ES2668769T3

ES2668769T3 - Dispositivo de muestreo

Info

Publication number: ES2668769T3
Application number: ES10766237.1T
Authority: ES
Inventors: Henrik Lysgaard Salomon
Original assignee: Keofitt AS
Current assignee: Keofitt AS
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2010-09-13
Publication date: 2018-05-22
Anticipated expiration: 2030-09-13
Also published as: ES2769291T3; PL3244188T3; US9588022B2; EP2475973A1; EP2475973B1; US20120227845A1; CN102575974B; CN102575974A; WO2011029450A1; DK3244188T3; EP3244188A1; EP3244188B1; PL2475973T3; DK2475973T3

Abstract

Un dispositivo de muestreo, que comprende un contenedor de muestras (15) con una pared flexible (17) y con un interior, un elemento de acoplamiento (27), tal como un racor, para acoplarse a un conector de salida de muestras (5), y una conexión de conductos (23) entre el elemento de acoplamiento (27) y el interior del contenedor de muestras (15), siendo al menos el interior del contenedor de muestras (15) estéril y comprendiendo una protección de esterilidad que asegura la esterilidad del interior del contenedor de muestras (15), caracterizado por que la protección de esterilidad tiene forma de una válvula de tres vías (25; 25') entre el elemento de acoplamiento (27) y el contenedor de muestras (15), proporcionándose la conexión de conductos a través de la válvula de tres vías, teniendo la válvula de tres vías (25; 25') una conexión (33a, 23) al elemento de acoplamiento (27), una conexión (33b, 23) al contenedor de muestras (15) y una salida (43; 71), y estando la válvula de tres vías (25; 25'), antes de su uso, en una posición cerrada en la que impide el acceso al interior del contenedor de muestras, cerrando así el contenedor de muestras, en donde la válvula de tres vías está provista de un dispositivo de bloqueo antimanipulación (37; 37'; 79; 57) que avisa a un usuario si la válvula se ha abierto potencialmente.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo de muestreo

La presente invención se refiere a un dispositivo de muestreo que comprende un contenedor de muestras con una pared flexible y con un interior, un elemento de acoplamiento, tal como un racor, para acoplarse a un conector de salida de muestras y una conexión de conducto entre el elemento de acoplamiento y el interior del contenedor de muestras, siendo al menos el interior del contenedor de muestras estéril y comprendiendo una protección de esterilidad que asegura la esterilidad del interior del contenedor de muestras. Los dispositivos de muestreo se usan, por ejemplo, para tomar muestras estériles a través de una válvula de muestreo en una planta de procesamiento en la industria de elaboración de bebidas, la industria farmacéutica, la industria alimentaria, etc.

En dichas industrias y en otras, se usan plantas de procesamiento en las que tienen lugar procesos en líquidos o gases y de vez en cuando se toman muestras del contenido de estas, por ejemplo, se requiere un contenedor para monitorizar un proceso que tenga lugar en el contenedor. En este sentido, es importante que la muestra no esté contaminada, pero que sea representativa del contenido del contenedor.

Por lo tanto, se han desarrollado unas válvulas de muestreo especiales, véanse, por ejemplo, los documentos WO9012972A y WO2005040671A, correspondiendo el último a la patente US2007/0074761A1. Estas válvulas están diseñadas de manera que se pueda hacer pasar un fluido de limpieza, por ejemplo, vapor, a través del alojamiento de su válvula y hacia fuera a través de una salida de muestras para limpiar y/o esterilizar el recorrido de una muestra desde el contenedor y hacia fuera a través de la válvula.

En ocasiones, se usa un simple contenedor limpio con forma de copa para recoger una muestra que pasa hacia fuera a través de la válvula de muestreo cuando está abierta. De este modo, sin embargo, existe el riesgo de contaminación por vía aérea de la muestra de manera que, cuando se analiza posteriormente, ya no es representativa del contenido del contenedor.

Por lo tanto, se ha desarrollado un dispositivo de muestreo, comercializado por Keofitt A/S con la denominación: "Item 26000, Aseptic sampling system". Tiene forma de botella de cristal provista de un tapón que contiene una precámara, un conector de entrada, una válvula que abre y cierra un paso al interior de la botella y una válvula que abre y cierra un paso al entorno y un orificio de aireación dispuesto entre el interior y el entorno de la botella y está provisto de un filtro para evitar la entrada de microorganismos por vía aérea. La válvula que abre y cierra un paso al entorno permite que el conector de entrada del dispositivo de muestreo esté conectado a un conector de salida de muestras de una válvula de muestreo por medio de un tubo, tras lo cual, se hace pasar un fluido de limpieza, tal como vapor, a través de la válvula de muestreo, el tubo y la precámara del tapón de manera que todo el trayecto de la muestra se limpie y/o esterilice hasta la cámara del tapón antes de tomar la muestra. Sin embargo, el uso de una botella de cristal para tomar muestras puede implicar diversos inconvenientes. De este modo, en algunos casos, el muestreo se produce en un entorno de procesamiento en lugar de en un laboratorio y el cristal puede suponer un peligro potencial para el producto y el personal. Además, un sistema de botellas de cristal requiere previamente un mantenimiento, una separación, una limpieza, un ensamblado y pasar por el autoclave, dado que los productos son costosos y reutilizables. Los preparativos implican un riesgo implícito que depende del usuario en cuanto al interior estéril del contenedor de muestras.

El documento US 2005/132821 A1 divulga un dispositivo de muestreo como el mencionado a modo de introducción. El documento US 2005/132821 A1 divulga un receptáculo de fluido previamente esterilizado de dispositivo de muestreo que comprende un inserto de embocadura para su inserción en la embocadura de un receptáculo anfitrión de fluido, (tal como una tubería o vaso de bioreactor) de modo que se puedan retirar muestras de fluido secuencialmente y recogerse individualmente sin alterar, adulterar o afectar de otro modo cualquier proceso en curso que se esté produciendo dentro del anfitrión. Cuando se ha completado los procesos de dicho fluido, dispositivo de muestreo de fluido gastado (o parcialmente gastado) se retira, permitiendo una sustitución comparativamente sencilla con una unidad nueva antes de realizar otro de dichos procesos de fluido". Así, el documento US 2005/132821 A1 divulga una unidad que comprende un número de bolsas flexibles de muestreo que tienen, cada una, su propia válvula que abre directamente al contenedor desde donde se toman la muestras. La unidad comprende el inserto de embocadura, que está ajustado en una embocadura montada sobre el receptáculo anfitrión de fluido, de modo que un extremo interno del inserto de embocadura esté a ras con la superficie interna del receptáculo. El inserto de embocadura se inserta en la embocadura antes de cargar el receptáculo con fluido para ejecutar un proceso y la cara terminal interna del inserto de embocadura se esteriliza in situ.

El documento US 2007/0088252 A1 se refiere a un aparato y a un método para mezclar y transferir medicamentos y divulga un aparato ensamblado a partir de componentes fácilmente disponibles que se pueden adquirir en un envase estéril, comprendiendo tales componentes una bolsa flexible y una válvula de tres vías.

El documento US 4.423.741 se refiere a un muestreo a medio curso de un flujo de líquido en un catéter desde una cavidad corporal y divulga un catéter uretral acoplado a una bolsa de recogida a través de una válvula de tres vías

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que permite un muestreo a medio curso en un contenedor de muestreo o de captura de especímenes, tal como otra bolsa.

El objeto de la invención es por lo tanto proporcionar un dispositivo de muestreo alternativo que pueda garantizar un muestreo estéril sin el uso de una botella de cristal.

