ES2233663T3 - Aparato y metodo para produccion de formaldehido. - Google Patents

Abstract

Método para la producción de formaldehído mediante la oxidación catalítica de metanol, que comprende las etapas de: - alimentar, a un primer lecho (2) catalítico de oxidación, un flujo gaseoso que comprende metanol y oxígeno a una velocidad de flujo lineal que lo atraviesa predeterminada, obteniendo a la salida de dicho primer lecho (2) catalítico un flujo de productos de reacción gaseosos que comprende metanol sin reaccionar; - alimentar dicho flujo de productos gaseosos a un segundo lecho (6) catalítico de oxidación; caracterizado porque el flujo de productos de reacción gaseosos que comprende metanol sin reaccionar se alimenta a dicho segundo lecho (6) catalítico con una velocidad de flujo lineal que lo atraviesa sustancialmente igual a dicha velocidad de flujo predeterminada de la alimentación del primer lecho (2) catalítico.

Description

Aparato y método para producción de formaldehído.

En su aspecto general, la presente invención se refiere a un método para la producción a escala industrial de formaldehído.

Específicamente, la invención se refiere a un método de la clase mencionada anteriormente para la producción de formaldehído mediante la oxidación catalítica de metanol.

Más en particular, tal método para la producción de formaldehído mediante la oxidación catalítica de metanol comprende dos etapas.

La primera etapa se refiere a la alimentación, a un primer lecho catalítico de oxidación, de un flujo de gas que comprende metanol y oxígeno a una velocidad de flujo de alimentación predeterminada.

Tras dicha oxidación, se obtiene un flujo de productos de reacción gaseosos, a la salida del primer lecho catalítico, que también comprende metanol sin reaccionar.

La segunda etapa se refiere a la alimentación del flujo de productos gaseosos a un segundo lecho catalítico de oxidación.

Técnica anterior

Se conoce bien que la reacción de oxidación de metanol para dar formaldehído se lleva a cabo alimentando, a una velocidad de flujo predeterminada, un flujo de reactivos gaseosos que comprende oxígeno y metanol en un lecho catalítico.

Tal velocidad de flujo predeterminada permite obtener la conversión parcial de los reactivos en productos, según los tiempos de residencia, la temperatura y la naturaleza del catalizador del lecho catalítico.

Debe considerarse que la reacción de metanol para dar formaldehído es exotérmica, por tanto, se libera calor según avanza la reacción.

Como la reacción es catalítica, la misma se lleva a cabo en el lecho catalítico mencionado anteriormente, siendo dicho lecho del tipo pseudo-isotérmico.

La expresión "lecho catalítico pseudo-isotérmico" pretende indicar un lecho catalítico en el que se mantiene la temperatura dentro de un intervalo relativamente estrecho de valores, por medio de la eliminación de calor a través de una superficie de intercambio de calor.

Tal lecho catalítico se compone de tubos, dentro de los cuales se introduce el catalizador, estando dispuestos tales tubos paralelos entre sí y reuniéndose en un haz de tubos.

Los tubos llenos con el catalizador son atravesados por los reactivos gaseosos y están recubiertos externamente por un fluido destinado a la eliminación continua de calor, que de todos modos no es lo suficientemente grande para que tenga lugar una reacción eficaz en condiciones isotérmicas.

Junto a la eliminación continua de calor, de hecho es gracias a la adecuada velocidad de flujo lineal predeterminada de tales reactivos en los tubos que es posible llevar cabo dicha reacción en condiciones pseudo-isotérmicas, tratando de evitar la formación incontrolada de óxidos de carbono y otros subproductos, que son perjudiciales para el formaldehído.

Por tal motivo, los reactivos gaseosos se hacen fluir en tal haz de tubos a una velocidad de flujo lineal que lo atraviesa predeterminada, según el tiempo de residencia requerido.

La expresión "tiempo de residencia" pretende indicar el tiempo mínimo requerido por el flujo de gas para atravesar el lecho catalítico, que es necesario para obtener el rendimiento de conversión de la reacción deseado. El término "velocidad de flujo lineal que lo atraviesa" pretende indicar la velocidad de flujo de los reactivos medida a lo largo de una única dirección que lo atraviesa con respecto al lecho catalítico, con referencia a las bien definidas condiciones de temperatura y presión del gas.

