ES2291045T3 - Aparato para la distribucion de reactor y de mezcla en la zona de atemperacion. - Google Patents
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Abstract
Casquete de burbujeo adecuado para acoplarse a una bandeja de distribución para el transporte de líquido y vapor a través de la bandeja de distribución, en el que el casquete de burbujeo comprende un canal vertical (432) y una caperuza (442), caracterizado porque una serie de válvulas (460) del canal vertical que están separadas entre sí para definir un paso (461) para comunicación de fluido entre el anillo del casquete de burbujeo y el paso interno (436) del canal vertical, en el que las válvulas (460) del canal vertical están configuradas en ángulo de manera tal que el líquido y el vapor que entran en los pasos de válvulas (461) desde el anillo del casquete de burbujeo se dirigirán de manera circunferencial alrededor de la pared interna del canal vertical (432), y en el que las válvulas (460) del canal vertical son integrales a dicho canal vertical (432).
Description
Aparato para la distribución de reactor y de
mezcla en la zona de atemperación.
La presente invención se refiere a un casquete
de burbujeo, adecuado para su acoplamiento a una bandeja de
distribución, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación
1.
Muchos procesos catalíticos son llevados a cabo
en reactores que contienen una serie de lechos catalíticos
separados. Frecuentemente, en dichos procesos, se sitúan de manera
ventajosa dispositivos de mezcla de la zona de atemperación
("quench zone") para proporcionar una mezcla rápida y eficaz de
las corrientes de fluidos que se procesan en el reactor con una
corriente de fluido más fría suministrada desde una fuente externa.
Como consecuencia, puede ser controlada la temperatura del flujo de
proceso que entra en los lechos catalizadores sucesivos. Los
técnicos en la materia apreciarán que, cuanto mejor sea la mezcla de
los flujos de reacción, mejor se podrá controlar la temperatura y
la reacción. Como resultado, el rendimiento global del rector será
mejor.
Se incluyen ejemplos de dispositivos de mezcla
de la zona de atemperación en las patentes U.S.A. Nº 3.353.924,
U.S.A. Nº 3.480.407, U.S.A. Nº 3.541.000, U.S.A. Nº 4.669.890 y
U.S.A. Nº 5.152.967. Algunos de estos dispositivos son complicados
y propensos a taponamiento. Otros necesitan un importante espacio
vertical para asegurar el grado deseado de mezcla. Otros crean una
caída de presión indeseablemente elevada. Como consecuencia, sigue
existiendo la necesidad de un dispositivo apropiado de mezcla para
la zona de atemperación que pueda mezclar de manera eficaz
corrientes de fluidos en un espacio vertical de poca altura con una
caída de presión aceptablemente baja.
De manera típica, los dispositivos de mezcla
para la zona de atemperación están situados por encima de un
sistema de distribución asociado de fluido; por ejemplo, una placa o
bandeja de distribución dispuesta horizontalmente. La placa de
distribución recoge el fluido (vapor líquido), lo distribuye de
manera uniforme sobre la placa y descarga el fluido sobre el lecho
del catalizador. Esta bandeja de distribución puede contener una
serie de conjuntos de casquetes de burbujeo ("bubble cap"),
que pueden estar dispuestos sobre una o varias aberturas en la
bandeja de distribución. El casquete de burbujeo proporciona la
mezcla íntima del vapor y del líquido antes de que el fluido de
fase mixta sea distribuido sobre el lecho del catalizador.
Se incluyen entre los ejemplos de bandejas de
distribución las patentes U.S.A. Nº 2.778.621, U.S.A. Nº 3.218.249,
U.S.A. Nº 4.960.571, U.S.A. Nº 4.836.989, U.S.A. Nº 5.045.247,
U.S.A. Nº 5.158.714 y U.S.A. Nº 5.403.561. Si bien uno o varios de
estos diseños pueden ser aceptables, existe todavía la posibilidad
de introducir mejoras, especialmente proporcionando una
distribución uniforme de las fases de vapor y líquido en contacto
con el catalizador en el recipiente reactor.
El documento WO 97/46303 da a conocer en las
figuras 6A y 6B un casquete de burbujeo. Una desventaja de este
casquete de burbujeo es que el vapor y el líquido no se distribuyen
de manera uniforme.
Es un objetivo de la presente invención dar a
conocer un aparato de distribución para mejorar la distribución de
las fases de líquido y vapor.
Este objetivo se consigue mediante un casquete
de burbujeo que tiene las características de la reivindicación 1, y
de un aparato de mezcla que tiene las características de la
reivindicación 8. Las reivindicaciones 2 a 7 están dirigidas a
otras realizaciones ventajosas de la invención.
De acuerdo con lo indicado, es un objetivo de la
invención el dar a conocer un aparato de distribución que incluye
un casquete de burbujeo. Se deberá comprender que el aparato de
distribución puede ser asociado con el dispositivo de mezcla de
atemperación o se puede utilizar separadamente desde el dispositivo
de mezcla de la zona de atemperación; por ejemplo, en la parte
superior del recipiente del reactor.
El aparato de distribución comprende una placa
de redistribución (a la que se hará referencia también en esta
descripción como "placa") dotada de una serie de aberturas y de
una serie de casquetes de burbujeo, de manera que, como mínimo,
alguno de los casquetes de burbujeo está asociado como mínimo con
algunas de las aberturas. En una realización, una serie de bandejas
de goteo están dispuestas de manera sustancialmente horizontal por
debajo de la placa de redistribución. Como mínimo, algunas de las
bandejas de goteo están asociadas con algunos de los casquetes de
burbujeo. Las bandejas de burbujeo reciben los fluidos que salen de
los casquetes de burbujeo asociados y los distribuyen como mínimo
por una abertura de descarga dispuesta en el fondo de la bandeja de
goteo. En otra realización, las bandejas de goteo tienen como mínimo
dos aberturas de descarga para multiplicar la corriente de goteo de
fluido recibida desde el casquete de burbujeo y distribuir
simétricamente el fluido sobre la superficie del catalizador.
