ES2222420T3 - Procedimiento y dispositivo de carga de un catalizador. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo de carga de un catalizador.Info
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Abstract
Método de carga de material catalítico en partículas en un tubo reactor que comprende proporcionar un tubo de carga conectando un número de secciones de tubo que tienen un diámetro exterior más pequeño que el diámetro interior del tubo reactor, hasta una longitud de tubo final correspondiente a la longitud del tubo reactor; introducir en la parte superior del tubo de carga una cantidad de partículas de catalizador que deben cargarse en el tubo reactor, provocando que las partículas del catalizador pasen a través del tubo de carga en un movimiento amortiguado proporcionando medios de amortiguación dentro del tubo de carga; y retirar sucesivamente el tubo de carga del tubo reactor en una longitud correspondiente a la altura de carga de las partículas del catalizador cargadas en el tubo reactor, donde los medios de amortiguación están previstos por el montaje de un cuerpo formado en espiral sobre la pared interior de cada sección del tubo, estando formado el cuerpo configurado en espiral a partir de una varilla que tiene una sección transversal configurada de forma arbitraria y una dimensión máxima en cualquier dirección de la sección transversal de 1/25 -1/2 del diámetro de la sección del tubo, teniendo el cuerpo formado en espiral en cada sección un paso con respecto al diámetro de la sección del tubo, en el intervalo de 2-8.
Description
Procedimiento y dispositivo de carga de un
catalizador.
La invención se refiere a un método y un aparato
para cargar material en partículas en tubos de reactor. Más
particularmente, la invención se refiere a la carga de material
catalítico en partículas en tubos de reactor, tales como
reformadores de vapor tubular que se emplean en plantas de amoniaco,
hidrógeno y metanol.
La carga de material catalítico en partículas en
reactores tubulares se realiza convencionalmente utilizando el
método del calcetín. Con este método, un miembro similar a un
calcetín alargado de un material de plástico flexible es rellenado
con partículas catalíticas y es reducido en el tubo reactor con la
ayuda de una línea a la que se fija el calcetín. Después de alcanzar
el fondo del reactor, la línea es sacudida abriendo así el calcetín
y liberando las partículas dentro del reactor.
Cuando se utiliza este método, la carga irregular
y heterogénea del reactor da lugar a huecos debido al aplastamiento
de las partículas por la abertura prematura del calcetín o a la
formación de puentes por las partículas. La formación de huecos es
poco deseada puesto que conduce a distribución irregular de la
temperatura y variaciones en la caída de presión en el reactor. Los
huecos pueden ser eliminados parcialmente golpeando o martilleando
los lados del tubo del reactor, provocando que vibren las paredes
del reactor. No obstante, este proceso es de mano de obra intensa y
emplea mucho tiempo.
La patente de los Estados Unidos Nº 5.247.979,
que se incorpora aquí por referencia, describe un método para
rellenar material de partículas dentro de un tubo vertical que
utiliza una línea con un amortiguador en forma de una serie de
escobillas de amortiguación flexibles dispuestas transversales a la
línea. La línea con escobillas de amortiguación es reducida en
primer lugar dentro del tubo vertical, y después, las partículas
son vertidas en el tubo. Se indica que, se alcanza un relleno
rápido, uniforme y reproducible si la línea es sacudida un poco
durante la operación de llenado, mientras que se eleva
simultáneamente y de forma gradual a medida que se llena el
tubo.
No obstante, este método tiene varios
inconvenientes. La distancia de caída de las partículas desde las
escobillas hasta el fondo del tubo no está bajo control, y las
partículas también pueden inclinarse en forma de cuña entre las
escobillas y las paredes del tubo, haciendo el aparato inmóvil en el
tubo. La distancia radial de las escobillas desde la línea hasta
las paredes del tubo tiene que corresponderse con el diámetro del
tubo, lo que significa que cada tubo específico requiere su propia
línea con escobillas.
Los inconvenientes mencionados y otros asociados
con los varios métodos se resuelven por el método y el aparato de
la invención, como se hará evidente a continuación.
Por tanto, un objeto de la invención es
proporcionar un método y un aparato para llenar de material
catalítico en partículas los tubos reactores, tales como
reformadores de vapor tubulares para asegurar una alta densidad
catalítica, reduciendo al mínimo los huecos y la formación de
puentes de las partículas catalíticas.
También es un objeto de la invención proporcionar
un aparato de carga aplicable a todos los tipos y tamaños de
catalizadores comunes que dan lugar a densidades de carga óptimas
tanto con diámetros de tubo estrecho como ancho.