Un inconveniente que se encuentra inicialmente cuando se lleva a cabo tal oxidación, es la presencia en los productos de reacción gaseosos de metanol sin reaccionar, específicamente indeseado para algunas aplicaciones del formaldehído.

Con el fin de reducir la cantidad de tal metanol sin reaccionar, la patente británica UK 1 463 174 propuso llevar a cabo una segunda etapa de oxidación catalítica del propio metanol.

Para tal oxidación adicional, aguas abajo del primer lecho, se utiliza un segundo lecho catalítico al que se alimentan los productos de reacción gaseosos a una velocidad de flujo reducida (0,5 - 0,25 veces) con respecto a la velocidad de flujo de la alimentación del primer lecho catalítico.

Tal reducción de la velocidad de flujo se obtiene mediante una sección transversal mayor del segundo lecho con respecto al primer lecho catalítico.

Más adelante, en tal segundo lecho no tiene lugar la eliminación de calor, de modo que éste funciona de manera adiabática.

Como no se elimina calor, el calor adicional producido en virtud de esta segunda oxidación produce un aumento adicional de la temperatura en tal lecho, aumento que necesita mantenerse dentro de límites estrechos con el fin de no dañar el propio catalizador, haciendo posible seguir tal procedimiento sólo en presencia de una concentración baja de metanol.

De hecho, la expresión "puntos calientes" se utiliza para indicar que el fenómeno del aumento de temperatura no homogéneo implica al primer lecho catalítico que se refiere sólo a partes limitadas del lecho catalítico.

La mayor amplitud de la sección produce una disminución de la velocidad de flujo lineal que lo atraviesa entre el primer y segundo lecho, lo que aumenta el tiempo de residencia de los productos dentro del lecho catalítico.

Esto es desventajoso para los fines del control de la temperatura, de la finalización de la reacción y de la vida del catalizador.

Algunas veces, más adelante, el gas que sale de los tubos del reactor en los que se produce la primera oxidación, tiene sustancialmente una no homogeneidad con respecto a la velocidad de flujo y la temperatura de una zona a otra, provocando en el segundo lecho fenómenos de "puntos calientes" localizados.

Por tanto, como con el procedimiento mencionado anteriormente no es posible controlar de manera crítica la temperatura dentro del segundo lecho catalítico, es imposible eliminar el resto de los productos finales. Tal segundo lecho catalítico así estructurado es, por tanto, poco eficaz en convertir completamente el metanol en formaldehído.

El documento US-A-4 450 301 da a conocer un procedimiento para convertir metanol en formaldehído.

Sumario de la invención

El problema técnico subyacente de la presente invención es el de proporcionar un método para la producción de formaldehído a partir de metanol con un alta grado de conversión, que supere los inconvenientes mencionados anteriormente con referencia a la técnica anterior.

Según la invención, este problema se soluciona mediante un método que comprende las etapas de:

- alimentar, a un primer lecho catalítico de oxidación, un flujo gaseoso que comprende metanol y oxígeno a una velocidad de flujo lineal que lo atraviesa predeterminada, obteniendo a la salida del primer lecho catalítico un flujo de productos de reacción gaseosos que comprende metanol sin reaccionar;

- alimentar el flujo de productos gaseosos a un segundo lecho catalítico de oxidación;

caracterizado porque el flujo de productos de reacción gaseosos que comprende metanol sin reaccionar se alimenta al segundo lecho catalítico con una velocidad de flujo lineal que lo atraviesa sustancialmente igual a la velocidad de flujo predeterminada de la alimentación del primer lecho catalítico.

En el caso de que la concentración de metanol sea relativamente alta, con una correspondiente producción de calor intensa, se prevé utilizar un intercambiador de calor dispuesto entre los dos lechos catalíticos, que garantiza un adecuado control de la temperatura de la alimentación gaseosa al segundo lecho.