En vez de bandejas de goteo, se pueden colocar
por debajo de la bandeja de redistribución, como mínimo, un
deflector, y preferentemente, una serie de deflectores.
Preferentemente, como mínimo, algunos de los deflectores están
asociados como mínimo con algunos de los casquetes de burbujeo.
Tal como se ha indicado anteriormente, el
aparato de mezcla de la zona de atemperación comprende una cámara
de turbulencia. La cámara de turbulencia está adaptada para recibir
fluidos desde la parte superior del reactor (tal como los que salen
de un lecho catalizador situado por encima de la cámara de
turbulencia). Preferentemente, la cámara de turbulencia es
sustancialmente cilíndrica. La cámara de turbulencia comprende una
pared dispuesta entre el techo y el suelo. La pared tiene una serie
de aberturas, tales como aberturas de entrada, que proporcionan un
medio de comunicación de fluido hacia adentro de la cámara de
turbulencia. El piso rodea un orificio, que proporciona un medio
para la salida de fluido de la cámara de turbulencia.
Preferentemente, un vertedero queda dispuesto alrededor de la
periferia del orificio. Los deflectores quedan situados dentro de la
cámara de turbulencia, estabilizando los torbellinos de vapor y de
líquido, reduciendo la altura total necesaria para la cámara de
turbulencia, proporcionando una amplia gama operativa para las
cantidades de vapor y líquido, y favoreciendo la turbulencia/mezcla
dentro de cada una de las fases fluidas. Como mínimo, una parte de
las aberturas tiene un deflector asociado con las aberturas.
La red de distribución primaria está dispuesta
por debajo de la cámara de turbulencia para recibir fluidos desde
la cámara de turbulencia. La red de distribución primaria incluye
una placa de vertido y canales que se extienden radialmente hacia
afuera. La placa de vertido está adaptada para recoger fluidos desde
la cámara de turbulencia y distribuirlos radialmente hacia afuera a
través de los canales. Preferentemente, los canales incluyen
paredes laterales con ranuras separadas entre sí para permitir que
el fluido salga de los canales. Los fluidos que salen de los
canales caen sobre un dispositivo de distribución, dispuesto por
debajo de la red primaria de distribución.
Preferentemente, el aparato de distribución
comprende la placa de redistribución montada sustancialmente de
forma horizontal por debajo de la red primaria de distribución y la
cámara de turbulencia. La placa de redistribución se extiende
sustancialmente a la totalidad de la sección transversal del
recipiente para separar una sección superior del recipiente con
respecto a una sección inferior. La placa de redistribución
comprende una serie de aberturas y una serie de casquetes de
burbujeo asociados con las aberturas de la placa de redistribución.
De manera más preferible, un casquete de burbujeo es asociado con
cada una de las aberturas para proporcionar el único medio de flujo
de fluidos a través de la placa.
Los casquetes de burbujeo comprenden un canal
vertical y una caperuza separada. El canal vertical tiene una parte
superior y una parte inferior, y está fijado cerca del fondo a la
placa de redistribución. Un paso queda definido entre la parte
superior y la parte inferior y proporciona un medio de comunicación
de fluido a través de la placa de redistribución. Preferentemente,
el casquete tiene una serie de ranuras separadas entre sí para
permitir el flujo de fluidos a través del casquete, pasando hacia
adentro de un elemento anular definido por el casquete y el canal
vertical.
La invención está dirigida a un casquete de
burbujeo, que comprende: un canal vertical dotado de un extremo
inferior situado dentro de una abertura en una placa del dispositivo
de distribución y extendiéndose a través de la misma, y un extremo
superior que define un paso entre los extremos, incluyendo el paso
una entrada y una salida; un casquete situado sobre el extremo
superior del canal vertical, teniendo el casquete una parte
superior y una parte de faldón que se extiende de forma descendente;
un separador situado entre el canal vertical y el casquete para
mantener un intersticio entre el extremo superior del canal vertical
y el casquete; y una placa deflectora situada por debajo de la
salida de dicho paso.
El deflector puede tener cualquier construcción
deseada, y controla la dirección de la mayoría del fluido que pasa
hacia abajo desde el canal vertical, de manera que el fluido forma
un modelo de chorro relativamente ancho sobre el lecho catalizador
de la parte de abajo (en comparación con el modelo de flujo de
fluido desde un casquete de burbujeo sin el deflector).
De forma adicional, la invención está dirigida a
un casquete de burbujeo, que comprende: un canal vertical que tiene
un extremo superior situado dentro de una abertura de la placa del
dispositivo de distribución y que se extiende a través de la misma,
y un extremo superior que define un paso entre dichos extremos; un
casquete situado sobre el extremo superior del canal vertical, cuyo
casquete tiene una parte superior y un faldón dirigido hacia abajo;
por lo menos un separador situado entre el canal vertical y el
casquete de burbujeo para mantener un intersticio entre el extremo
superior del canal vertical y el casquete; así como una serie de
válvulas del canal vertical situadas entre el extremo superior del
mismo y la parte superior del casquete. Se crea un anillo
("anillo del casquete de burbujeo") entre el canal vertical y
el casquete. Las válvulas del canal vertical están preferentemente
enrasadas con respecto a la cara inferior de la pared superior del
casquete de burbujeo. Las válvulas del canal vertical están
separadas entre sí formando pasos de válvula. Preferentemente, los
pasos de válvula son los únicos (o exclusivos) medios de
comunicación de fluido entre el anillo del casquete de burbujeo y el
paso vertical.