Un objeto adicional es proporcionar un método de
carga que está muy automatizado, y, por tanto, reduce la
posibilidad de errores humanos, y riesgo de recarga de los tubos
del reactor.
Finalmente, un objeto de la invención es
proporcionar un aparato por el que se obtenga una caída de presión
uniforme y flujo uniforme a través de los tubos reactores, por
ejemplo, reformadores, dando lugar a una tendencia reducida a la
formación de puntos calientes y una vida más larga del tubo.
Los objetos anteriores son alcanzados por la
invención, que proporciona un método de carga de material
catalítico en partículas dentro de un tubo reactor, comprendiendo
proporcionar un tubo de carga conectando un número de secciones de
tubo que tienen un diámetro exterior más pequeño que el diámetro
interior del tubo reactor, para una longitud de tubo final
correspondiente a la longitud del tubo reactor; introduciendo en la
parte superior del tubo de carga una cantidad de las partículas de
catalizador que deben cargarse dentro del tubo reactor, provocando
que las partículas del catalizador pasen a través del tubo de carga
en un movimiento amortiguado, proporcionando medios de amortiguación
dentro del tubo de carga; y retirando sucesivamente el tubo de carga
desde el tubo reactor en una longitud correspondiente a la altura
de carga de las partículas del catalizador cargadas dentro del tubo
reactor, donde los medios de amortiguación están previstos por el
montaje de un cuerpo formado en espiral sobre la pared interior de
cada sección de tubo, estando formado el cuerpo en espiral a partir
de una varilla que tiene una sección transversal configurada de
forma arbitraria y una dimensión máxima en cualquier dirección de la
sección transversal de 1/25 - 1/2 del diámetro de la sección del
tubo, teniendo el cuerpo formado en espiral en cada sección un paso
con respecto al diámetro de la sección del tubo, en el intervalo de
2-8.
La invención proporciona adicionalmente un
aparato de carga que es útil en el método de carga anterior.
El aparato de carga de acuerdo con la invención
comprende un tubo de carga que tiene un diámetro de tubo para
ajustarse dentro de un tubo reactor; estando adaptada una parte
superior del tubo de carga a una unidad de embudo y estando provista
una parte inferior del tubo de carga con medios de elevación para
la retirada del tubo de carga desde el tubo reactor; constando el
tubo de carga de secciones de tubo separadas que está provista cada
una con medios de conexión adaptados para ser montados al tubo de
carga cuando se conectan entre sí; estando provista al menos una de
las secciones del tubo con medios de amortiguación para desacelerar
la velocidad de las partículas de catalizador que pasan a través del
tubo de carga, donde los medios de amortiguación están previstos
por el montaje de un cuerpo formado en espiral sobre la pared
interior de cada sección del tubo, estando formado el cuerpo en
espiral a partir de una varilla que tiene una sección trasversal
configurada de forma arbitraria y una dimensión máxima en cualquier
dirección de la sección transversal de 1/25 y -1/2 del diámetro de
la sección del tubo, teniendo en cada sección el cuerpo formado en
espiral un paso, con respecto al diámetro de la sección del tubo, en
el intervalo de 2-8.
Como se describe anteriormente, el aparato de
carga consta de un número de secciones de tubo. Las secciones de
tubo pueden montarse e insertarse en un tubo reactor, tal como un
reformador tubular para formar un tubo de carga largo. En una forma
de realización específica de la invención, cada una de las secciones
está provista con un amortiguador en forma de un cuerpo formado en
espiral fijado a la pared interior de la sección del tubo.
Los medios de conexión utilizados para montar las
secciones de tubo separadas al tubo de carga final están
preferentemente en forma de un miembro deslizante dispuesto sobre
la pared exterior de un extremo de una sección de tubo. Los
extremos de las secciones de tubo están provistos típicamente con
muescas que se ajustan una dentro de otra de una manera
interbloqueada.
Cuando las partículas de catalizador se cargan a
través del tubo de carga, se reduce la velocidad de las partículas
de catalizador a medida que el catalizador desciende en un
movimiento espiral sobre el cuerpo formado en espiral. El
movimiento helicoidal fuerza las partículas para alinearlas a lo
largo de la espiral asegurando que las partículas llegan una por una
y no en montones. En el fondo del tubo de carga, las partículas del
catalizador tienen la misma velocidad, y caen a una distancia
corta, predefinida. El resultado es carga densa uniforme sin
formación de puentes, huecos o partículas catalíticas rotas.