De acuerdo con la invención, este se obtiene por medio de un dispositivo de muestreo que está caracterizado por que la protección de esterilidad tiene forma de una válvula de tres vías entre el elemento de acoplamiento y el contenedor de muestras, es decir, una válvula con al menos tres vías hacia dentro y/o afuera de la válvula, proporcionándose la conexión de conductos a través de la válvula de tres vías, teniendo la válvula de tres vías una conexión al elemento de acoplamiento, una conexión al contenedor de muestras y una salida, y estando la válvula de tres vías, antes de su uso, en una posición cerrada en la que impide el acceso al interior del contenedor de muestras, cerrando así el contenedor de muestras, en donde la válvula de tres vías está provista de un dispositivo de bloqueo anti-manipulación que avisa a un usuario si la válvula se ha abierto potencialmente. El dispositivo de bloqueo anti-manipulación asegura que la válvula no se abra hasta que se vaya a usar el dispositivo de muestreo o avisa a un usuario si la válvula se ha abierto de modo que se haya comprometido la esterilidad. Además de prescindir del cristal, el uso de un contenedor de muestras con una pared flexible prescinde de la necesidad de una apertura de aireación dado que el contenedor de muestras puede expandirse a medida que se llena con una muestra. La protección de esterilidad asegura que el interior del contenedor de muestras se mantenga estéril hasta que se recoja la muestra, cuando será necesario romper la protección de esterilidad para permitir que la muestra entre en el contenedor de muestras. Para impedir el acceso al interior del contenedor de muestras, la válvula de tres vías cierra el contenedor de muestras. La protección de esterilidad comprende o está constituida por la válvula de tres vías, que evita que entre contaminación, tal como microorganismos transportados por vía área, en el contenedor de muestras en su posición cerrada. La válvula de tres vías permite la esterilización de la conexión entre una válvula de muestreo y el dispositivo de muestreo hasta la válvula de tres vías.

En una realización preferente, el dispositivo de muestreo es un producto de un solo uso, de modo que el fabricante del producto pueda asegurar de por sí la esterilidad.

Preferentemente, el dispositivo de muestreo comprende un indicador de temperatura, de modo que se pueda determinar cuándo se ha alcanzado la temperatura de esterilización si, por ejemplo, se usa vapor para la esterilización.

La salida de la válvula de tres vías puede estar provista de un conector de salida. Esto posibilita el montaje de una válvula de presión que solo se abre para el paso cuando hay una presión determinada presente en la válvula de tres vías, de modo que es posible obtener una temperatura más alta del vapor usado para la esterilización de la válvula de muestreo y la conexión al dispositivo de muestreo.

En este sentido, se debe entender que el dispositivo de muestreo se puede esterilizar, preferentemente, con vapor ya que preferentemente está hecho con materiales, al menos a partir del elemento de acoplamiento a la válvula de tres vías, ambos incluidos, que puedan tolerar una esterilización al vapor a las presiones y temperaturas usadas en la planta de procesamiento pertinente, por ejemplo, 100 KPa (1 bar) (g), 121 °C, véase
www.ehedg.org.

En una realización preferente, la válvula de tres vías comprende un alojamiento de válvula y un cuerpo de válvula móvil con al menos un paso pasante. Esto permite que la válvula esté diseñada con pocos componentes en beneficio de los costes de fabricación.

El dispositivo de bloqueo anti-manipulación preferentemente comprende un elemento desprendible que evita que la válvula de tres vías se coloque en cualquier posición distinta a la posición cerrada.

En una realización, el elemento desprendible comprende un elemento, en particular, un elemento de película, que encapsula la válvula de tres vías al menos parcialmente. El elemento de película puede ser una película retráctil sustancialmente no extensible.

En una realización preferente, el elemento desprendible comprende una parte del alojamiento de válvula, parte que bloquea el movimiento del cuerpo de válvula.

En una realización complementaria o alternativa, la protección de esterilidad comprende un envase estéril que encapsula al contenedor de muestras, al elemento de acoplamiento y a la conexión de conductos entre los mismos.

Preferentemente, la conexión de conductos entre el elemento de acoplamiento y el interior del contenedor de muestras tiene un diámetro interno de al menos 4 mm. Esto permite el muestreo de líquidos viscosos o de líquidos con partículas en suspensión.

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A continuación se describe la invención con más detalle por medio de ejemplos de realización y con referencia a unos dibujos esquemáticos, en los que

la Fig. 1 es una vista de una válvula de muestreo y de un dispositivo de muestreo de acuerdo con la invención, la Fig. 1a es una vista de la válvula de muestreo en su posición abierta,

la Fig. 2 es una vista en perspectiva y en primer plano de un elemento de acoplamiento y de una válvula de tres vías del dispositivo de muestreo de la Fig. 1,

la Fig. 3 es una vista parcialmente seccionada del dispositivo de muestreo de la Fig. 1, la Fig. 4 es una vista del dispositivo de muestreo en un envase,

las Figs. 5-8 son vistas en sección de la válvula de tres vías de la Fig. 2 en diferentes posiciones,

la Fig. 9 es una vista de un dispositivo de muestreo con una segunda realización de la válvula de tres vías, y

las Figs. 10 y 11 son vistas en sección de la segunda realización de la válvula de tres vías en diferentes

posiciones.

La Fig. 1 muestra una válvula de muestreo 1 que está montada en una pared de un contenedor (no mostrada) para permitir el muestreo del contenido del contenedor a través de una entrada de muestras 3 en la válvula de muestreo 1. Este además tiene un conector de salida de muestras 5, una entrada de limpieza 7, una cámara de válvula 9 y un cuerpo de válvula 11. La válvula de muestreo mostrada se corresponde sustancialmente en otros aspectos a la realización divulgada en el documento WO9012972A. Se debe entender que hay un paso libre a través de la cámara de válvula 9 desde la entrada de limpieza 7 hasta el conector de salida de muestras 5 alrededor del cuerpo de válvula 11, también cuando el cuerpo de válvula 11 cierra la entrada de muestras 3, como se muestra en la figura 1.

La Fig. 1 además muestra un dispositivo de muestreo 13 que comprende un contenedor de muestras 15 con una pared flexible 17 hecha de un material plástico adecuado. La pared 17 está dividida en paneles interconectados a través de líneas de soldadura y/o marcado 19 que facilitan el movimiento mutuo de los paneles relativamente rígidos entre un estado plano (no mostrado) y un estado desplegado del contenedor de muestras 15. El contenedor de muestras 15 está herméticamente sellado aparte de una abertura 21 en la que se ha encajado una sección de tubo 23. Se ha insertado una válvula de tres vías 25 en la sección de tubo 23 y en el extremo de la sección de tubo 23 se ha provisto un elemento de acoplamiento en forma de racor 27 para su conexión al conector de salida de muestras 5 de la válvula de muestreo 1. De esta manera, se ha provisto una conexión de conductos a través del racor 27, la sección de tubo 23, la válvula de tres vías 25 en su posición abierta, que se describe en detalle más adelante, y la abertura 21 hasta el interior del contenedor de muestras 15. Esta conexión de conductos está diseñada para que tenga un diámetro interno de al menos 4 mm, preferentemente, 6 mm, a lo largo de todo su curso para permitir el muestreo de líquidos viscosos o líquidos con partículas en suspensión sin riesgo alguno de que la conexión de conductos se bloquee.

En la realización mostrada en las Figs. 1-8, la válvula de tres vías 23 comprende un alojamiento de válvula 29 tubular, cilíndrico, a través del cual se extiende un cuerpo de válvula 31 cilíndrico. El alojamiento de válvula 29 tiene dos conexiones de tubo 33a y 33b opuestas que se abren al interior del alojamiento de válvula 29. En un extremo del alojamiento de válvula 29 está provisto un rebaje 35 con una parte poco profunda 35a y una parte profunda 35b que está parcialmente llena por un dispositivo de bloqueo anti-manipulación en forma de una parte desprendible 37 con una pestaña 39. La parte desprendible 37 está conectada al resto del alojamiento de válvula 29 a través de dos zonas lineales debilitadas 40.

El cuerpo de válvula 31 tiene un asidero 41 en un extremo y está provisto por el otro extremo de un conector 43 que hace tope contra el extremo adyacente del alojamiento de válvula 29. El cuerpo de válvula 31 es tubular con una cavidad interna interrumpida en la mitad de la longitud del cuerpo de válvula por un paso transversal 45 que está cerrado contra la cavidad. Adicionalmente, el cuerpo de válvula 31 tiene una abertura 47 en su costado, abertura 47 a través de la cual hay un paso hacia fuera a través del conector 43. Además, el cuerpo de válvula tiene una proyección 49 situada en la parte poco profunda 35a del rebaje 35 en el alojamiento de válvula 29 (Fig. 2). En consecuencia, el cuerpo de válvula 31 está en una posición cerrada en la que se impide el paso hacia el interior del contenedor de muestras 15 de manera que el contenedor de muestras 15 esté herméticamente sellado. En contraste, en esta posición del cuerpo de válvula 31 hay un paso hacia dentro a través del racor 27, la sección de tubo 23 conectada al mismo, la conexión de tubo 33a, la abertura 47 en el costado del cuerpo de válvula 31 y hacia fuera a través del conector 43.