Un casquete de burbujeo puede incluir también el
deflector y las válvulas del canal vertical.
El deflector y/o las válvulas del canal vertical
(tal como se describen) pueden ser incluidos también en un casquete
de burbujeo que tenga cualquier otro tipo de construcción.
\newpage
En una realización del proceso, un deflector
queda asociado como mínimo con algunos de los casquetes de burbujeo.
Asimismo, se pueden incluir válvulas del canal vertical, como
mínimo, en algunos de los casquetes de burbujeo.
El término "fluido" se utiliza en esta
descripción y reivindicaciones incluyendo líquidos y gases. El
término "vapor" y "gas" se utilizan de forma
intercambiable.
La figura 1 muestra un reactor catalítico de
lechos múltiples con una sección parcial para mostrar una sección
vertical de una parte del dispositivo de distribución y del
dispositivo de mezcla de atemperación de la presente invención
(técnica anterior).
La figura 2 es una vista, en perspectiva, de una
parte del dispositivo de mezcla de la zona de atemperación y de
distribución con varias partes desmontadas para mostrar mejor el
detalle del aparato. Se comprenderá que la parte del aparato de
mezcla de la zona de atemperación que no se ha mostrado es simétrica
radialmente con respecto a la parte mostrada (técnica
anterior).
La figura 6A es una vista, en perspectiva, de la
bandeja de redistribución utilizada en un aparato de distribución
correspondiente a la técnica anterior. A efectos de claridad, muchos
de los casquetes de burbujeo individuales no han sido mostrados.
La figura 6B es una vista en perspectiva de un
casquete de burbujeo individual asociado con una abertura de la
bandeja de redistribución de la figura 6A y con su bandeja de goteo.
Se han cortado ciertas partes para mostrar el detalle del casquete
de burbujeo y de la bandeja de goteo (técnica anterior).
La figura 10 es una vista en sección de una
realización alternativa de un casquete de burbujeo.
La figura 11 es una vista en planta del casquete
de burbujeo según la línea de corte (11-11) de la
figura 10.
La figura 12 es una vista esquemática, en
perspectiva, de una parte del casquete de burbujeo de la figura
10.
La figura 13 es una vista en sección de un
casquete de burbujeo con una placa deflectora alternativa.
La figura 14 es una vista en planta de una
realización alternativa de una placa deflectora.
La figura 15 es una vista en planta de otra
realización alternativa de una placa deflectora.
La figura 16 es una vista en sección de una
realización de un casquete de burbujeo con válvulas para el canal
vertical.
La figura 17 es una vista en planta de una
sección del casquete de burbujeo de la figura 16, según la línea de
corte (17-17) de la figura 16.
La figura 18 es una vista en sección de una
realización de un casquete de burbujeo, que comprende un diseño
alternativo de válvulas del canal vertical.
La figura 19 es una vista en planta de una
sección del casquete de burbujeo de la figura 18 según la línea de
corte (19-19).
El dispositivo de mezcla de la zona de
atemperamiento se describirá a continuación haciendo referencia a un
reactor catalítico de lechos múltiples, en el que el aparato está
situado en una zona entre dos lechos catalíticos. Se comprenderá,
por un técnico en la materia, que el aparato puede ser también
utilizado en recipientes o reactores no catalíticos.
Tal como se ha mostrado en la figura 1, el
reactor (10) comprende un recipiente cilíndrico. Si bien el
recipiente es preferentemente de forma sustancialmente cilíndrica,
puede tener también cualquier forma adecuada a efectos de
fabricación. El recipiente está construido de manera típica a base
de un metal resistente a la corrosión o un material equivalente tal
como acero inoxidable, aceros de aleación al cromo solapados y
soldados, o similares. El recipiente está aislado normalmente de
manera interior o exterior para funcionar a temperaturas
elevadas.
De manera típica, se dispone una entrada (12) en
el recipiente en su parte superior para mayor comodidad de llenado
del recipiente con el catalizador, mantenimiento rutinario, o para
flujo de un fluido, según sea necesario para la aplicación
específica. Se dispone una salida (14) en el recipiente, en su parte
inferior, para permitir la descarga del producto fluido. El fluido
de atemperamiento es introducido de manera típica en el recipiente
a través de la tobera (13) de la pared lateral, conectada a una
conducción de alimentación del fluido de atemperamiento. De manera
alternativa, el fluido de atemperamiento puede ser introducido por
la parte superior o por la parte inferior del reactor.
La zona seccionada (17) muestra una sección
vertical parcial del dispositivo de distribución y del dispositivo
de mezcla de la zona de atemperamiento. El aparato de mezcla (16) de
la zona de atemperamiento según la presente invención está
interpuesto entre uno o varios lechos de catalizador sucesivos. El
aparato comprende una cámara de turbulencia (20), una red de
distribución básica (100) y, preferentemente, un dispositivo de
distribución (120).
La cámara de turbulencia (20) recibe y mezcla un
fluido de atemperamiento, típicamente desde una fuente de
procedencia externa, con una corriente de fluido para el proceso
reactivo ("fluido de proceso", "corriente de proceso" o
"fluido reactivo") que sale del lecho catalizador de la parte
superior. El fluido de atemperamiento puede tener una temperatura
distinta del fluido de proceso y se puede introducir para controlar
la temperatura de dicho fluido de proceso. El fluido de
atemperamiento puede ser también añadido para ajustar la composición
de la corriente de proceso.