La figura 1 muestra un aparato de acuerdo con una
forma de realización específica de la invención aplicada en un
sistema listo para la carga de material de catalizador en
partículas dentro de un tubo reactor.
La figura 2 muestra una forma de realización de
la invención con un cuerpo formado en espiral fijado a la
superficie interna del tubo.
La figura 3 muestra ejemplos de diseños de las
muescas de interbloqueo.
Con el método de acuerdo con la invención, se
elimina el riesgo de aplastamiento de las partículas de catalizador
caídas desde una altura muy alta. Un equipo técnico de carga será
capaz también de realizar el trabajo de carga significativamente más
rápido que con la carga convencional utilizando, por ejemplo, el
método del calcetín.
Se obtiene una densidad de carga uniforme alta
por el método sin martilleo sobre los tubos del reactor.
Se obtiene también una caída de presión uniforme
y, por tanto, flujo uniforme a través de los tubos de reactor. El
resultado es una tendencia reducida a la formación de punto
caliente y a una vida útil más larga del tubo.
El aparato de la invención consta de un número de
secciones de tubo dimensionadas de igual modo con un cuerpo formado
en espiral fijado sobre las paredes interiores. Las secciones de
tubo pueden estar conectadas e insertadas en los tubos del
reformador para formar un tubo de carga largo, como es evidente a
partir de la siguiente descripción con referencia a los dibujos.
Con el fin de controlar la cantidad de
catalizadores que entran en el tubo de carga, se fija un sistema de
embudo 2 (Figura 1). El sistema 2 vibra eléctricamente por un
vibrador. Las partículas del catalizador que son cargadas en el
embudo 2 son introducidas continuamente dentro del tubo superior 12
a través de la salida del embudo 6 y deslizando el tubo 8 montado.
El sistema de embudo 2, cuando está preparado para la carga está
dispuesto sobre la parte superior del tubo 12, de manera que el tubo
deslizante 8 se ajusta dentro del tubo superior 12 deslizando el
sistema sobre la barra deslizante 10.
El sistema de embudo asegura la misma velocidad
de carga alta en todo momento durante la operación de carga.
El tubo de carga de acuerdo con la invención está
montado por un número de secciones de tubo 24 (figura 2). Cada
sección está, en una forma de realización especifica de la
invención, provista con un cuerpo formado en espiral 26 como un
amortiguador dispuesto sobre la pared interior de la sección de tubo
24.
Las secciones de tubo 24 están montadas
conectando un número de secciones a una longitud final requerida
del tubo. Los extremos de las secciones del tubo 24 están
configurados de manera que el extremo de una sección del tubo se
ajusta dentro de la siguiente sección del tubo como los componentes
de un puzzle de plantilla en forma de sierra, formando las muescas
de interbloqueo 28 (a) y (b). Cuando se conectan de esta manera,
donde las secciones de tubo tienen ejes de tubo coincidentes, las
secciones de tubo serán bloqueadas en direcciones tanto axiales
como giratorias unas con respecto a otras.
Las muescas de interbloqueo 28 pueden tener
varios diseños como se ejemplifica en la figura 3.
Para fijar los ejes del tubo coincidentes, un
miembro deslizante circundante exterior 30 con un diámetro interior
ligeramente más grande que el diámetro exterior de la sección de
tubo, se coloca en el área de la conexión. El miembro deslizante 30
puede formarse como un tubo de pared fina que ocupa el mínimo
espacio fuera de la sección del tubo 24 y ningún espacio dentro de
la sección del tubo. Los medios de conexión son, por tanto, muy
compactos.
Los medios de amortiguación en el tubo de carga
están previstos por el montaje de un cuerpo formado en espiral 26
sobre la pared interior de cada sección de tubo 24. El cuerpo
formado en espiral 26 está formado como una varilla que tiene una
sección transversal arbitraria. La varilla está en contacto con la
superficie interior de cada sección de tubo 24 y se forma como una
espiral, haciendo un giro completo sobre una longitud de tubo igual
a 2-8 veces el diámetro de la sección del tubo. El
paso es, como consecuencia, 2-8.
La varilla tiene una dimensión máxima en
cualquier dirección de su sección transversal de 1/25 -1/2 del
diámetro de la sección del tubo.
La varilla puede ser, por ejemplo, de metal o
plástico. No obstante, pueden utilizarse otros materiales que
pueden configurarse como una espiral.