La invención se refiere también a un aparato dirigido a completar la reacción, que tiene las características de las reivindicaciones 5 - 8.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se describirá adicionalmente con referencia a los dibujos adjuntos, proporcionados únicamente como un ejemplo indicativo y no limitante, en los que:

- la figura 1 muestra esquemáticamente un aparato para llevar a cabo el método según la presente invención

- la figura 2 muestra esquemáticamente un reactor según una realización alternativa del aparato de la figura 1;

- las figuras 3 a 5 muestran otras realizaciones alternativas del aparato según la invención;

- la figura 6 muestra esquemáticamente un reactor según una realización alternativa;

- la figura 7 muestra esquemáticamente un reactor según otra realización alternativa.

Descripción detallada de la invención

Con referencia a la figura 1, se muestra un aparato para llevar a cabo el método según la presente invención, en el que se introduce un flujo de reactivos gaseosos que comprende metanol y oxígeno en un primer reactor 1, a través de una abertura 3.

Tal reactor 1, de forma sustancialmente cilíndrica, es del tipo con un lecho 2 catalítico pseudo-isotérmico en su interior, que consiste en una pluralidad de tubos llenos con un catalizador de Fe-Mo y que forman, a su vez, un haz de tubos.

El lado de entrada de tal lecho catalítico se indica con 2a y el lado de salida con 2b.

Tal lecho 2 catalítico se caracteriza por una sección transversal que lo atraviesa de amplitud predeterminada, estando tal amplitud determinada así, de modo que se obtenga la velocidad de flujo lineal que lo atraviesa adecuada para realizar la conversión de metanol en formaldehído.

Tal como se utiliza en el presente documento, la expresión "sección transversal que lo atraviesa" significa la sección interna de un conducto o un lecho catalítico, respectivamente.

Tal sección se mide perpendicularmente a la dirección de flujo dentro del conducto o el lecho catalítico, respectivamente.

El reactor 1 está dotado adicionalmente con una abertura 4 a la que está conectada un conducto 8 que, según la realización mostrada, conduce hasta un intercambiador 10 de calor.

Tal conducto 8 está conectado, a través de los extremos respectivos, al reactor 1 mediante la abertura 4 y a un reactor 5 a través de la abertura 9.

El conducto 8 se caracteriza por una sección transversal que lo atraviesa de amplitud predeterminada.

Tal conducto tiene al menos una parte con una sección transversal caracterizada por una amplitud reducida con respecto a la sección transversal del lecho 2 catalítico.

El reactor 5, de forma cilíndrica, se dota en sus extremos con una abertura 9 y una abertura 7, respectivamente.

Dentro de dicho reactor 5, se prevé un lecho 6 catalítico cilíndrico del tipo adiabático.

Tal lecho 6 catalítico se caracteriza por una sección transversal que lo atraviesa de amplitud predeterminada, estando reducida tal amplitud con respecto a la amplitud de la sección transversal que lo atraviesa del primer lecho 2 catalítico.

El flujo de reactivos gaseosos se alimenta al reactor 1 a través de la abertura 3 a una temperatura de 180ºC - 200ºC y a una velocidad de flujo predeterminada de tal manera que la velocidad de flujo lineal que lo atraviesa dentro de los tubos catalíticos, calculada con referencia a la temperatura de 0ºC y a la presión atmosférica, sea del orden de 1,2 - 1,6 m/s.

Tal velocidad de flujo predeterminada garantiza una reacción en curso, permitiendo al mismo tiempo un control satisfactorio de la temperatura de oxidación.

De hecho, tal flujo se somete de hecho a oxidación catalítica en el lecho 2, mientras que el calor de la reacción se transfiere a un fluido diatérmico adecuado que circula en el exterior de los tubos catalíticos.

Mediante tal técnica de refrigeración, el flujo gaseoso se mantiene dentro de un intervalo de temperatura que, sin embargo, en la posición en la que es mayor el calentamiento del lecho, alcanzará los 380 - 420ºC.

Tal como se utiliza en el presente documento, "fluido diatérmico" significa un fluido para el intercambio de calor a altas temperaturas, que en estas condiciones puede incluso estar sometido a cambios en su estado físico.

Los productos de reacción gaseosos salen del lado 2b de salida del lecho 2 catalítico.

Inmediatamente aguas abajo de la salida de los tubos, la sección del reactor 1 aumenta sustancialmente, con una reducción drástica subsiguiente de la velocidad de flujo lineal que lo atraviesa del gas.