La red (o sistema) de distribución básica (100)
recoge una corriente de producto de una cámara de turbulencia
("corriente de producto de la cámara de turbulencia") y la
distribuye radialmente hacia afuera, hacia el dispositivo de
distribución. El dispositivo de distribución (120) comprende una
placa de redistribución (122) (o placa (122)), una serie de
casquetes de burbujeo (130) y una serie de bandejas de goteo
asociadas (150). Cuando el dispositivo de distribución es parte del
aparato de mezcla de la zona de atemperamiento, el dispositivo de
distribución recoge el fluido del sistema de distribución principal
y de la cámara de turbulencia. El fluido es mezclado a continuación
por arrastre mutuo del gas y del líquido en los casquetes de
burbujeo. La corriente de fluido que sale de los casquetes de
burbujeo es subdividida por las bandejas de goteo asociadas con los
casquetes de burbujeo individuales para proporcionar una
distribución de flujo sustancialmente simétrica y uniforme del
fluido a través de la superficie del catalizador.
Tal como se ha mostrado en la figura 1, el
dispositivo de distribución (120) que se ha descrito no debe ser
necesariamente asociado con el dispositivo de mezcla de la zona de
atemperamiento, sino que puede ser dispuesto en el reactor, por
ejemplo, cerca de la parte superior del reactor para proporcionar
una distribución de flujo uniforme hacia una sección más baja del
reactor. Cuando el dispositivo de distribución está previsto de esta
manera, recogerá fluidos de la parte superior, mezclará
adicionalmente el fluido, y lo distribuirá uniformemente.
Haciendo referencia a continuación a la figura
2, se ha mostrado una parte del dispositivo de mezcla de la zona de
atemperamiento. El dispositivo llena sustancialmente toda la sección
transversal del recipiente y está soportado por una estructura de
soporte (60). La estructura de soporte tiene forma de rueda de carro
con un cubo central y brazos o radios de soporte radiales. El
conjunto de la estructura está soportado en el reactor por un
anillo único de soporte (62), fijado al interior de la pared del
recipiente por soldadura, forja u otros medios. Las pestañas
inferiores (70) de los brazos radiales de soporte están ranuradas en
el extremo de la pared, de manera que un elemento laminar (68) de
los brazos (66) de soporte radiales se acoplará en el anillo de
soporte. La parte superior de la pestaña inferior (70) del brazo de
soporte y la parte superior del anillo de soporte (62) de la pared
se encuentran en la misma altura para facilitar el cierre estanco o
sellado de la bandeja de redistribución. Los brazos de soporte
pueden ser fijados por pernos a salientes de posicionado (no
mostrado) fijados a la pared para proporcionar estabilidad. Un cubo
central (64), concéntrico con el reactor, puede ser dimensionado
como agujero de hombre para mantenimiento del recipiente. Un primer
juego de brazos radiales (66) se extiende radialmente hacia afuera
desde el cubo central al anillo de soporte (62). Los brazos
radiales (66) tienen una pestaña (70) para soportar la placa de
redistribución (122). Preferentemente, cada uno de los brazos (66)
tiene forma de I, y su elemento laminar (68) tiene una serie de
aberturas (72) cerca de la placa de redistribución para permitir el
paso transversal de fluidos alrededor del reactor.
Por debajo de la placa de vertido, se encuentra
el dispositivo de distribución (120). El dispositivo de distribución
puede ser fijado al primer conjunto de brazos radiales (en el caso
de que se dispongan dos juegos), por ejemplo, soportándolos sobre
la pestaña de fondo del primer conjunto de brazos radiales y
realizando su fijación, en caso deseado, por cualquier medio
adecuado a la pestaña de fondo de los brazos radiales. Tal como se
ha mostrado en las figuras 6A y 6B, el dispositivo de distribución
comprende una placa de redistribución (122) con una serie de
aberturas (124), una serie de casquetes de burbujeo (130), y una
serie de bandejas de goteo asociadas (150). Preferentemente, la
placa de redistribución llena sustancialmente toda la sección
transversal del recipiente y está orientada sustancialmente de
forma horizontal para proporcionar un área sustancialmente plana
para recoger el fluido desde la red de distribución primaria. Las
aberturas (124) de la placa están preferentemente distribuidas de
forma simétrica para conseguir una distribución simétrica de fluido
a través de la superficie del catalizador.
Las figuras 6A y 6B muestran casquetes de
burbujeo asociados con las aberturas de la placa de redistribución.
Preferentemente, un casquete de burbujeo individual está asociado,
por ejemplo, situado por encima, con una abertura individual para
proporcionar sustancialmente los únicos medios de paso de fluido a
través de la placa de redistribución. En esta realización
preferente, la placa de redistribución está cerrada de manera
estanca para impedir que los fluidos puedan pasar en forma de
bypass los casquetes de burbujeo. Dado que las aberturas de la
placa están distribuidas de forma simétrica, los casquetes de
burbujeo están igualmente distribuidos simétricamente. Se debe
comprender, no obstante, que son adecuadas muchas otras
disposiciones.
