los que el catalizador está dispuesto en los tubos o por fuera de los tubos en el espacio de la envolvente. Cuanto mayor sea la cantidad de calor transpuesta durante la reacción y cuanto más alta sean las exigencias impuestas a la uniformidad de la distribución de la temperatura, tanto más pequeño tiene que ser el diámetro de los tubos cuando el catalizador está alojado en los tubos, y tanto más reducida tiene que ser la distancia entre los tubos cuando el catalizador está dispuesto por fuera de los tubos. Por tanto, es problemático el diseño de tales aparatos de haces de tubos. Esto rige también para la carga y el cambio del catalizador.
Se conoce también un reactor de la forma de ejecución descrita al principio en el que las placas del intercambiador de calor limitan, por un lado, espacios intermedios para la conducción de refrigerante y, por otro lado, espacios intermedios para la recepción del catalizador, concretamente en secuencia alternante. En esta forma de ejecución conocida una pluralidad de paquetes de placas están dispuestos en orientación vertical, por decirlo así a la manera de raspa de pescado o en forma de línea ondulada. Esto no sólo es relativamente complicado en el aspecto de la construcción, sino que también es desventajoso en el aspecto reotécnico. A esto se añade el que este reactor conocido trabaja por el procedimiento de corrientes cruzadas, ya que el refrigerante es conducido verticalmente y el reaccionante es conducido horizontalmente. Siempre que tenga alimentarse calor y no tenga que evacuarse éste, se puede utilizar también un medio de calentamiento en lugar del medio de refrigeración (véase PCT WO 95/01834).
La invención se basa en el problema de crear un reactor para la conversión catalítica de medios de reacción, especialmente medios de reacción gaseosos, de la forma de ejecución descrita al principio, que se caracterice por una estructura sencilla y especialmente ajustada a su función en el aspecto técnico del manejo y el aspecto reotécnico, junto con un rendimiento óptimo.
La invención resuelve este problema por medio de un reactor para la conversión catalítica de medios de reacción, especialmente medios de reacción gaseosos, con un intercambiador de calor de placas para enfriar un catalizador en un recipiente de reactor, estando yuxtapuestas algunas placas del intercambiador de calor en el recipiente del reactor a una distancia prefijada de una a otra y estando dispuesto entre las placas del intercambiador de calor el catalizador recorrido por el medio de reacción correspondiente de tal manera que se forme un lecho fijo, con una alimentación del medio de refrigeración en la zona del techo del recipiente y una evacuación del medio de refrigeración en la zona del fondo del recipiente,
en donde las placas del intercambiador de calor están constituidas por termochapas recorridas por el medio de refrigeración, las cuales consisten en al menos dos placas de chapa que están soldadas una con otra en puntos prefijados formando canales de flujo elípticos,
en donde el intercambiador de calor de placas constituido por las termochapas está adaptado a la pared interior del recipiente y asentado sobre un fondo tipo tamiz,
en donde el fondo tipo tamiz presenta una anchura de malla que es menor que el tamaño de grano de los catalizadores, y
en donde, en la zona del fondo de recipiente, está prevista una alimentación del medio de reacción y en la zona del techo del recipiente está prevista una evacuación del medio de reacción, y el medio de reacción correspondiente es conducido en contracorriente con el medio de refrigeración. En el marco de la invención se puede trabajar también con un medio de calentamiento en lugar del medio de refrigeración cuando en la reacción catalítica no tenga que evacuarse calor, sino que tenga aportarse éste. Se consigue siempre un control impecable de la temperatura a lo largo del trayecto de reacción. En efecto, las termochapas consisten en al menos dos placas de chapa de acero inoxidable que están soldadas una a otra en puntos prefijados y están conformadas de tal manera que, constituyendo por así decirlo un cojín, se originan canales de flujo elípticos que, a consecuencia de la configuración en forma de cojín, aumentan la turbulencia del flujo y, por tanto, conducen a excelentes condiciones de transmisión del calor. En estos canales de flujo circula el medio de refrigeración o eventualmente también el medio de calentamiento. Tales termochapas son autoportantes y hacen posible la materialización de un intercambiador de calor compacto con gran densidad de superficie de calentamiento sin zonas muertas para el flujo, siendo posible sin dificultad una adaptación a las condiciones