Tales productos refrigerados comprenden todavía metanol sin reaccionar; este es el motivo por el que se alimentan a un segundo lecho 6 catalítico y se hacen reaccionar adicionalmente por medio de una oxidación adicional, tal como será evidente a partir de la siguiente descripción.

Con el fin de controlar de manera crítica dicha eliminación de metanol, evitando picos de temperatura indeseados, según la presente invención, dichos productos de reacción gaseosos, según esta realización de la presente invención mostrada aquí, se enfrían adecuadamente antes de alimentarse al lecho 6 catalítico.

Tal refrigeración adicional se produce en la salida del reactor 1 por medio del intercambiador 10 de calor y refrigera los productos gaseosos hasta una temperatura comprendida entre 200 y 300ºC.

De todos modos, tal refrigeración mostrada en esta realización de la invención sólo es necesaria en el caso de que el porcentaje de metanol sin reaccionar presente en los productos gaseosos en la salida del lecho catalítico 2, sea mayor que un valor igual a algunos puntos porcentuales de su concentración de entrada al reactor 1.

Los productos de reacción gaseosos convertidos parcialmente en el lecho 2 catalítico y refrigerados tras haber atravesado el intercambiador 10 de calor, se alimentan, a través del conducto 8, a un segundo reactor 5 que comprende un segundo lecho 6 catalítico, en el que la reacción se completa mediante una segunda oxidación catalítica que transforma el metanol sin reaccionar en formaldehído.

Los productos de reacción gaseosos atraviesan el lecho 6 en una dirección paralela (flujo axial) al eje principal.

En la presente realización de la invención, la amplitud mencionada anteriormente de la sección transversal que lo atraviesa del lecho 6 catalítico, se reduce con respecto a la del dispuesto inmediatamente aguas abajo del lecho 2, de modo que garantice una velocidad de flujo lineal que lo atraviesa de los productos gaseosos dentro del lecho 6, sustancialmente similar a la del interior del lecho 2 catalítico.

Los productos de reacción gaseosos, una vez que el metanol sin reaccionar se ha transformado en formaldehído, se descargan a través de la abertura 7 del segundo reactor 5, productos que comprenden formaldehído y están prácticamente libres de metanol.

Tal como se mencionó anteriormente, en el caso de que el porcentaje de metanol contenido en el flujo de productos gaseosos que entra en dicho lecho esté muy limitado, la reacción puede alcanzar su finalización en el lecho 6 catalítico, sin que se utilice el intercambiador 10 de calor.

En el caso mencionado anteriormente, la temperatura de los productos gaseosos como consecuencia de la oxidación en el segundo lecho 6 no alcanza valores altos porque, como la cantidad de metanol que reacciona es baja, es también pequeña la cantidad de calor producida y, por tanto, el aumento de temperatura se mantiene dentro de límites aceptables sin intervención externa.

En este caso, los productos de reacción gaseosos, en una realización de la invención no mostrada, una vez que atraviesan el lecho 2 catalítico, se alimentan a través del conducto 8 directamente al lecho 6 catalítico, en el que se terminará la reacción sin que se utilice el intercambiador 10 de calor.

Si el metanol está presente en concentraciones significativas aunque limitadas y, no sólo en trazas, será posible evitar el uso del intercambiador 10 de calor, ya que la velocidad de flujo lineal que lo atraviesa de los productos dentro del lecho 6 catalítico es sustancialmente similar a la del interior del lecho 2 catalítico y garantiza el control necesario de la distribución de temperatura.

Tal valor de velocidad de flujo se obtiene mediante el dimensionamiento específico de la sección transversal que lo atraviesa del lecho 6, que tiene una amplitud reducida con respecto al dispuesto inmediatamente aguas abajo de dicho lecho 2.

Tal amplitud reducida de la sección produce un aumento de la velocidad de flujo, garantizando la consecución de la condición requerida dentro del lecho 6 catalítico para una finalización correcta de la reacción de oxidación.

Por tanto, es conveniente realizar los nuevos lechos catalíticos del tipo adiabático, de modo que se caractericen por una velocidad de flujo que lo atraviesa mayor con respecto a los de la técnica anterior, distribuyendo así la carga térmica que a veces se localiza como "puntos calientes" a la que se somete el catalizador, que puede reducir su eficacia con el tiempo.