De modo general, una de las consideraciones de
diseño para la bandeja es que exista un número suficiente de
casquetes de burbujeo para asegurar una distribución de líquido
sustancialmente uniforme sobre la superficie total de la placa. El
número óptimo de casquetes de burbujeo para cualquier finalidad
determinada dependerá de muchos factores, siendo los más evidentes
las dimensiones del reactor. Otros factores a tener en cuenta
pueden ser los caudales de líquido y de gas hacia el reactor y la
proporción del producto de alimentación que permanece en la fase
líquida. En general, el diseño de la placa de redistribución
proporcionará el número apropiado de casquetes de burbujeo para
asegurar una distribución aceptable de líquido y establecer un nivel
de líquido óptimo en la superficie superior de la bandeja y la
optimización consiguiente de flujo de gas a través de cada uno de
los casquetes de burbujeo para un caudal y dimensiones de reactor
determinados.
Los casquetes de burbujeo (130) comprenden un
canal vertical (132) y una caperuza separada (140) formando una
trayectoria de flujo en forma de U invertida para el gas y el
líquido. El canal vertical, que tiene forma general cilíndrica,
tiene un labio inferior (134) o prolongación que queda alojado
dentro de una abertura de la placa (122), y una parte superior
(138). El canal vertical puede ser el resultado de corte de un
material tubular o puede ser arrollado a partir de un tramo de
material en forma de chapa, según deseo. El canal vertical está
fijado a la placa de redistribución, por ejemplo, por enrollado del
metal o soldadura, o por otros medios similares adecuados. El canal
vertical tiene un paso interno (136) entre el labio inferior y la
parte superior que proporciona un medio de comunicación de fluido a
través de la placa de redistribución. En una de las realizaciones
preferentes, en las que una caperuza de burbujeo individual está
asociada con una abertura individual, el paso interno del canal
vertical proporciona sustancialmente el único medio de comunicación
de fluido a través de la placa de redistribución.
La caperuza (140) comprende la parte superior
del canal vertical pero está separada de dicho canal vertical
definiendo un anillo del casquete de burbujeo (o espacio anular). La
caperuza comprende una pared superior (142) que termina alrededor
de su periferia en un faldón que se extiende de forma descendente
(144) que termina por encima de la superficie superior de la placa
de redistribución y forma un intersticio entre el faldón y la
superficie superior de dicha placa de redistribución.
Preferentemente, el casquete tiene una serie de ranuras (146) en su
periferia externa de la parte baja, tal como se muestra en la
patente U.S.A. Nº 3.218.249, que se incorpora a la presente
descripción a título de referencia. Las ranuras permiten que el gas
o vapor pueda pasar hacia adentro del anillo. Las ranuras
proporcionan también una caída de presión tal que el nivel de
líquido en el espacio anular definido por el casquete y el canal
vertical es superior que el nivel de líquido en la placa de
redistribución. El mayor nivel de líquido en el espacio anular
tendrá tendencia a compensar cualesquiera irregularidades en el
nivel de líquido sobre la placa de distribución y asegurará un flujo
sustancialmente uniforme gas-líquido a través de
cada casquete de burbujeo, y una mezcla sustancialmente uniforme del
gas y el líquido.
Por lo menos un separador (148) queda situado en
posición intermedia con respecto al canal vertical y el casquete,
manteniendo los dos en disposición separada entre sí. El separador o
separadores pueden estar dispuestos también de manera que el canal
vertical y el casquete son mantenidos en una relación concéntrica
entre sí. El separador puede estar fijado al canal vertical, al
casquete o a ambos, de manera que la pared superior del casquete
descansa sobre el separador. Preferentemente, los separadores se
extienden radialmente hacia afuera manteniendo el casquete
sustancialmente centrado con respecto al canal vertical.
El diseño del casquete de burbujeo favorece una
distribución uniforme del líquido, incluso cuando la bandeja no
está perfectamente nivelada o cuando hay diferencias en la
profundidad del líquido en la bandeja. Además, las fases de líquido
y de gas establecen un contacto más íntimo en comparación con un
distribuidor de tipo chimenea. Esto incrementa el nivel del
equilibrio térmico de los reactivos.
Durante el funcionamiento, la fase líquida
sustancialmente desacoplada de la fase vapor (o gas) por la
gravedad, al caer desde la red de distribución principal, llena la
placa de redistribución a un nivel por debajo de la profundidad de
la ranura en los casquetes de burbujeo, estando determinado el nivel
básicamente por el caudal de gas por casquete de burbujeo. Desde
luego, es necesario que una parte de las aberturas de la ranura
queden expuestas por encima de las superficies de líquido para
permitir el paso de gas.
La caída de presión a través de la bandeja de
redistribución en el reactor, que normalmente es muy reducida,
obliga al gas por debajo del casquete, bien sea a través de las
ranuras o por debajo del casquete. El gas arrastra el líquido que
se encuentra presente sobre la superficie de la bandeja al pasar por
las ranuras o por debajo del casquete. El fluido (gas y líquido)
pasa a continuación hacia arriba, a través del anillo entre el
casquete y el canal vertical, invierte su dirección y circula por el
paso definido por el canal vertical. La parte del fondo del canal
vertical se extiende a través de la abertura en la placa,
proporcionando un borde de goteo para la caída de líquido.
Si bien los casquetes pueden distribuir de
manera satisfactoria el fluido a través de la superficie del
catalizador, el incremento del número de corrientes de goteo de
fluido que salen de la placa de redistribución puede fomentar
adicionalmente la distribución simétrica del fluido sobre la
superficie del catalizador. Como consecuencia, en una realización,
se disponen como mínimo bandejas de goteo horizontales (150)
asociadas como mínimo con algunos casquetes de burbujeo y situadas
directamente por debajo de los casquetes de burbujeo asociados. Una
bandeja de goteo individual puede quedar asociada con el casquete de
burbujeo individual y puede quedar situada por debajo del mismo,
para recoger el líquido del casquete y distribuirlo en un modelo más
finamente dividido e incluso más simétrico del que se puede
conseguir sin la bandeja de goteo.