de espacio de montaje y, en consecuencia, a la pared interior del recipiente del reactor. Dado que las termochapas no sólo asumen la función de las placas del intercambiador de calor, sino que forman también los canales de flujo necesarios para el medio de refrigeración (eventualmente el medio de calentamiento), se puede trabajar, en el procedimiento según la invención, conforme al procedimiento de contracorriente, sobre todo porque el catalizador del hecho fijo se encuentra en los espacios intermedios entre las placas del intercambiador de calor o las termochapas. En conjunto, se obtiene una forma de construcción sencilla y, no obstante, ajustada a su función y ventajosa en el aspecto reotécnico, que se caracteriza por un rendimiento óptimo. Estos efectos técnicos se optimizan aún haciendo que, según una forma de ejecución preferida de la invención, las termochapas estén configuradas como chapas de superficie sustancialmente recta - con excepción de las formaciones de cojín - y estén dispuestas en línea recta en orientación vertical sobre el fondo tipo tamiz del recipiente del reactor. Se materializa así una forma de ejecución especialmente ventajosa en el aspecto reotécnico, ya que no es necesario una desviación del medio de refrigeración (eventualmente del medio de calentamiento) ni del medio de reacción a lo largo del trayecto de reacción.
Se exponen seguidamente otras características esenciales de la invención. Así, la invención prevé que el fondo del recipiente y/o el techo del recipiente estén unidos de forma soldable con la envolvente del recipiente del reactor y que el fondo tipo tamiz junto con el intercambiador de calor de placas constituido por las termochapas y el catalizador pueda ser retirado del recipiente del reactor. De esta manera, se facilitan considerablemente tanto la carga como el cambio del catalizador, pudiendo consistir el techo soltable del recipiente en una campana de recipiente. Asimismo, la invención recomienda que las termochapas estén ensambladas formando uno o varios paquetes de chapas, de modo que se materialice una forma de construcción especialmente ventajosa en el aspecto técnico del montaje y de la adaptación. Preferiblemente, la altura de llenado del catalizador entre las termochapas está 15 cm a 20 cm por debajo del canto superior del intercambiador de calor de placas, de modo que quedan garantizados trayectos de reacción sin rebosamiento.
En lo que se sigue se explica la invención con más detalle haciendo referencia a un dibujo que representa solamente un ejemplo de ejecución; muestran:
La figura 1, una sección vertical esquemática a través de un reactor según la invención,
La figura 2, una sección horizontal esquemática a través del objeto según la figura 1 y
La figura 3, en forma fragmentaria, una termochapa en representación esquemática.
En las figuras se representa un reactor 1 para la conversión catalítica de medios de reacción, especialmente medios de reacción gaseosos. Este reactor 1 presenta un intercambiador de calor de placas 2 para enfriar un catalizador 3 en un recipiente de reactor 4. En el recipiente 4 del reactor están yuxtapuestas placas 5 del intercambiador de calor a una distancia prefijada de una a otra. Entre las placas 5 del intercambiador de calor está dispuesto, formando un lecho fijo, el catalizador 3 recorrido por el medio de reacción correspondiente. Asimismo, están previstas una alimentación 6 del medio de refrigeración en la zona del techo 7 del recipiente y una evacuación 8 del medio de refrigeración en la zona del fondo 9 del recipiente.
Las placas del intercambiador de calor están construidas como termochapas 5 recorridas por el medio de refrigeración. El intercambiador de calor de placas 2 constituido por las termochapas 5 está adaptado a la pared interior del recipiente y asentado sobre un fondo 10 tipo tamiz. El fondo 10 tipo tamiz presenta una anchura de malla que es menor que el tamaño de grano del catalizador 3, el cual puede consistir en bolas, cilindros o piezas prensadas similares. En la zona del fondo 9 del recipiente está prevista una alimentación 11 del medio de reacción y en la zona del techo 7 del recipiente está prevista una evacuación 12 del medio de reacción. El respectivo medio de reacción es conducido en contracorriente con el medio de refrigeración. Esto está indicado por flechas. Este procedimiento de contracorriente se puede materializar en principio también cuando el medio de reacción entre por arriba en el recipiente 4 del reactor y salga por debajo de dicho recipiente 4 del reactor, y recíprocamente el medio de refrigeración entre por abajo en el recipiente 4 del reactor y salga por arriba de dicho recipiente 4 del reactor.