En la realización mostrada, el racor 27 está diseñado como un acoplamiento a presión que tiene una parte 51 interna, ranurada, en forma de copa con garras internas 53 para su ensamblaje con una ranura anular en un conector, tal como el conector de salida de muestras 5, y que tiene una parte 55, externa, desplazable, en forma de copa para deslizarse hacia delante sobre la parte 51 con forma de copa para bloquear las garras en una ensambladura con el conector. El fondo de la parte 51 interna, en forma de copa, está adaptado para ensamblarse firmemente con el conector cuando las garras están en una ensambladura con la ranura del conector. En una realización alternativa, el racor o el elemento de acoplamiento podrían estar constituidos por un extremo de tubo posiblemente ampliado, adecuadamente flexible.

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Como se muestra en la Fig. 3 y se ha explicado antes, la válvula de tres vías 25 está en una posición en la que el contenedor de muestras 15 está herméticamente sellado. Dado que el contenedor de muestras 15 se ha esterilizado, por ejemplo, mediante una esterilización por radiación y dado que no se puede abrir debido a la presencia de la parte desprendible 37, la esterilidad del interior del contenedor de muestras 15 y el paso a la válvula de tres vías 25 están asegurados y la parte desprendible 37 constituye una protección de esterilidad.

La Fig. 4 muestra una variante del dispositivo de muestreo, en la que la válvula de tres vías 25' carece de la parte desprendible 37 en comparación con la realización de las Figs. 2 y 3. La válvula de tres vías está en la posición cerrada mostrada en las Figs. 2 y 3, pero el contenedor de muestras 15 con la sección de tubo 23, la válvula de tres vías 25' y el racor 27 está encapsulada en un envase 57 esterilizado, sellado de un tipo conocido per se para asegurar la esterilidad del interior del contenedor de muestras 15. En este caso, el envase 57 constituye una protección de esterilidad. Se debe entender que, para fines ilustrativos, el contenedor de muestras 15 de la Fig. 4 se muestra en su estado desplegado. En realidad, el contenedor de muestras 15 estará en su estado plano en el envase 57.

El dispositivo de muestreo se usa de la siguiente manera:

Se abre el envase 57 esterilizado y se retira si está presente. El racor 27 está conectado al conector de salida de muestras 5 de la válvula de muestreo 1. Entonces, se limpia y/o esteriliza la válvula de muestreo de la manera habitual con un fluido de limpieza, tal como vapor, que se hace pasar a través de la entrada de limpieza 7. El fluido de limpieza fluye a través de la cámara de válvula 9 y hacia fuera a través del conector de salida de muestras 5. A medida que se conecta el racor 27 al conector de salida de muestras 5, el fluido de limpieza fluye a través de la sección de tubo 23 entre el racor 27 y la válvula de tres vías 25, que en este punto está en su posición cerrada, como se ha descrito antes. Por lo tanto, el fluido de limpieza fluye hacia dentro a través de la conexión de tubo 33a, a través de la abertura 47 del cuerpo de válvula 31 cilíndrico y hacia fuera a través del conector 43. A medida que la válvula de tres vías 25 está en su posición cerrada mientras se retira cualquier envase y se conecta el racor 27 al conector de salida de muestras 5, se evita que el contenedor de muestras 15, debido a la elasticidad, se despliegue y aspire aire del entorno hacia dentro, lo que podría comprometer la esterilidad del interior del contenedor de muestras 15.

El conector 43 puede conectarse a un dispositivo para recoger el fluido de limpieza que fluye hacia fuera y/o una válvula de presión que solo se abre para un caudal de flujo cuando se ha obtenido cierta presión aguas arriba de la válvula de presión, de modo que, por ejemplo, se pueda obtener una mayor presión de vapor y de ese modo una temperatura más elevada en aquellas partes a través de las cuales fluye el fluido de limpieza o el vapor.

De esta manera, la válvula de muestreo 1 y el paso desde la misma hasta la válvula de tres vías 25 se limpia y/o esteriliza. En la realización mostrada, ha provisto un indicador de temperatura 59 de un tipo conocido per se que indica cuando se ha alcanzado una temperatura específica y cuando está asegurada la esterilidad, en la sección de tubo 23 entre el racor 27 y la válvula de tres vías 25.

La válvula de tres vías 25 está ahora abierta al retirar inicialmente la parte desprendible 37, si esta está presente. La válvula de tres vías 25 está, por tanto, en la posición mostrada en la Fig. 5.

Por medio del asidero 41, el cuerpo de válvula 31 cilíndrico se gira 90° a la posición mostrada en la Fig. 6, de ese modo, el paso desde la conexión de tubo 33a hasta el conector 43 está cerrado y la proyección 49 se lleva desde la parte poco profunda 35a del rebaje 35 hasta la parte profunda 35b.

El cuerpo de válvula 31 cilíndrico se presiona ahora hacia abajo hasta la posición mostrada en la Fig. 7, moviéndose la proyección 49 hasta el fondo de la parte profunda 35b del rebaje 35 y colocando el paso transversal 45 en alineación con las conexiones de tubo 33a y 33b. Ahora hay un paso abierto a través del tubo 23 y de ese modo desde la válvula de muestreo 1 hasta el interior del contenedor de muestras 15.

La válvula de muestreo 1 se abre de una manera conocida per se al mover el cuerpo de válvula 11 alejándose de la entrada de muestras 3 hasta la posición mostrada en la Fig. 1a y una cantidad deseada del contenido del contenedor, no mostrado, se recoge en el contenedor de muestras 15, que se expande por virtud de su flexibilidad a medida que se va llenando, tras lo cual el cuerpo de válvula 11 retorna a la posición mostrada en la Fig. 1.

A medida que la proyección 49 se desliza en una ranura 60 que se extiende en dirección circunferencial desde el fondo del extremo profundo 35b del rebaje 35, el cuerpo de válvula 31 cilíndrico se gira posteriormente otros 90° adicionales a la posición mostrada en la Fig. 8, de modo que todos los pasos de la válvula de tres vías 25 estén cerrados. Ahora se puede desconectar el racor 27 del conector de salida de muestras 5 y el contenedor de muestras 15 con la muestra se puede llevar al laboratorio para analizar la muestra sin ningún riesgo de que esta se contamine por el camino.

Las Figs. 9-11 ilustran un dispositivo de muestreo 13' como el que se muestra en las Figs. 1 y 3, por lo tanto, se proporcionan partes correspondientes con los mismos números de referencia, pero con una válvula de tres vías 25'

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diferente. Esto comprende un alojamiento de válvula 29' alargado con una dirección axial y una cámara que tiene una primera sección 61, coaxial, cilíndrica y una segunda sección 63 agrandada con relación al mismo. Una abertura de salida 65 y una conexión de tubo 33b' están provistas en una pared de extremo del alojamiento de válvula 29'. Un cuerpo de válvula 31' es axialmente desplazable en el alojamiento de válvula 29' y tiene una conexión de tubo 33a' coaxial y un orificio oculto 67 coaxial que se comunica con un paso transversal 69 en el cuerpo de válvula 31'. El cuerpo de válvula 31' está sellado con respecto a la primera sección 61 cilíndrica y coaxial de la cámara del alojamiento de válvula 29' y es axialmente móvil entre una posición cerrada, mostrada en la Fig. 10 y una posición abierta, mostrada en la Fig. 1.

En la pared del alojamiento de válvula 29', se ha provisto una abertura de salida 71 que se enrasa con el paso transversal 69 cuando el cuerpo de válvula 31' está en la posición cerrada. Esto hace que sea posible limpiar y/o esterilizar un paso a través del racor 27 y la sección de tubo 23 hasta la válvula de tres vías 25' como se ha descrito con referencia a las Figs. 1-8 y en particular a la Fig. 5.