La bandeja de goteo (150) está construida con un
fondo (152) y una serie de paredes laterales (154) que se extienden
hacia arriba desde el fondo. El fondo tiene como mínimo una abertura
de descarga (156) y, preferentemente, tiene como mínimo dos
aberturas de descarga para multiplicar, de manera efectiva, el
número de corrientes de goteo. Tal como se ha mostrado en la figura
6B, la parte de fondo de la bandeja de goteo tiene una serie de
aberturas de descarga dispuestas relativamente próximas a las
esquinas para descargar de manera regular el líquido desde la
bandeja de goteo. Se tiene que reconocer, no obstante, que una
variedad de métodos o dispositivos pueden ser adecuados para
conseguir el objetivo de multiplicar el número de corrientes de
goteo.
La bandeja de goteo está fijada a la placa de
redistribución, por ejemplo, por soldadura. La figura 6B muestra
aletas de montaje (158) que se extienden hacia arriba de la bandeja
de goteo para su fijación a la cara inferior de la placa de
redistribución. Desde luego, se pueden utilizar cualesquiera otros
métodos adecuados de fijación. La bandeja de goteo está separada de
la abertura del fondo del canal vertical y está orientada de forma
horizontal. El posicionado horizontal de la bandeja o bandejas de
goteo permite que el líquido que se desplaza hacia abajo se acumule
dentro de la bandeja de goteo y a continuación que se descargue
desde la bandeja, como mínimo, en una corriente y, preferentemente,
en más de una corriente, a través de las aberturas de descarga.
Preferentemente, la bandeja de goteo está separada a una distancia
de 1 o 2 pulgadas desde la placa de redistribución.
Se observará que el diseño del casquete de
burbujeo que se ha descrito proporciona una distribución de líquido
sustancialmente uniforme, incluso en el caso en el que la placa de
redistribución no está perfectamente nivelada o cuando existen
diferencias en la profundidad de líquido sobre la superficie de la
placa. Además, las fases de líquido y gas se encontrarán más
íntimamente en contacto, especialmente en comparación con los
distribuidores de tipo chimenea de la técnica anteriormente
conocida. Como consecuencia, se incrementa el nivel de equilibrio
térmico de los reactivos, es decir, el gas y el líquido.
En una realización alternativa, en vez de una
bandeja de goteo, se puede acoplar una placa deflectora justamente
por debajo de la salida del paso interno (336) del canal ascendente.
(Figuras 10, 11 y 12). El casquete de burbujeo mostrado en las
figuras 10 y 11 (y figuras 13, 16 a 19, que se explican a
continuación) tienen un diseño distinto que el casquete de burbujeo
de la figura 6B. En las figuras 10, 11, 13 y 16 a 19, en el caso
que sea apropiado, varios elementos se han designado con numerales
de referencia que tienen los dos últimos dígitos iguales que los
correspondientes elementos de las figuras precedentes. Por ejemplo,
la placa (322) de la figura 10 corresponde a la placa (122) de la
figura 6A. El diseño básico del casquete de burbujeo de las figuras
10, 11 (y por lo tanto figuras 13, 16 a 19) es convencional en la
técnica (distinto de las modificaciones de la presente invención) y
solamente se resume en esta descripción. La caperuza de burbujeo de
estas figuras incluye un faldón (344), un separador (348) y un
canal vertical (332) (figura 10). Se forma un espacio anular entre
el faldón y el canal vertical. El labio inferior (334) del canal
vertical y el borde extremo del deflector (301) definen un orificio
(303) (figura 12) de distribución de la salida del canal vertical.
Las flechas de la figura 12 muestran una dirección de flujo de
fluido desde el orificio de distribución de salida del canal
vertical. El deflector puede adoptar diferentes formas, incluyendo,
por ejemplo: formas sustancialmente plana, maciza, disco redondo
(figuras 10 y 11), disco con forma troncocónica o cono con su
vértice apuntando hacia arriba, hacia la salida del paso interno
(336) del canal vertical. El cono puede tener aberturas en su
superficie lateral. Se han mostrado placas deflectoras adecuadas a
título de ejemplo, en las figuras 10 y 13 a 15. Se ha mostrado en
la figura 13 un deflector en forma cónica invertida (301C). La
figura 14 muestra una vista en planta de un deflector macizo
sustancialmente plano, con aberturas (350). La figura 15 es una
vista superior de un deflector que tiene la forma de un disco
sustancialmente plano, con ranuras (600) y una abertura (601).
La sección transversal del deflector puede tener
cualquier forma adecuada, por ejemplo, circular (o redonda) o
piramidal. Si la placa del deflector es piramidal, estaría
preferentemente situada por debajo de la salida del paso interno
del canal vertical, de manera que el vértice de la pirámide esté
dirigido hacia adentro del paso (similar a lo que se ha mostrado en
la figura 13 para el deflector de forma cónica). En una realización
preferente, la sección transversal de la placa del deflector es
circular (figuras 10 y 11). Las placas del deflector pueden estar
fijadas justamente por debajo de la salida del paso interno del
canal vertical de cualquier manera adecuada. Una forma de fijación
de una placa deflectora es la que se muestra en las figuras 10 y 13.
En las figuras 10 y 13, el deflector está fijado a un labio
inferior (334) por un dispositivo de fijación, tal como una varilla
transversal (320).
La distancia entre la salida del paso interno
del canal vertical y una placa de deflector puede variar,
dependiendo de una serie de factores, tales como el diseño del
proceso, y se puede determinar por los técnicos en la materia.