El tiempo de residencia y la velocidad de flujo lineal que lo atraviesa se controlan, de hecho, según la cinética propia de la reacción, la velocidad de flujo de los productos gaseosos y la sección transversal del lecho catalítico.

De todos modos, debe evaluarse la cantidad de consumo de energía necesaria para obtener la velocidad de flujo requerida; se necesita tal energía para compensar las caídas de presión producidas cuando se atraviesa el lecho 6 catalítico y puede encontrarse no conveniente trabajar a velocidades de flujo demasiado altas desde un punto de vista del balance energético.

En vista de los motivos mencionados anteriormente, es particularmente ventajoso en la presente invención conseguir velocidades de flujo adecuadas, que sean útiles tanto para aumentar el rendimiento de la reacción como para obtener un consumo limitado de energía y una vida de servicio del catalizador más prolongada.

Con referencia a la figura 2, se muestra una realización alternativa de la invención, en la que el reactor 5, en el que tiene lugar la segunda oxidación, comprende un lecho 2 catalítico atravesado por los productos de reacción gaseosos en una dirección perpendicular a su eje (flujo radial en lugar de flujo axial).

Tal realización supone ventajosamente, a igual rendimiento, una disminución de los costes de funcionamiento, debido a las menores caídas de presión obtenidas mediante tal realización alternativa, tal como se notifica más adelante en el presente documento.

Tal lecho 2 de forma cilíndrica se caracteriza por un espesor reducido de la capa catalítica con respecto a clases análogas de lechos catalíticos axiales.

El espesor reducido del lecho 2 favorece que lo atraviesen los productos de reacción gaseosos, reduciendo el consumo de energía.

Tal lecho 2 catalítico está así estructurado de modo que defina una cámara 34 interna cilíndrica.

Un hueco 12 anular separa la pared 13 lateral externa del lecho 2 de la pared 20 permeable a los gases, que está en el interior del reactor 5.

Las aberturas 7 y 9 garantizan la entrada y salida de los productos gaseosos que atraviesan el reactor 5, respectivamente.

La capa catalítica que forma el lecho 2 catalítico está delimitada en los laterales por paredes 18 y 19 permeables a los gases, en su parte superior por la capa 11 formada por material granular que no toma parte en la reacción y en su parte inferior por el fondo 16 del lecho, siendo tal fondo impermeable a los gases.

El lecho 2 se inserta en una estructura de jaula delimitada externamente por la pared 20 mencionada anteriormente e internamente por la pared 17, que también está perforada; el conjunto completo se soporta por medio de dicho fondo 16, sobre medios 14 dispuestos sobre el lado interno del reactor.

Los productos de reacción gaseosos que provienen del primer reactor 1, con referencia a la figura 2, que contienen oxígeno, metanol y formaldehído, fluyen a través de la abertura 9 de entrada mencionada anteriormente al interior de la zona 13 dirigida a distribuir los gases en el reactor, de modo que se conducen al interior del hueco 12 anular.

Desde tal hueco anular, los productos de reacción gaseosos alcanzan, con un diseño de flujo radial, el lecho 2 catalítico a través de la pared 20 permeable a los gases y el hueco cilíndrico proporcionado entre las paredes 20 y 19 permeables.

Los productos gaseosos transformados y libres de metanol alcanzan la cámara 15 cilíndrica a través de las paredes 17 y 18 permeables y finalmente salen del reactor a través de la abertura 7.

Una vez que salen del reactor, estos productos están sustancialmente libres de metanol gaseosos sin reaccionar.

Con el fin de garantizar un control eficaz de la temperatura de entrada del gas en el segundo lecho catalítico cuando el aparato está funcionando, pueden utilizarse disposiciones con referencia a las figuras 3, 4 y 5.

Por tanto, por ejemplo con referencia a la figura 3, el control se realiza mediante un dispositivo que, midiendo la temperatura de los productos gaseosos en la entrada 9 del reactor 5, funciona ajustando el flujo de un refrigerante que fluye a través del intercambiador 10 de calor, a través de las tuberías 21 y 22.