El cuerpo de válvula 31' tiene un collarín anular 73 que hace tope contra un dispositivo de bloqueo anti-manipulación con la forma de una parte desprendible 37' con una pestaña 39'. La parte desprendible 37' está conectada al resto del alojamiento de válvula 29' a través de una zona lineal debilitada 40' y evita que el cuerpo de válvula 31' se mueva alejándose de la posición cerrada y de ese modo asegura la esterilidad del contenedor de muestras 15 de la misma manera que la parte desprendible 37 en la realización descrita anteriormente.

Cuando se ha retirado la parte desprendible 37', el cuerpo de válvula 31' puede presionarse axialmente en una dirección hacia al abertura de salida 65, evitando unas proyecciones 75 de la sección agrandada 63 de la cámara de válvula que el cuerpo de válvula bloquee la abertura de salida 65. En consecuencia, la válvula de tres vías 25' está en una posición abierta correspondiente a la posición abierta de la válvula de tres vías 25 mostrada en la Fig. 7, ya que hay un paso desde el tubo de conexión 33a' hasta el tubo conexión 33b' a través de un orificio oculto 67, el paso transversal 69, la sección agrandada 63 de la cámara del alojamiento de válvula 29', entre las proyecciones 75 y a través de la abertura de salida 65.

Cabe destacar que, en general, el contenedor de muestras está provisto de una segunda abertura 81 que está cerrada con un tapón roscado 83. Esta segunda abertura 81 posiblemente pueda usarse para drenar el contenido del contenedor de muestras después del muestreo. El contenedor de muestras también puede estar provisto de una membrana (no mostrada) para retirar parte de su contenido por medio de una jeringa. Además, el contenedor de muestras está provisto de un ojete 85 que permite suspender el contenedor de muestras 15.

Cabe destacar que las características descritas con relación a una realización podrían usarse en diversos casos como complemento o alternativa a otras de las realizaciones descritas. Se puede usar una película retráctil no extensible como dispositivo de bloqueo anti-manipulación en las válvulas de tres vías 25 y 25'.

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DESCRIPCION

Reactor con sistema de distribución de gas en la parte inferior

La presente invención está relacionada con un reactor para llevar a cabo un proceso exotérmico, tal como un proceso Fischer-Tropsch. Especialmente está relacionada con un reactor de lecho fijo que comprende un sistema de distribución de gas en la parte inferior del reactor. En una realización preferida el reactor comprende catalizadores sumamente porosos. La invención además está relacionada con el uso del reactor.

Como se explica en el documento WO 2005/075065, a menudo se usan procesos Fischer-Tropsch para la conversión de materias primas de alimentación de hidrocarburos gaseosos en hidrocarburos líquidos y/o sólidos. La materia prima de alimentación, p. ej. gas natural, gas asociado, metano en lecho de carbón, fracciones residuales (crudo) de aceite, carbón y/o biomasa es convertida en una primera etapa a una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono, también conocida como gas de síntesis. El gas de síntesis es convertido entonces en una segunda etapa sobre un catalizador adecuado a temperatura elevada y presión en compuestos parafínicos que van desde metano a moléculas de alto peso molecular que comprenden hasta 200 átomos de carbono, o, bajo circunstancias particulares, más.

Se han desarrollado numerosos tipos de sistemas de reactor para llevar a cabo la reacción Fischer-Tropsch. Los sistemas de reactor Fischer-Tropsch incluyen reactores de lecho fijo, en particular reactores de lecho fijo multi- tubulares, reactores de lecho fluidizado, tales como reactores de lecho fluidizado arrastrado y reactores de lecho fluidizado fijo, y reactores de lecho en suspensión, tales como columnas de burbuja en suspensión trifásicas y reactores de lecho bullente.

La reacción Fischer-Tropsch es sumamente exotérmica y sensible a la temperatura y así requiere control cuidadoso de temperatura para mantener unas condiciones de funcionamiento óptimas y selectividad de producto de hidrocarburo.

Los reactores comerciales en suspensión trifásicos y de Fischer Tropsch de lecho fijo típicamente utilizan agua en ebullición para retirar calor de reacción. En reactores de lecho fijo, se ubican tubos de reactor individuales dentro de una carcasa que contiene agua/vapor de agua típicamente alimentados al reactor por medio de bridas en la pared de carcasa. El calor de reacción sube la temperatura del lecho de catalizador dentro de cada tubo. Esta energía térmica es transferida a la pared de tubo forzando a que bulla el agua circundante. En el diseño en suspensión, se colocan tubos de enfriamiento dentro del volumen en suspensión y se trasfiere calor desde la matriz continua de líquido a las paredes de tubo. La producción de vapor de agua dentro de los tubos proporciona enfriamiento.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un reactor mejorado para llevar a cabo un proceso exotérmico, tal como un proceso Fischer-Tropsch.

La presente invención concierne a un reactor (1) para llevar a cabo un proceso exotérmico que comprende una carcasa de reactor (2), entradas (3, 7) para introducir reactantes y refrigerante en la carcasa de reactor (2), salidas (4, 8) para retirar producto y refrigerante de la carcasa de reactor (2), al menos dos tubos de reactor (9), una cámara de refrigerante (6), placas paralelas (16, 17) que separan la cámara de refrigerante (6) del espacio (15) por debajo de la cámara de refrigerante (6) y del espacio (13) por encima de la cámara de refrigerante (6), y un sistema de distribución de gas (11) por debajo de la cámara de refrigerante (6) que tiene una salida colocada en cada tubo de reactor (9), por lo que al menos dos tubos de reactor (9) se extienden a través de la cámara de refrigerante (6) para permitir comunicación de fluidos entre el espacio (15) por debajo de la cámara de refrigerante (6) y el espacio (13) por encima de la cámara de refrigerante (6), y en donde uno o más tubos de reactor comprenden un retenedor de catalizador en la parte superior y en la parte inferior del tubo de reactor. El reactor (1) según la presente invención comprende uno o más catalizadores sumamente porosos. Los catalizadores tienen un tamaño de al menos 1 mm. Los catalizadores comprenden un cuerpo poroso y un material catalizador. El cuerpo poroso tiene una porosidad dentro del intervalo entre el 50 y el 98 % en volumen.

Los catalizadores que tienen un tamaño de al menos 1 mm se definen como catalizadores que tienen una longitud recta interna más larga de al menos 1 mm. Preferiblemente, el catalizador sumamente poroso tiene poros con un tamaño de más de 10 mm. El material catalizador comprende un portador y un componente catalíticamente activo o precursor para el mismo. Un precursor de un componente catalíticamente activo se puede hacer catalíticamente activo sometiéndolo a hidrógeno o a un gas que contiene hidrógeno.

Un reactor según la presente invención tiene varias ventajas. Una ventaja de un reactor según la presente invención es que es posible tener una trasferencia de calor muy buena entre el catalizador y el medio de enfriamiento en la cámara de refrigerante en comparación con la trasferencia de calor entre el catalizador y el medio de enfriamiento en un reactor de lecho fijo que comprende un relleno de partículas de catalizador sólido. La trasferencia de calor en un reactor según la presente invención también es mejor en comparación con un reactor de lecho fijo multi-tubular que comprende un catalizador sumamente poroso en los tubos de reactor, en donde los gases de reactante fluyen desde la parte superior de los tubos de reactor hacia abajo a través de los tubos de reactor.

Una buena trasferencia de calor permite usar diámetros de tubo más grandes, y así menos tubos por volumen de

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reactor. Esto hace el reactor más simple de construir y funcionar.

Otra ventaja de un reactor según la presente invención es que se puede obtener una baja caída de presión a lo largo del tubo de reactor en comparación con un reactor de lecho fijo que comprende un relleno de partículas de catalizador sólido. Una baja caída de presión reduce los costes y el consumo de energía de los compresores de gas de alimentación y/o de gas de reciclaje.

Una ventaja adicional de un reactor según la presente invención es que se puede realizar más fácilmente y más fiable el aumento de escala en comparación con reactores en suspensión que comprenden partículas de catalizador fluidizado. Esto es porque el diseño de un reactor comercial se puede basar en pruebas a pequeña escala de un único tubo. El aumento de escala puede ser realizado simplemente y de manera fiable por multiplicación del número de tubos de reactor.