No obstante, en contraste con la bandeja de
goteo (210), el objetivo principal (o función) de la placa del
deflector consiste en redirigir la mayor parte del fluido que fluye
de manera descendente desde su trayectoria descendente
principalmente vertical, en forma de corriente relativamente
estrecha a través de la parte media del orificio de distribución de
salida del canal vertical (tal como es frecuentemente el caso con
canales verticales sin placa de deflector). Con una placa de
deflector, el fluido se distribuye según un modelo sobre un área
más ancha del lecho del catalizador situado por debajo.
Preferentemente, los modelos de pulverización que emanan de las
placas de deflector adyacentes se solaparían, proporcionando una
disposición de fluido sustancialmente uniforme sobre el lecho del
catalizador. Esto se puede conseguir por diferentes medios, por
ejemplo, ajustando la velocidad de flujo del fluido a través del
orificio de distribución (303).
La presente invención crea también otros medios
alternativos de incrementar el número de corrientes de goteo de
fluido que salen de la placa de redistribución para incrementar
adicionalmente la distribución simétrica del fluido sobre la
superficie del catalizador. Como consecuencia, en una realización
preferente, la presente invención prevé la disposición de una serie
de válvulas del canal vertical asociadas (o incluidas) como mínimo
en alguno de los casquetes de burbujeo y situadas entre la parte
superior (438) del canal vertical (432) y la parte interior de la
pared superior (442) del casquete de burbujeo (figuras 16 y 17). De
forma preferente, un juego individual de válvulas (460) del canal
vertical queda asociado con la parte superior de un canal vertical
individual (432) y está fijado directamente de forma concéntrica al
mismo. Preferentemente, el borde superior de las válvulas del canal
vertical debe estar enrasado con la cara inferior de la pared
superior (442) del casquete de burbujeo, para impedir el paso de
fluido entre la pared superior (442) del casquete de burbujeo y las
válvulas del canal vertical. Las válvulas del canal vertical están
separadas entre sí (figura 17), determinando entre ellas pasos de
válvula (461) para comunicación de fluido entre el anillo del
casquete de burbujeo y el paso interno (436) del canal vertical,
siendo dichos pasos de la válvula preferentemente los únicos medios
de comunicación de fluido entre el anillo del casquete de burbujeo y
el paso interno del canal vertical. Como mínimo, un separador (448)
está situado entre el canal vertical y el casquete para mantener
estos dos elementos separados entre sí. El separador o separadores
pueden quedar también dispuestos de manera que el canal vertical y
el casquete de burbujeo se mantengan concéntricamente entre sí. El
separador puede ser fijado al canal vertical, al casquete, o ambos,
de manera que la pared superior del casquete descansa sobre el
separador. Preferentemente, el separador o separadores se extienden
radialmente hacia afuera para mantener el casquete sustancialmente
centrado con respecto al canal vertical.
En funcionamiento, el líquido (y vapor) que
entra en los pasos de la válvula desde el anillo del casquete de
burbujeo será dirigido circunferencialmente alrededor de la pared
interna del canal vertical (432). En contraste, sin las válvulas,
el líquido (y vapor) fluiría probablemente al azar hacia abajo,
habitualmente por el centro del paso interno (436) del canal
vertical. La trayectoria de flujo circunferencial del líquido (y
vapor) resulta en una humectación más uniforme de la pared interna
del canal vertical (432), y por lo tanto en una distribución más
uniforme del líquido al caer desde el labio inferior (434) del canal
vertical (de manera similar al labio (134) de la figura 6B). Se
cree además que las válvulas del canal vertical, cuando se utilizan
conjuntamente con las válvulas del deflector, que se ha explicado en
lo anterior, producirán una mejora significativa en la uniformidad
de la distribución de los fluidos al lecho del catalizador situado
por debajo.
Las válvulas del canal vertical pueden ser
planas, curvadas o adoptar un cierto ángulo y pueden estar
constituidas a partir del mismo material tubular o chapa arrollada
igual que el canal vertical (432). Las figuras 18 y 19 muestran una
realización con las válvulas (560) del canal vertical, cortadas
según un cierto ángulo. También en esta realización, unas ranuras
(562) formadas en el labio inferior (534) del canal vertical pueden
ayudar a una distribución más uniforme del líquido que sale del
paso interno de dicho canal vertical. En una realización
preferente, las válvulas del canal vertical forman conjunto integral
con el canal vertical, estando constituidas por mecanización y
doblado de la parte superior del material tubular del que está
formado dicho canal vertical.
El dispositivo de distribución comprende una
placa de redistribución que tiene una serie de aberturas y una
serie de casquetes de burbujeo de manera que, como mínimo, algunos
de los casquetes de burbujeo están asociados como mínimo con
algunas de las aberturas, y recoge la mezcla de fluido de la cámara
de turbulencia. La mezcla de fluido de la cámara de turbulencia que
se ha recogido es transportada pasando por la placa de
redistribución por las aberturas y los casquetes de burbujeo.
Según una realización, una serie de bandejas de
goteo sustancialmente horizontales están dispuestas como mínimo con
algunas de las bandejas de burbujeo situadas por debajo de la placa
de redistribución y asociadas como mínimo con una parte de los
casquetes de burbujeo, de manera que las bandejas de goteo reciben
el fluido que sale de los casquetes de burbujeo y lo distribuyen, a
través, como mínimo, de una abertura de descarga en las bandejas de
goteo. Si hay gas presente en el fluido, por lo menos tiene lugar
una cierta separación del gas con respecto al fluido en los
casquetes de burbujeo y sobre las bandejas de goteo.