Con referencia a la figura 4, el control de temperatura se lleva a cabo por medio de un dispositivo que mide la temperatura en la abertura 9 para la entrada de gas del reactor 5, controlando la presión de vapor de una caldera 23 utilizada para la recuperación de calor.

Tal caldera utiliza el calor liberado en el interior del intercambiador 10 por los productos de reacción gaseosos, con el fin de producir vapor a una temperatura determinada por el control de la presión de la caldera.

El dispositivo de control funciona directamente ajustando la presión de la caldera 23 mediante la tubería 24 de regulación del flujo.

Finalmente, con referencia a la figura 5, el control de la temperatura se realiza por medio de un dispositivo según el cual, una primera parte de los productos gaseosos que se van a refrigerar y que provienen del reactor 1, atraviesa el intercambiador 10 y una segunda parte se hace que fluya por el exterior del intercambiador 10, dentro del conducto 25, con el fin de que se alimente directamente al interior del reactor 5, en una cantidad determinada por el dispositivo para el control de la temperatura.

El dispositivo funciona sólo con tal parte del flujo, con el fin de llevar a cabo el control de la temperatura.

La invención así concebida puede modificarse o cambiarse con todas las realizaciones alternativas que caigan dentro del mismo concepto inventivo; así, por ejemplo y con referencia a la figura 6, se muestra un reactor según la invención dotado con un conducto 31 para alimentar un flujo adicional de gas que contiene oxígeno.

El requisito para proporcionar una realización alternativa con tal disposición, se debe a la necesidad de garantizar la reacción del metanol y el oxígeno, con una cantidad de oxígeno adecuada tanto para la estequiometría de la reacción como para el mantenimiento del estado de oxidación requerido por las partículas de catalizador.

De manera diferente a los anteriores, el aparato obtenido según esta realización tiene un conducto 31 adicional que se inserta en el interior del conducto 8, conectando tal conducto la abertura 4 de salida del reactor 1 y el intercambiador 10.

A través de tal conducto 31, se añade un flujo de gas que contiene oxígeno al flujo de productos gaseosos que sale de la abertura 4 del primer reactor 1.

Con el fin de conseguir un mezclado óptimo entre el flujo adicional de oxígeno y el que sale del primer reactor, se prevé un mezclador 32 aguas abajo del intercambiador 10, que funciona de manera eficaz una vez que los productos gaseosos ya se han refrigerado.

Debe considerarse que tal realización alternativa, junto con llevar a cabo un control eficaz del estado de oxidación de los catalizadores, importante por su actividad, y garantizar una alimentación de oxígeno a la reacción de oxidación de metanol, permite llevar a cabo una refrigeración preliminar de los productos gaseosos que salen del reactor 1.

Con referencia a la figura 7, se muestra una realización de la invención que es una alternativa a la de la figura 6, llevada a cabo en un único reactor 40 dotado con un primer lecho 2 catalítico y un segundo lecho 6 catalítico, en comunicación fluida a través de un reductor 41 de la amplitud de la sección transversal que lo atraviesa. El reductor 41 es equivalente a y tiene la misma función que el conducto 8 mostrado en las figuras previas.

Un conducto 31 para alimentar un flujo adicional de gas que contiene oxígeno está conectado a dicho reductor 41.

En tal realización, se prevén un intercambiador 10 de calor y un mezclador 32, que se disponen ambos en tal único reactor 40.

Finalmente, en tal reactor 40 se prevé un lecho 6 catalítico de sección transversal que lo atraviesa reducida con respecto a la sección inmediatamente aguas abajo del lecho 2 catalítico.

Tal lecho 6 es del tipo mostrado con referencia a la figura 2.

La alimentación de tal reactor 40 se produce de la misma manera descrita en las realizaciones previas del reactor.

La ventaja conseguida con tal realización es la de obtener un tamaño global reducido para el aparato.

A continuación en el presente documento, se enumeran algunos ejemplos no limitantes de puesta en práctica del método de la presente invención.

Ejemplos de referencia Ejemplo 1

Un reactor según la técnica anterior está formado por 6000 tubos catalíticos que tienen un diámetro interno de 20 mm, un lecho catalítico alto de 800 mm, que comprende una capa superior de partículas catalíticas que está dispuesta sobre una capa de anillos catalíticos colocada debajo.