Otra ventaja de un reactor según la presente invención es que se puede obtener una distribución uniforme de catalizador dentro del reactor, independiente de condiciones de funcionamiento hidrodinámicas. Incluso se puede aplicar apilamiento de diferentes estructuras de catalizador dentro de un único tubo de reactor. Esto es una gran ventaja sobre los reactores en suspensión que comprenden un recipiente o carcasa con una pluralidad de tubos de refrigerante. Preferiblemente, se aplica un catalizador sumamente poroso como se describe más adelante, o un apilamiento o gradiente de diferentes catalizadores sumamente porosos como se describe más adelante.

Una ventaja adicional de un reactor según la presente invención es que el producto se puede separar fácilmente del catalizador. Esto es una gran ventaja sobre los reactores en suspensión que comprenden partículas de catalizador fluidizado.

La cámara de refrigerante (6) comprende al menos dos placas sustancialmente paralelas (16, 17) que separa la cámara de refrigerante (6) del espacio (15) por debajo de la cámara de refrigerante (6) y el espacio (13) por encima de la cámara de refrigerante (6). Tales placas sustancialmente paralelas (16, 17) preferiblemente son sustancialmente horizontales. Preferiblemente al menos dos tubos de reactor (9) que se extienden a través de la cámara de refrigerante (6) también se extienden a través de las placas al menos sustancialmente paralelas (16, 17) de la cámara de refrigerante (6).

El reactor preferiblemente comprende menos de 50000 tubos de reactor, más preferiblemente menos de 30000, incluso más preferiblemente menos de 10000, lo más preferiblemente menos de 5000. El reactor preferiblemente comprende al menos 10 tubos de reactor, más preferiblemente al menos 100, incluso más preferiblemente al menos 1000, lo más preferiblemente al menos 2000.

Los tubos de reactor preferiblemente tienen una longitud de más de 1 metro, más preferiblemente más de 5 metros, incluso más preferiblemente más de 7 metros. Los tubos de reactor preferiblemente tienen una longitud de menos de 70 metros, más preferiblemente menos de 40 metros, incluso más preferiblemente menos de 20 metros.

Los tubos de reactor preferiblemente tienen un diámetro interior de al menos 1 cm, más preferiblemente al menos 2 cm, incluso más preferiblemente al menos 5 cm. Los tubos de reactor preferiblemente tienen un diámetro interior de menos de 30 cm, más preferiblemente menos de 20 cm, incluso más preferiblemente menos de 15 cm.

Preferiblemente al menos el 70 %, más preferiblemente al menos el 80 % de cada tubo de reactor está en la cámara de refrigerante.

Las entradas para introducir refrigerante en la carcasa de reactor y las salidas para retirar refrigerante de la carcasa de reactor están preferiblemente entre las placas paralelas que separan la cámara de refrigerante del espacio por debajo de y del espacio por encima de la cámara de refrigerante. Más preferiblemente, se colocan una o más entradas de refrigerante justo por encima de la placa paralela más baja de la cámara de refrigerante, y una o más salidas de refrigerante se colocan justo por debajo de la placa paralela más alta de la cámara de refrigerante.

Las entradas para introducir reactantes en la carcasa de reactor preferiblemente están por debajo de la cámara de refrigerante. Una o más entradas para introducir reactantes se pueden situar a través de la carcasa de reactor sustancialmente vertical por debajo de la cámara de refrigerante y/o se pueden situar a través de la cúpula en la parte inferior del reactor. Una entrada para introducir reactantes preferiblemente comprende una tobera.

El gas reactante se distribuye y suministra a tubos de reactor individuales. El sistema de distribución de gas 11 pasa gas desde la entrada 3 a tubos de reactor 9 por medio de salidas de sistema de distribución que se colocan en tubos de reactor. El gas reactante, por ejemplo gas de síntesis, fluye hacia arriba a través de los catalizadores en los tubos de reactor y es convertido en productos. Generalmente no todo el gas de síntesis que atraviesa un catalizador es convertido en productos.

En una realización, el sistema de distribución de gas comprende un sistema de tuberías sustancialmente horizontales que se instala por debajo de los tubos, p. ej. en filas. Las tuberías tienen varias salidas de gas reactante. Las tuberías, por ejemplo, pueden ser perforadas. Adicionalmente o como alternativa, las tuberías, por ejemplo, pueden tener pequeñas tuberías en dirección vertical que guían el gas adentro de los tubos individuales. En

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una realización preferida las pequeñas tuberías se extienden adentro de la parte inferior de los tubos.

A fin de tener un mínimo número de entradas de gas reactante a través de la carcasa de reactor, una realización comprende un sistema de distribución de gas con filas de tuberías que comprenden salidas de gas reactante, y por lo que las filas de tuberías se conectan a un sistema de tuberías de distribución más grande. El sistema de tuberías de distribución más grande puede ser, por ejemplo, en forma de anillo.

En una realización preferida, el sistema de distribución de gas se diseña de manera que cada tubo de reactor que es suministrado con gas reactante recibe una cantidad similar de gas reactante. Esto asegura una conversión uniforme por todo el reactor. Esto también contribuye a una buena trasferencia de calor tanto por conversión uniforme como por movimiento de líquido uniforme en el reactor.

Las salidas para retirar producto pueden estar por encima y/o por debajo de la cámara de refrigerante. Las salidas para retirar producto pueden adicionalmente o como alternativa estar al nivel de la cámara de refrigerante. Una salida por encima de la cámara de refrigerante puede, por ejemplo, comprender un rebosadero. La extracción de líquido a través de una salida por debajo de la cámara de refrigerante puede, por ejemplo, basarse en control de nivel. En caso de control de nivel, el nivel de producto líquido en el reactor proporciona un punto establecido para extracción por medio de un controlador flujo. Preferiblemente el reactor comprende una salida por debajo de la cámara de refrigerante. Cuando se retira producto por debajo de la cámara de refrigerante nada o casi nada de gas será extraído con el producto líquido. Producto retirado por debajo de la cámara de refrigerante probablemente contendrá así menos productos gaseosos, p. ej. H2O, productos de C4, CO2, CO y H2, en comparación con producto retirado por encima de la cámara de refrigerante. Una salida por debajo de la cámara de refrigerante también proporciona la posibilidad de vaciar el reactor

Lo más preferiblemente la descarga de producto es según el control de nivel. Por ejemplo, un control de nivel con un intervalo de varios metros se puede colocar por encima de la cámara de refrigerante para regular una válvula en una salida para retirar producto por debajo de la cámara de refrigerante. En ese caso se descarga producto líquido por medio de la salida por debajo de la cámara de refrigerante según el control de nivel por encima de la cámara de refrigerante.

En una realización preferida, durante el uso del reactor según la invención, la cantidad de líquido en el reactor es suficientemente grande como para tener el catalizador en los tubos de reactor sumergido en líquido, incluso cuando no está fluyendo gas reactante al reactor. Esto se puede ajustar por medio de control de nivel.

Durante el uso del reactor según la invención, hay flujo ascendente de gas, o flujo ascendente de corriente simultánea de gas y líquido.

En una realización preferida, el reactor comprende tubos de reactor así como uno o más tubos de reciclaje de líquido. Los tubos de reactor contienen catalizador durante el uso del reactor. Los tubos de reciclaje de líquido son tubos que no contienen catalizador durante el uso del reactor. Un tubo de reciclaje de líquido (18) se puede extender a través de la cámara de refrigerante (6) para permitir comunicación de fluidos entre el espacio (15) por debajo de la cámara de refrigerante (6) y el espacio (13) por encima de la cámara de refrigerante (6). Durante el uso, se trasfiere líquido hacia arriba en los tubos de reactor (9) debido al gas reactante que pasa a través de los tubos de reactor, y se mueve líquido hacia abajo en uno o más tubos de reciclaje de líquido (18). Se encontró que se puede lograr una trasferencia de calor óptima usando un reactor que comprende tubos de reciclaje de líquido.

El reactor puede comprender tubos de reciclaje de líquido de un tamaño diferente a los tubos de reactor: pueden tener un diámetro interior diferente y/o una longitud diferente. Como alternativa, los tubos de reciclaje de líquido pueden tener el mismo tamaño que los tubos de reactor. En ese caso, se puede elegir llenar la mayoría de tubos con catalizador y dejar algunos tubos vacíos, es decir, usar la mayoría de tubos como tubos de reactor y algunos tubos como tubos de reciclaje de líquido, antes de usar el reactor. Preferiblemente no se alimenta gas reactante al tubo de reciclaje de líquido.