En la realización preferente, en la que los
deflectores están acoplados a la parte interna de la cámara de
turbulencia, no existe necesidad de eliminar los deflectores durante
su mantenimiento. Como consecuencia, se puede llevar a cabo el
mantenimiento de la cámara de turbulencia de manera fácil.
En una realización, las bandejas de goteo son
utilizadas con cada casquete de burbujeo sobre la bandeja de
redistribución. Los casquetes de burbujeo proporcionan buena
distribución de gas y líquido sobre la superficie en sección
transversal por debajo de la bandeja de redistribución. Las bandejas
de goteo mejoran la distribución de líquido mediante la
multiplicación de los puntos de distribución de líquido. Las
bandejas de goteo pueden se pueden extender también bajo pasos
internos fijos, tales como haces o anillos de soporte de pared para
humedecer las áreas que no pudieron ser alcanzadas por el casquete
de burbujeo normal o por un dispositivo de distribución de tipo
chimenea.
En otra realización preferente, un deflector es
utilizado para impedir sustancialmente el flujo de fluido en una
corriente relativamente estrecha a través del medio de una sección
transversal del canal vertical. El deflector proporciona una
distribución sustancialmente uniforme del fluido en un modelo sobre
un área más amplia del lecho catalizador por debajo.
En aún otra realización preferente, una serie de
válvulas del canal vertical, incluida como mínimo en uno de los
casquetes de burbujeo, entre la parte superior del canal vertical y
la parte inferior de una pared superior del casquete de burbujeo,
define los pasos de válvula. Los pasos de válvula provocan que los
fluidos (líquido y vapor) sean dirigidos circunferencialmente
alrededor de la pared interna del canal vertical, fomentando por lo
tanto una distribución más uniforme del líquido que sale del canal
vertical.
Desde otro punto de vista, la presente solicitud
da a conocer un aparato de mezcla de interzonas, que comprende: una
cámara de turbulencia que tiene una bandeja de recogida de líquido
en la que se somete a turbulencia el material; un aparato de
distribución que tiene una serie de casquetes de burbujeo, cada uno
de los cuales comprende una válvula del canal vertical; una red de
distribución primaria dispuesta entre la cámara de turbulencia y el
aparato de distribución. En realizaciones preferentes, la bandeja de
recogida de líquido comprende una serie de obstáculos en el suelo
que inducen la turbulencia local en el material a medida que es
sometido a turbulencia, teniendo dichos obstáculos del suelo formas
adecuadas tales como paneles inclinados y nervados, o deflectores
de bandeja con forma plana, de "V", escalopada o de "U".
Los obstáculos del suelo pueden estar integrados ventajosamente en
la bandeja de recogida de líquido. Los casquetes de burbujeo
incluyen preferentemente una serie de válvulas del canal vertical,
que puede estar dispuesta de manera ventajosa entre la parte del
canal vertical y la parte del casquete de los casquetes de burbujeo
correspondientes. Es especialmente preferente que las válvulas del
canal vertical, que son preferentemente planas, curvadas o cortadas
en ángulo, estén separadas entre sí para definir los pasos de
válvulas.
Se comprenderá que se pueden realizar una amplia
gama de modificaciones y cambios a las realizaciones descritas
anteriormente. Se pretende, por lo tanto, que la descripción
anterior sea ilustrativa en vez de limitar la invención, y que las
siguientes reivindicaciones, incluyendo todos sus equivalentes,
definan la presente invención.
Claims (8)
1. Casquete de burbujeo adecuado para acoplarse
a una bandeja de distribución para el transporte de líquido y vapor
a través de la bandeja de distribución, en el que el casquete de
burbujeo comprende un canal vertical (432) y una caperuza (442),
caracterizado porque una serie de válvulas (460) del canal
vertical que están separadas entre sí para definir un paso (461)
para comunicación de fluido entre el anillo del casquete de
burbujeo y el paso interno (436) del canal vertical, en el que las
válvulas (460) del canal vertical están configuradas en ángulo de
manera tal que el líquido y el vapor que entran en los pasos de
válvulas (461) desde el anillo del casquete de burbujeo se
dirigirán de manera circunferencial alrededor de la pared interna
del canal vertical (432), y en el que las válvulas (460) del canal
vertical son integrales a dicho canal vertical (432).
2. Casquete de burbujeo, según la reivindicación
1, en el que los bordes superiores de las válvulas (460) del canal
vertical están enrasados al lado inferior de la pared superior del
casquete de burbujeo, y en el que los pasos (461) definidos por las
válvulas (460) del canal vertical son los únicos medios de
comunicación de fluido entre el anillo de casquete de burbujeo y
los pasos internos del canal vertical.
3. Casquete de burbujeo, según la reivindicación
1 ó 2, en el que las válvulas (460) del canal vertical son planas,
curvadas, o cortadas en ángulo.
4. Casquete de burbujeo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende un separador (448) entre
el canal vertical (432) y la caperuza (442) para mantener la
distancia entre el canal vertical (432) y la caperuza (442).
5. Casquete de burbujeo, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, que comprende además un separador (448)
entre el canal vertical (432) y la caperuza (442) para mantener el
canal vertical y la caperuza en posición concéntrica entre sí.
6. Casquete de burbujeo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende además un deflector
(301) acoplado al canal vertical (432) en una posición que está más
abajo de la salida del paso interno (436) del canal vertical.
7. Casquete de burbujeo, según la reivindicación
6, en el que el deflector (301) tiene forma aplanada, de cono o
piramidal.
8. Aparato de mezcla que comprende una zona de
distribución que comprende un casquete de burbujeo de acuerdo con
una de las reivindicaciones anteriores.
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