El fondo 9 del reactor y/o el techo 7 del reactor, el cual consiste preferiblemente en una campana, están unidos de forma soltable con la envolvente del recipiente 4 del reactor. El fondo 10 tipo tamiz puede ser retirado del recipiente 4 del reactor junto con el intercambiador de calor de placas 2 y el catalizador 3.
Las termochapas 5 están construidas como chapas de superficie sustancialmente recta, soldadas por puntos, con conformaciones 13 a manera de cojín y canales de flujo elípticos 14 y están dispuestas en línea recta en orientación vertical sobre el fondo de tamiz. De este modo, se optimizan las condiciones de flujo para, por un lado, el medio de reacción y, por otro lado, el medio de refrigeración, ya que se prescinde aquí de desviaciones que dificulten el flujo del medio de reacción y del medio de refrigeración. Las termochapas 5 pueden estar ensambladas formando uno o más paquetes de placas. La altura de llenado del catalizador 3 entre las termochapas está en 15 cm a 20 cm por debajo del canto superior del intercambiador de calor de placas 2 o de sus termochapas 5.
En el marco de la invención la alimentación 11 del medio de reacción puede encontrarse también en la zona del techo 7 del recipiente y la evacuación 12 del medio de reacción puede encontrarse en la zona del fondo 9 del recipiente.

Claims (5)

1. Reactor para la conversión catalítica de medios de reacción, especialmente medios de reacción gaseosos, con un intercambiador de calor de placas (2) para enfriar un catalizador (3) en un recipiente de reactor (4), estando yuxtapuestas algunas placas (5) del intercambiador de calor en el recipiente (4) del reactor con una distancia prefijada de una a otra y estando dispuesto entre las placas (5) del intercambiador de calor, con formación de un lecho fijo, el catalizador (3) recorrido por el medio de reacción correspondiente, con una alimentación (6) del medio de refrigeración en la zona del techo (7) del recipiente y con una evacuación (8) del medio de refrigeración en la zona del fondo (9) del recipiente,
en donde las placas (5) del intercambiador de calor están construidas como termochapas (5) recorridas por el medio de refrigeración que están constituidas por al menos dos placas de chapas que están soldadas una con otra en puntos prefijados formando canales de flujo elípticos,
en donde el intercambiador de calor de placas (2) constituido por las termochapas (5) está adaptado a la pared interior del recipiente y asentado sobre un fondo (10) tipo tamiz,
en donde el fondo (10) tipo tamiz presenta una anchura de malla que es menor que el tamaño de grano de los catalizadores, y
en donde están previstas una alimentación (11) del medio de reacción en la zona del fondo (9) del recipiente y una evacuación (12) del medio de reacción en la zona del techo (7) del recipiente y el respectivo medio de reacción es conducido en contracorriente con el medio de refrigeración.
2. Reactor según la reivindicación 1, caracterizado porque el fondo (9) del recipiente y/o el techo (7) del recipiente están unidos de forma soltable con la envolvente del recipiente (4) del reactor y el fondo (10) tipo tamiz junto con el intercambiador de calor de placas (2) y el catalizador (6) puede ser retirado del recipiente (4) del reactor.
3. Reactor según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las termochapas (5) están construidas como chapas de superficie sustancialmente recta y están dispuestas en línea recta con orientación vertical sobre el fondo (10) tipo tamiz.
4. Reactor según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las termochapas (5) están ensambladas formando uno o varios paquetes de placas.
5. Reactor según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la altura de llenado del catalizador (3) entre las termochapas (5) está 15 cm a 20 cm por debajo del canto superior del intercambiador de calor de placas (2) o de sus termochapas (5).
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