En caso de que un tubo que se puede usar como tubo de reactor no se llene con catalizador a fin de usar este tubo como tubo de reciclaje de líquido, no se alimenta gas reactante a este tubo de reciclaje de líquido. En un caso de este tipo puede así ser necesario cerrar una salida del sistema de distribución de gas si este está presente por debajo o en el tubo.

En una realización, el reactor comprende uno o más tubos de reciclaje de líquido que se sitúan fuera de la carcasa de reactor. Un tubo de reciclaje de líquido de este tipo atraviesa la carcasa de reactor en dos ubicaciones diferentes. Un tubo de reciclaje de líquido (18) situado fuera de la carcasa de reactor se puede extender a través de la carcasa de reactor (2) por encima y por debajo de la cámara de refrigerante (6) para permitir comunicación de fluidos entre el espacio (13) por encima de la cámara de refrigerante (6) y el espacio (15) por debajo de la cámara de refrigerante (6). Esto permite un flujo de líquido bajando por los tubos de reciclaje de líquido fuera de la carcasa de reactor durante el uso del reactor.

En una realización preferida, el reactor comprende una salida superior 5. En ese caso gas que no ha reaccionado y opcionalmente producto gaseoso pueden dejar el reactor por medio de la salida superior 5. Si está presente,

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preferiblemente se sitúa una o más salidas superiores 5 por encima de la cámara de refrigerante, y pueden ser situadas a través de la carcasa de reactor sustancialmente vertical por encima de la cámara de refrigerante y/o pueden ser situadas a través de la cúpula en la parte superior del reactor. La salida superior preferiblemente comprende una tobera.

En una realización preferida, el reactor comprende una salida superior a través de la cúpula en la parte superior del reactor y un separador gas-líquido, p. ej. un desnebulizador o un ciclón, en el reactor por debajo de la salida superior. Se puede usar un separador gas-líquido para limitar la cantidad de material que deja el reactor a través de la salida superior, y aumentar la cantidad de material que deja el reactor por medio de una salida de producto.

El reactor de la presente invención es especialmente adecuado para llevar a cabo un proceso Fischer-Tropsch. Cuando se usa como reactor Fischer-Tropsch, un reactor según la presente invención permite comunicación de fluidos de gas de síntesis e hidrocarburos fluidos entre el espacio (15) por debajo de la cámara de refrigerante (6) y el espacio (13) por encima de la cámara de refrigerante (6) a través de los al menos dos tubos de reactor (9) que se extienden a través de la cámara de refrigerante (6).

Cuando se usa como reactor Fischer-Tropsch, el gas de síntesis es convertido a hidrocarburos. Los productos de conversión pueden estar en fase líquida, o fase parcial líquida y parcial gas bajo condiciones de funcionamiento de reactor.

Durante funcionamiento normal, los tubos de reactor son llenados con producto líquido y se burbujea el gas reactante a través del producto líquido. Se esta manera se obtiene una trasferencia de calor óptima desde el catalizador a la cámara de refrigerante por medio del producto líquido. De esta manera también se puede lograr una buena trasferencia de reactantes a las estructuras de catalizador. Durante funcionamiento normal como reactor Fischer Tropsch, los tubos de reactor se llenan con hidrocarburos líquidos y se burbujea el gas de síntesis a través de los hidrocarburos líquidos. De esta manera se obtiene una trasferencia de calor óptima desde el catalizador a la cámara de refrigerante por medio de los hidrocarburos líquidos.

Preferiblemente se suministra refrigerante a la cámara de refrigerante por medio de una o más entradas en el lado inferior de la cámara de refrigerante, y preferiblemente deja la cámara de refrigerante por medio de una o más salidas en el lado superior de la cámara de refrigerante. Un refrigerante muy adecuado es agua y/o vapor de agua. Se puede hacer circular agua en ebullición a través de un sistema de termosifón de circulación natural con un tambor de vapor de agua. Como alternativa, como refrigerante se pueden usar hidrocarburos en ebullición tal como queroseno.

Un reactor según la presente invención comprende un catalizador sumamente poroso. El catalizador tiene un tamaño de al menos 1 mm. Catalizadores que tienen un tamaño de al menos 1 mm se definen como catalizador que tienen una longitud recta interna más larga de al menos 1 mm. Cuando es de suficiente tamaño, el catalizador sumamente poroso se puede fijar en un tubo de reactor.

El catalizador preferiblemente comprende un cuerpo poroso y un material catalizador. Al catalizador también se le hace referencia como cuerpo de catalizador. El cuerpo poroso actúa como soporte para el material catalizador. El material catalizador comprende un portador y un componente catalíticamente activo o precursor para el mismo. Un precursor de un componente catalíticamente activo se puede hacer catalíticamente activo sometiéndolo a hidrógeno o a un gas que contiene hidrógeno.

Un catalizador, o cuerpo de catalizador, se define para esta memoria descriptiva como cuerpo que es catalíticamente activo, o que se puede hacer catalíticamente activo al someterlo a hidrógeno o a un gas que contiene hidrógeno. Por ejemplo, el cobalto metálico es catalíticamente activo en una reacción Fischer-Tropsch. En caso de que el catalizador, o cuerpo de catalizador, comprenda un compuesto de cobalto, el compuesto de cobalto se puede convertir a cobalto metálico al someterlo a hidrógeno o un gas que contiene hidrógeno. A someter a hidrógeno o a un gas que contiene hidrógeno a veces se le hace referencia como reducción o activación.

Cuando a un catalizador se le hace referencia como que comprende una cierta cantidad de metal catalíticamente activo, se hace referencia a la cantidad de átomos de metal en el catalizador que son catalíticamente activos cuando está en forma metálica. Un catalizador que comprende un compuesto de cobalto, por ejemplo, es considerado así como catalizador que tiene una cierta cantidad de átomos de cobalto catalíticamente activos. Un catalizador comprende así una cierta cantidad de metal catalíticamente activo, independientemente de su estado de oxidación.

Los cuerpos porosos pueden ser de formas regulares o irregulares, o una mezcla de las mismas. Se incluyen cilindros, cubos, esferas, ovoides y polígonos de otras formas.

En una realización preferida los cuerpos porosos tienen una forma seleccionada del grupo que consiste en forma de gaza, panal, monolito, esponja, espuma, malla, tela de araña, construcción en lámina y estera tejida, o cualquier combinación de estas.

Los cuerpos porosos pueden ser una combinación de formas tales como las enumeradas anteriormente. Por ejemplo, los cuerpos porosos pueden hacerse de material en forma de panal y tener una forma exterior circular. Otro

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ejemplo es un cilindro hecho de estera tejida.

Los cuerpos porosos se pueden hacer de cualquier material inerte que pueda aguantar condiciones dentro del reactor. Los cuerpos porosos se pueden hacer de óxidos refractarios, por ejemplo óxido de titanio, sílice, alúmina. Los cuerpos porosos se hacen preferiblemente de metales, por ejemplo acero inoxidable, hierro o cobre.

La porosidad dentro de los cuerpos porosos, es decir, la oquedad interna de los cuerpos porosos antes de la aplicación del material catalizador sobre los cuerpos porosos, está dentro del intervalo entre el 50 y el 98 % en volumen; preferiblemente la oquedad interna es menos del 95 % en volumen; preferiblemente la oquedad interna es más del 60 % en volumen, más preferiblemente más del 70 % en volumen, incluso más preferiblemente más del 80 % en volumen, y lo más preferiblemente más del 90 % en volumen, calculado sobre el volumen circunferencial de los cuerpos porosos.

La porosidad del catalizador, o cuerpo de catalizador, es decir, que incluye el material catalizador y el cuerpo poroso, es al menos el 50 % en volumen y es preferiblemente al menos el 65 % en volumen, más preferiblemente alrededor del 85 % en volumen, calculado sobre el volumen circunferencial del cuerpo de catalizador.

La oquedad externa de los catalizadores, o cuerpos de catalizador, es decir, que incluye el material catalizador y los cuerpos porosos, in situ en un tubo de reactor está en el intervalo entre el 0 y el 60 % en volumen, calculado sobre el volumen de tubo de reactor fuera de los volúmenes circunferenciales de los catalizadores, o cuerpos de catalizador, en el tubo de reactor.