El reactor se alimenta con 8500 Nm^{3}/h de gas, alcanzando así una velocidad de flujo igual a 1,25 Nm/s.

Tal gas contiene un 7% en volumen de metanol y un 10% en volumen de oxígeno. La temperatura de entrada es de 200ºC y el fluido diatérmico que recubre los tubos externamente se mantiene a una temperatura de 270ºC.

El mejor rendimiento obtenido es del 92,3% de metanol que ha reaccionado para dar formaldehído, mientras que la concentración de metanol en el gas que sale del reactor es del 0,25%.

Entonces, se absorbe el gas en agua con el fin de obtener 1840 kg/h de una disolución de formaldehído al 40% que contiene el 1,5 - 1,6% de metanol sin convertir.

El mismo reactor está dotado con un segundo lecho catalítico del tipo adiabático formado por una capa catalítica adicional, formada por el mismo tipo de catalizador de tipo anillo introducido en los tubos catalíticos localizados sobre ella.

El volumen global del lecho es de 360 litros con un espesor de 70 - 80 mm. Las condiciones de funcionamiento son similares a las ya descritas para el primer reactor.

La velocidad de flujo lineal que lo atraviesa de este lecho es igual a 0,5 m/s, por tanto, el 40% de la velocidad de flujo que lo atraviesa del lecho pseudo-isotérmico que viene antes que él.

Los productos de reacción gaseosos que salen de los tubos tienen una temperatura de 293ºC y alcanzan temperaturas en el intervalo de 296ºC a 305ºC, al atravesar el lecho catalítico adiabático.

La concentración de metanol en el gas descargado desde el reactor es del 0,16% y la disolución de formaldehído obtenida contiene un 1,1% en peso de metanol sin convertir.

La concentración reducida de metanol en la disolución de formaldehído obtenida con la adición de la capa adiabática de catalizador, sin variar las condiciones de funcionamiento, muestra las ventajas relativas a la adición de una capa catalítica adicional, aunque sólo se obtiene un pequeño aumento de la cantidad de metanol que ha reaccionado.

Cuando la concentración de metanol en el gas de alimentación aumenta desde el 7 hasta el 8% en volumen, el límite práctico viene dado por los picos de temperatura en el interior de los tubos del reactor tubular. El contenido de metanol en los gases que han reaccionado, que salen del lecho catalítico, alcanza un valor superior al 0,56%, más del doble que en el caso anterior. El lecho catalítico adiabático puede reducir tal cantidad hasta un valor inferior al 0,27%. Aunque se aumenta el metanol alimentado en un 14,3%, en virtud de una selectividad de la reacción inferior, el aumento de producción en la disolución de formaldehído al 40% es sólo del 11 - 12% y el contenido de metanol residual es del 1,6% en peso.

El aumento de temperatura dentro del lecho adiabático es de 40 - 25ºC y se distribuye de manera no homogénea a lo largo del lecho, donde se van a encontrar puntos calientes que alcanzan incluso los 400ºC. Tales puntos tienen el riesgo de la posibilidad de alterar los procesos de oxidación, lo que produce graves daños en la actividad del catalizador.

Ejemplo 2

Se utilizó un primer reactor del tipo pseudo-isotérmico, sin variar las condiciones de funcionamiento del ejemplo 1. El gas que proviene del reactor primario, disponible a una temperatura de 305ºC, se refrigera según la invención hasta 260ºC antes de introducirse en un reactor secundario de tipo adiabático. La refrigeración se obtiene en una caldera que produce vapor saturado a 12 bar.

El lecho catalítico adiabático tiene un diámetro de 1500 mm, un espesor de 320 mm, con el fin de conseguir la velocidad de flujo lineal que lo atraviesa de la invención, igual a 1,35 Nm/s.

Tras haber atravesado el lecho catalítico, se encuentra un aumento de temperatura distribuido uniformemente, correspondiente a una temperatura final de 290 - 310ºC, libre así de valores demasiado no homogéneos. La caída de presión al atravesar el segundo reactor es de 0,08 bar.

La concentración de metanol que ha reaccionado en el gas tratado es del 0,16% en volumen, que lleva el nivel total de metanol que ha reaccionado hasta el 98,7%.