Cuando el catalizador es cargado a través del
tubo de carga, se reducirá la velocidad de las partículas del
catalizador, puesto que el catalizador pasará hacia abajo a través
del tubo de carga sobre el cuerpo formado en espiral.
Adicionalmente, el embudo vibrado, la restricción del flujo sobre el
embudo y el propio cuerpo formado en espiral asegurarán que las
partículas llegan de forma individual y no en grumos en el fondo
del reactor.
Las partículas entran en el tubo de carga con un
componente de velocidad horizontal. Esto previene que las
partículas caigan libremente dentro del tubo de carga. Si por
casualidad las partículas entran en montones, las partículas que no
caen inicialmente en el cuerpo formado en espiral se ponen en
contacto con los lados de la sección del tubo hasta que caen
finalmente sobre el cuerpo formado en espiral y continúan en un
movimiento espiral. El tubo de carga de la invención asegura, por
tanto, un efecto de frenado, no destructivo, constante sobre las
partículas.
En el fondo del tubo de carga, las partículas del
catalizador tendrán todas de este modo la misma velocidad y caerán
una por una a una distancia corta, predefinida. El resultado es la
carga densa, uniforme sin destrucción de las partículas del
catalizador.
La cantidad medida del material en partículas que
debe cargarse se corresponde con un volumen específico, que es
proporcional al área en sección, por ejemplo, del reformador
tubular multiplicado por la altura del tubo de carga. Este cálculo
permite el control adicional del proceso de carga.
Claims (5)
1. Método de carga de material catalítico en
partículas en un tubo reactor que comprende
proporcionar un tubo de carga conectando un
número de secciones de tubo que tienen un diámetro exterior más
pequeño que el diámetro interior del tubo reactor, hasta una
longitud de tubo final correspondiente a la longitud del tubo
reactor;
introducir en la parte superior del tubo de carga
una cantidad de partículas de catalizador que deben cargarse en el
tubo reactor, provocando que las partículas del catalizador pasen a
través del tubo de carga en un movimiento amortiguado proporcionando
medios de amortiguación dentro del tubo de carga; y
retirar sucesivamente el tubo de carga del tubo
reactor en una longitud correspondiente a la altura de carga de las
partículas del catalizador cargadas en el tubo reactor,
donde los medios de amortiguación están previstos
por el montaje de un cuerpo formado en espiral sobre la pared
interior de cada sección del tubo, estando formado el cuerpo
configurado en espiral a partir de una varilla que tiene una
sección transversal configurada de forma arbitraria y una dimensión
máxima en cualquier dirección de la sección transversal de 1/25 -1/2
del diámetro de la sección del tubo,
teniendo el cuerpo formado en espiral en cada
sección un paso con respecto al diámetro de la sección del tubo, en
el intervalo de 2-8.
2. Un aparato de carga para uso en un método de
carga de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende
un tubo de carga que tiene un diámetro de tubo
para ajustarse en un tubo reactor;
una parte superior del tubo de carga que está
adaptada para conectarse con una unidad de embudo y una parte
inferior del tubo de carga que está provista con medios de
elevación para la retirada del tubo de carga desde el tubo
reactor;
constando el tubo de carga de secciones de tubo
separadas, provista cada una con medios de conexión adaptados para
montarse al tubo de carga cuando se conectan entre sí;
estando provista al menos una de las secciones
del tubo con medios de amortiguación para decelerar la velocidad de
las partículas del catalizador que pasan a través del tubo de
carga;
donde los medios de amortiguación están previstos
por el montaje de un cuerpo formado en espiral sobre la pared
interior de cada sección del tubo, estando formado el cuerpo
configurado en espiral a partir de una varilla que tiene una
sección transversal configurada de forma arbitraria y una dimensión
máxima en cualquier dirección de la sección transversal de 1/25
-1/2 del diámetro de la sección del tubo,
teniendo el cuerpo formado en espiral en cada
sección un paso con respecto al diámetro de la sección del tubo, en
el intervalo de 2-8.
3. Aparato de carga de acuerdo con la
reivindicación 2, donde los medios para conectar las secciones de
tubo comprenden muescas de interbloqueo en los extremos de las
secciones del tubo abarcadas por el miembro deslizante exterior.
4. Aparato de carga de acuerdo con las
reivindicaciones 2 y 3, donde el área en sección transversal del
cuerpo formado en espiral es rectangular, circular o cuadrada.
5. Aparato de carga de acuerdo con las
reivindicaciones 2-4, donde la unidad de embudo es
mecanizada con la ayuda de un vibrador.
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