En otras palabras, tubos de reactor pueden ser llenados completamente con uno o más catalizadores porosos (cuerpos de catalizador). En ese caso la oquedad externa in situ en el tubo de reactor es el 0 % en volumen, y todo el gas reactante y producto líquido atravesarán la estructura porosa de los cuerpos de catalizador. Como alternativa, puede haber espacio alrededor de los volúmenes circunferenciales de los cuerpos de catalizador in situ en un tubo de reactor. En ese caso la oquedad externa in situ en el tubo de reactor puede ser hasta el 60 % en volumen, y gas reactante y producto líquido atravesarán la estructura porosa de los cuerpos de catalizador y alrededor de los volúmenes circunferenciales de los cuerpos de catalizador.

Por ejemplo, en caso de un cuerpo de catalizador poroso en forma de rosquilla hecho de alambres de metal cubiertos con material catalizador, el volumen circunferencial no incluirá el orificio interior de la forma de rosquilla. En caso de cuerpos de catalizador en forma de rosquilla apilados irregularmente, gas reactante y producto líquido atravesarán la estructura porosa de los cuerpos de catalizador y alrededor de los volúmenes circunferenciales de los cuerpos de catalizador. Cuando pasan alrededor del volumen circunferencial de un cuerpo de catalizador, fluidos pueden pasar el cuerpo de catalizador por todos lados, incluso a través del orificio interior del cuerpo de catalizador en forma de rosquilla.

La porosidad de los cuerpos de catalizador, en otras palabras los volúmenes abiertos dentro de los cuerpos de catalizador, deben ser suficientes para facilitar un flujo a través eficiente de reactantes, mientras al mismo tiempo el área superficial específica de cada cuerpo de catalizador debe ser tan grande como sea posible para aumentar la exposición de reactantes al material catalizador.

Cuerpos porosos adecuados sobre los que se puede aplicar el material catalizador, se pueden preparar internamente u obtenerse comercialmente. Un ejemplo de un fabricante de cuerpos porosos adecuados es el Instituto Fraunhofer para Técnicas de Fabricación y Materiales Avanzados en Dresden, Alemania. El Instituto Fraunhofer promociona y vende, por ejemplo, fibras metálicas extraídas de masa derretida, y estructuras de fibra sumamente porosas que pueden tener forma cilíndrica o esférica. Otro ejemplo de un fabricante de cuerpos porosos adecuados es Rhodius. Rhodius promociona y vende, por ejemplo, mallas de punto de alambre de diversas formas, con diversos grosores y con diversas densidades. Otro ejemplo de fabricante de cuerpos porosos adecuados es Fibretech.

El material catalizador puede ser aplicado a los cuerpos porosos. Preferiblemente, a los cuerpos porosos se aplica una capa delgada de material catalizador.

La capa de material catalizador es preferiblemente suficientemente delgada como para evitar limitación de trasporte de masa por difusión (disminución de presión parcial de CO y/o hidrógeno y/o cambio desfavorable de la relación hidrógeno/monóxido de carbono dentro de la capa de catalizador) de los componentes de gas de síntesis dentro de la capa de material catalizador. El grosor de la capa de material catalizador se aumenta preferiblemente hasta el comienzo de la limitación de trasporte de masa. No hay límite superior al grosor de la capa de material catalizador sobre los cuerpos porosos distinto a la oquedad restante tras la aplicación del material catalizador sobre el cuerpo poroso por razones hidrodinámicas.

Se prefiere que la fracción de material catalizador de los cuerpos de catalizador sea al menos aproximadamente el 1 % en volumen y preferiblemente mayor de aproximadamente el 4 % en volumen (con referencia al volumen de los cuerpos de catalizador), con un máximo preferido del 25 % en volumen.

Preferiblemente el material catalizador se aplica como capa a los cuerpos porosos, típicamente en un grosor de

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aproximadamente 1 a aproximadamente 300 micrómetros y preferiblemente de aproximadamente 5 a aproximadamente 200 micrómetros.

En la técnica se conocen métodos generales para preparar catalizador o materiales, véanse por ejemplo los documentos US 4409131, US 5783607, US 5502019, WO 0176734, CA 1166655, US 5863856 y US 5783604. Estos incluyen preparación por co-precipitación e impregnación. Tales procesos también podrían incluir cambio repentino de temperatura.

El material catalizador puede comprender uno o más metales u óxidos de metal como promotores, más particularmente uno o más d-metales u óxidos de d-metal.

Preferiblemente el catalizador es un catalizador Fischer-Tropsch. En la técnica se conocen catalizadores Fischer- Tropsch, y típicamente incluyen un componente de metal de Grupo 8-10, preferiblemente cobalto, hierro y/o rutenio, más preferiblemente cobalto.

Referencias a "Grupos" y a la Tabla Periódica como se emplea en esta memoria están relacionadas con la nueva versión IUPAC de la Tabla Periódica de Elementos tales como la descrita en la 87a Edición de la Guía de Química y Física (CRC Press).

Promotores adecuados de óxido de metal se pueden seleccionar de los Grupos 2-7 de la Tabla Periódica de Elementos, o los actínidos y lantánidos. En particular, óxidos de magnesio, calcio, estroncio, bario, escandio, itrio, lantano, cerio, titanio, circonio, hafnio, torio, uranio, vanadio, cromo y manganeso son los promotores más adecuados.

Promotores de metal adecuados se pueden seleccionar de los Grupos 7-10 de la Tabla Periódica. Manganeso, hierro, renio y metales nobles de Grupo 8-10 son particularmente adecuados, prefiriéndose especialmente platino y paladio.

Cualquier promotor está presente típicamente en una cantidad de 0,1 a 60 partes en peso por 100 partes en peso de un portador. Sin embargo se apreciará que la cantidad óptima de promotor puede variar para los elementos respectivos que actúan como promotores.

Típicamente el material catalizador comprende un material portador tal como un óxido inorgánico poroso, preferiblemente alúmina, sílice, titania, circonia o mezclas del mismo. El material portador más preferido es la titania. El portador se podría añadir sobre los cuerpos porosos antes de la adición del metal catalíticamente activo, por ejemplo mediante impregnación. Adicionalmente o como alternativa, el metal catalíticamente activo y material portador podrían mezclarse y luego añadirse a los cuerpos porosos. Por ejemplo, podría formarse una forma en polvo del material catalizador en una suspensión, y entonces recubrir por rociado sobre los cuerpos porosos.

Un catalizador adecuado comprende cobalto como metal catalíticamente activo y circonio como promotor. Otro catalizador adecuado comprende cobalto como metal catalíticamente activo y manganeso y/o vanadio como promotor.

En una realización, el reactor de la presente invención comprende cuerpos porosos de los que más del 95 % en peso, más preferiblemente más del 99 % en peso, lo más preferiblemente más del 99,9 % en peso, tiene un tamaño en el intervalo de 1 mm a 50 mm, preferiblemente de 1 mm a 30 mm, calculado sobre el peso total de los cuerpos porosos en el reactor.

Cuerpos de catalizador que comprenden cuerpos porosos con un tamaño mínimo de 1 mm y un tamaño máximo de hasta 50 mm se pueden fijar dentro de un tubo de reactor. Como alternativa, pueden ser movibles dentro de un tubo de reactor para buscar la trasferencia catalítica y la trasferencia de calor más uniformes, pero sin fijarse dentro del tubo de reactor. Con retenedores de catalizador se puede asegurar que los cuerpos de catalizador movibles permanezcan dentro del tubo de reactor.

En una realización, el reactor de la presente invención comprende cuerpos de catalizador grandes, es decir, mayores de 50 mm, por ejemplo hasta 500 mm, incluso hasta 2 m. Preferiblemente, el reactor de la presente invención comprende cuerpos porosos de los que más del 95 % en peso, más preferiblemente más del 99 % en peso, lo más preferiblemente más del 99,9 % en peso, tienen un tamaño en el intervalo de 50 mm a 2 mm, preferiblemente de 50 cm a 1 mm, calculado sobre el peso total de los cuerpos porosos en el reactor. Cuerpos de catalizador de más de 50 mm pueden ser inmovilizados dentro de un tubo de reactor.