En la realización preferida de la invención mostrada en la figura 2, el reactor secundario está diseñado de tal manera que el gas lo atraviesa en una dirección radial.

La cesta contiene 650 kg de catalizador del mismo tipo que el del ejemplo 1. Este lecho catalítico que tiene diámetros externo e interno respectivos iguales a 1200 y 600 mm, respectivamente, está definido entre dos paredes verticales cilíndricas hechas de acero inoxidable con un recubrimiento 8 de malla.

El lecho se sujeta por una placa de fondo horizontal de la cesta, hecha de una lámina de acero inoxidable. El gas de proceso se introduce en el reactor secundario a través de la abertura superior, con el fin de que se distribuya alrededor de la superficie cilíndrica perforada, externamente al recubrimiento de malla que contiene el catalizador y que forma con dicho recubrimiento una cámara de distribución cerrada, con una anchura de 10 mm.

Tras haber atravesado el lecho catalítico en la dirección radial hacia el interior, el gas alcanza la cámara colectora definida por dicho recubrimiento y por una pared perforada adicional, que llega al interior de la cámara central de la cesta, desde la que se descarga a través de una abertura en el fondo.

La temperatura aumenta en aproximadamente 45ºC, distribuido en el interior de la superficie interna de la cesta en un intervalo de desde 3 hasta 4ºC y que asciende a 305ºC en la salida.

La concentración de metanol es insignificante, demostrando, por tanto, su completa conversión.

Claims (8)

1. Método para la producción de formaldehído mediante la oxidación catalítica de metanol, que comprende las etapas de:

- alimentar, a un primer lecho (2) catalítico de oxidación, un flujo gaseoso que comprende metanol y oxígeno a una velocidad de flujo lineal que lo atraviesa predeterminada, obteniendo a la salida de dicho primer lecho (2) catalítico un flujo de productos de reacción gaseosos que comprende metanol sin reaccionar;

- alimentar dicho flujo de productos gaseosos a un segundo lecho (6) catalítico de oxidación;

caracterizado porque el flujo de productos de reacción gaseosos que comprende metanol sin reaccionar se alimenta a dicho segundo lecho (6) catalítico con una velocidad de flujo lineal que lo atraviesa sustancialmente igual a dicha velocidad de flujo predeterminada de la alimentación del primer lecho (2) catalítico.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos productos de reacción gaseosos alimentados a dicho segundo lecho catalítico tienen una temperatura que se controla en un intervalo de temperatura comprendido entre 200 y
300ºC.

3. Método según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho intervalo de temperatura está comprendido entre 210 y 260ºC.

4. Aparato para la producción de formaldehído por medio de la oxidación catalítica de metanol, que comprende:

- un primer lecho (2) catalítico con una sección transversal que lo atraviesa de amplitud predeterminada;

- un segundo lecho (6) catalítico con una sección transversal que lo atraviesa de amplitud predeterminada;

- al menos un conducto (8, 41) con una sección transversal que lo atraviesa de amplitud predeterminada, en comunicación fluida entre dichos primer (2) y segundo (6) lechos catalíticos.

caracterizado porque dicho segundo lecho (6) catalítico tiene una sección transversal que lo atraviesa de amplitud reducida con respecto a la amplitud de la sección transversal que lo atraviesa del primer lecho (2) catalítico.

5. Aparato según la reivindicación 4, caracterizado porque dichos primer y segundo lechos (2, 6) catalíticos están soportados dentro de un mismo reactor, respectivamente, estando recíprocamente dichos primer y segundo lechos (2, 6) catalíticos en comunicación fluida a través de dicho reactor.

6. Aparato según la reivindicación 4, caracterizado porque dichos primer y segundo lechos (2, 6) catalíticos están soportados en reactores (1, 5) respectivos, recíprocamente en comunicación fluida a través de al menos un conducto (8).

7. Aparato según la reivindicación 6, caracterizado porque se aloja un intercambiador (10) de calor en dicho conducto (8).

8. Aparato según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho al menos un conducto (8, 41) tiene al menos una parte con sección transversal que los atraviesa de amplitud reducida con respecto a la amplitud de la sección transversal que lo atraviesa del primer lecho (2) catalítico.