Un tubo de reactor en un reactor según la presente invención comprende un retenedor de catalizador en la parte superior y en la parte inferior del tubo de reactor. Lo más preferiblemente los tubos de reactor en el reactor comprenden tanto un retenedor de catalizador en la parte superior como un retenedor de catalizador en la parte inferior. Un retenedor de catalizador permite que pasee gas y líquido a través, pero no permite que los cuerpos de catalizador vayan a través. Un ejemplo de un retenedor de catalizador adecuado es un retenedor de catalizador hecho de gaza con un tamaño de malla suficiente. Un retenedor de catalizador se puede colocar en una abertura de un tubo de catalizador, y preferiblemente se coloca en el interior de un tubo de catalizador.

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En una realización, un tubo de reactor en un reactor según la presente invención puede ser llenado con cuerpos de catalizador porosos de manera apilada. En una realización, un tubo de reactor en un reactor según la presente invención puede ser llenado con cuerpos de catalizador porosos para formar un gradiente.

En la longitud de un tubo de reactor se pueden variar varias propiedades. Por ejemplo, la oquedad interna de los cuerpos de catalizador en la parte superior de un tubo de reactor puede ser menor que en la parte inferior. Por ejemplo, la oquedad externa de los cuerpos de catalizador en la parte superior de un tubo de reactor puede ser menor que en la parte inferior. Por ejemplo, la cantidad de material catalizador sobre los cuerpos porosos puede ser mayor en la parte superior del tubo de reactor que en la parte inferior. La cantidad de material catalíticamente activo en el material catalizador sobre los cuerpos porosos puede ser mayor en la parte superior del tubo de reactor que en la parte inferior. Los cuerpos de catalizador en la parte superior del tubo de reactor pueden comprender un metal catalíticamente activo diferente que los cuerpos de catalizador en la parte inferior. Los cuerpos de catalizador en la parte superior del tubo de reactor pueden tener una forma diferente en comparación con los cuerpos de catalizador en la parte inferior del tubo.

En una realización, los tubos de reactor pueden ser llenados con cuerpos de catalizador de manera apilada, por ejemplo cargando de dos a cuatro capas una sobre otra, por lo que cada capa tiene una actividad catalítica diferente. En un caso de este tipo cada capa colocada encima de otra capa puede tener una actividad catalítica intrínseca mayor que la capa de debajo. En un reactor según la invención, el reactor así puede comprender uno o más tubos de reactor en los que una o más capas de cuerpos de catalizador en la parte superior del tubo de reactor tienen una actividad intrínseca más alta que una o más capas de cuerpos de catalizador en la parte inferior del tubo de reactor.

La invención se extiende al uso de un reactor según la presente invención como reactor Fischer Tropsch.

La invención además se extiende a un proceso para realizar una reacción Fischer Tropsch que comprende las etapas:

- proporcionar gas de síntesis a un reactor según la invención

- retirar producto de Fischer Tropsch del reactor.

La reacción Fischer-Tropsch es realizada preferiblemente a una temperatura en el intervalo de 125 a 400 °C, más preferiblemente de 175 a 300 °C, lo más preferiblemente de 200 a 260 °C. La presión preferiblemente va de 5 a 150 bar, más preferiblemente de 20 a 80 bar. La velocidad espacial horaria gaseosa puede variar dentro de intervalos amplios y está típicamente en el intervalo de 500 a 10000 Nl/l/h, preferiblemente en el intervalo de 1500 a 4000 Nl/l/h. La relación de hidrógeno a CO de la alimentación tal como se alimenta al lecho de catalizador generalmente está en el intervalo de 0,5:1 a 2:1.

Productos de la síntesis Fischer-Tropsch pueden ir de metano a hidrocarburos pesados. Preferiblemente, la producción de metano se minimiza y una porción sustancial de los hidrocarburos producidos tiene una longitud de cadena de carbono de al menos 5 átomos de carbono. Preferiblemente, la cantidad de hidrocarburos C5+ es al menos el 60 % en peso del producto total, más preferiblemente, al menos el 70 % en peso, incluso más preferiblemente, al menos el 80 % en peso, lo más preferiblemente al menos el 85 % en peso. La conversión de CO del proceso total es preferiblemente al menos el 50 %.

La forma, tamaño y configuración de los tubos de reactor y su disposición dentro de un reactor con controlados principalmente por factores tales como la capacidad, condiciones de funcionamiento y requisitos de enfriamiento del reactor. Los tubos de reactor pueden tener cualquier sección transversal que permita un relleno eficiente del catalizador dentro de un reactor, por ejemplo, los tubos de reactor pueden ser de circulares, cuadrados, triangulares, rectangulares, trapezoidales (especialmente cubriendo tres triángulos equiláteros) o sección transversal hexagonal. Un tubo de reactor que tiene una sección transversal circular es ventajoso desde el punto de vista de facilidad de fabricación, estabilidad mecánica y para proporcionar trasferencia de calor uniforme.

Ahora se explicará más en detalle la invención con referencia al dibujo, que muestra un ejemplo de un reactor según la invención.

La figura 1 es una sección transversal vertical de un reactor según la presente invención; el catalizador en los tubos de reactor no se muestra.

La figura 1 muestra un reactor 1 para llevar a cabo un proceso exotérmico, tal como un proceso Fischer-Tropsch, que comprende una carcasa de reactor 2, una entrada de reactante 3, una salida de producto 4, una salida superior 5, una cámara de refrigerante 6 que comprende una entrada 7 y salida 8 para un refrigerante, y tubos de reactor 9. El reactor 1 comprende además un sistema de distribución de gas 11 por debajo de la cámara de refrigerante 6. El espacio por debajo de la cámara de refrigerante 6 es indicado en la figura 1 con el número 15.

Placas paralelas 16 y 17 separan la cámara de refrigerante 6 del espacio 15 por debajo de la cámara de refrigerante 6 y del espacio 13 por encima de la cámara de refrigerante 6.

Durante el funcionamiento, se alimenta gas de síntesis a través de la entrada 3 al sistema de distribución de gas 11 y adentro de los tubos de reactor 9 que comprenden el catalizador. Como se indica en la figura 1, el sistema de distribución de gas 11 pasa gas adentro de los tubos de reactor 9 por medio de salidas de sistema de distribución que, en este caso, se colocan dentro de cada tubo de reactor.

5 Los reactantes gaseosos atraviesan los tubos de reactor 9, como se indica en la figura 1 con la flecha 10.

Tendrá lugar reciclaje de líquido por medio del tubo de reciclaje de líquido 18. Como se indica con la flecha en el tubo de reciclaje de líquido 18, fluirá líquido bajando el tubo 18.

La parte superior del reactor 1 comprende una cúpula 12 que tiene un diámetro interior igual al de la sección cilíndrica principal del reactor 1. El espacio por encima de la cámara de refrigerante es indicado en la figura 1 con el 10 número 13. En el espacio 13 por encima de la cámara de refrigerante 6 el producto puede subir a un cierto nivel. En la figura 1 se indica el nivel de líquido 14 del producto. Puede pasar gas saliente a través del espacio 13 por encima de la cámara de refrigerante 6 a la salida superior 5. Se descarga producto líquido por medio de la salida 4 por debajo de la cámara de refrigerante 6 según el control de nivel (no se muestra) por encima de la cámara de refrigerante 6.

15 Durante el funcionamiento, se alimenta refrigerante, típicamente agua y/o vapor de agua, a través de la entrada 7 a la cámara de refrigerante. Ahí, el refrigerante es calentado y descargado por medio de la salida 8. Se transfiere calor desde el catalizador en los tubos de reactor 9 al refrigerante en la cámara de refrigerante 6.

La invención no se limita a la realización descrita anteriormente, que puede ser variada de varias maneras dentro del alcance de las reivindicaciones. Por ejemplo, se puede usar más de una cámara de refrigerante.

20 En un ejemplo adicional, el reactor según la presente invención se puede usar para otros procesos exotérmicos, incluidos hidrogenación, hidroformilación, síntesis de alcanol, la preparación de uretanos aromáticos usando monóxido de carbono, síntesis de Kolbel-Engelhard y síntesis de poliolefina.