ES2710353T3 - Dispositivo de distribución y uso del mismo en un proceso de distribución de cargas mezcladas sobre lechos fijos de catalizadores en reactores de flujo descendente - Google Patents

Abstract

Dispositivo de distribución de cargas mezcladas sobre lechos fijos de catalizadores en reactores de flujo descendente que comprenden una bandeja (4) localizada encima de la superficie de los lechos fijos de unos catalizadores (6, 12) drenados por una serie 5 de tubos de drenaje (5) distribuidos a lo largo de la superficie de dicha bandeja (4), dichos tubos de drenaje (5): (i) se distribuyen uniformemente a lo largo de la superficie de la bandeja (4); y (ii) comprenden unos segmentos del tubo (17) abiertos en o adyacentes a ambas extremidades, y en la pared de los segmentos del tubo (17) hay al menos un par de orificios (24), dispuestos de manera diametralmente opuesta y distanciados verticalmente de la superficie de la bandeja (4), teniendo los segmentos del tubo (17) una tapa (18) drenada por unos puertos laterales (19) caracterizados por que una varilla rígida (20): (a) está sujeta a dicha tapa (18) en su extremidad interior, y en o adyacente a la extremidad opuesta de dicha varilla (20) está conectado un cono deflector preferentemente recto o frustrum (21), macizo o hueco; y (b) dicha varilla (20) recibe y dirige tanto el líquido desbordante como el líquido que pasa a través de los orificios (24) de los segmentos (17) hasta un vértice de dicho cono deflector o frustrum (21) instalado en o adyacente a su extremidad inferior.

Description

DESCRIPCION

Dispositivo de distribucion y uso del mismo en un proceso de distribucion de cargas mezcladas sobre lechos fijos de catalizadores en reactores de flujo descendente

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un dispositivo y su uso en un proceso de distribucion de cargas mezcladas que contienen fases lfquida y gaseosa en lechos fijos de catalizadores en reactores de flujo descendente.

Antecedentes de la invencion

Los procesos de refinado de petroleo, de tratamiento qufmico y de produccion de compuestos organicos son bien conocidos en los que los reactivos en diferentes fases, lfquida y gaseosa, se premezclan y se introducen en los reactores verticales para reaccionan entre si durante su paso en un flujo continuo y descendente a traves de una o mas capas de catalizadores macizos granulares soportados en bandejas permeables, intercalados en sentido vertical dentro de dicho reactor, denominados lechos fijos de catalizadores.

Entre los procesos de refinacion de petroleo que emplean esta tecnica estan los procesos conocidos como hidrotratamiento, hidrogenacion, deshidrogenacion, hidrocraqueo, ademas de otros. Todos ellos son procesos que generan reacciones exotermicas, siendo sus reactivos en general hidrocarburos lfquidos o parcialmente vaporizados e hidrogeno gaseoso.

Por ejemplo, en un proceso de hidrocraqueo tfpico una carga de hidrocarburos lfquidos de alto peso molecular y punto de ebullicion inicial (IBP) en una banda de 320 °C a 390 °C se premezclan con hidrogeno gaseoso y posteriormente se inyectan en la parte superior de un reactor vertical tfpico, tal como el representado esquematicamente en la figura 1 que acompana a la presente memoria descriptiva.

La carga fluye hacia abajo del reactor y al pasar de manera continua a traves de los lechos fijos de catalizadores, reacciona consigo misma generando hidrocarburos mas ligeros que tienen pesos moleculares en la banda de diesel (IBP de aproximadamente 30 °C) o en la banda de gasolina (IBP de aproximadamente 100 °C), en funcion del grado de severidad impuesto en el proceso.

Con el objetivo de que tales reacciones exotermicas se produzcan de una manera eficaz durante tal paso de la carga a traves de los lechos fijos de catalizadores, es fundamental: en primer lugar, que la fase gaseosa (hidrogeno) permanezca bien mezclada con la fase lfquida (hidrocarburos) para garantizar el mantenimiento de la relacion estequiometrica disenada de los reactivos y, en segundo lugar, que dicha carga se distribuya uniformemente sobre las superficies de los lechos fijos de catalizadores. La distribucion uniforme evita la formacion de rutas preferenciales, o puntos calientes, que pasan alrededor (derivacion) de partes del catalizador presente en dichos lechos, mientras que sobrecargan otras, experimentando una mayor aceleracion de la desactivacion del catalizador debido a la formacion de coque.

Hacer frente simultaneamente a dichos dos requerimientos de proceso es una tarea compleja en la medida en que, no solo hay una tendencia natural hacia la separacion de las fases de la carga, sino que los flujos preferenciales de adicion, o canalizacion, tienden a formarse de una manera aleatoria sin razon aparente.

La tecnica ensena el empleo de dispositivos llamados bandejas de distribucion para resolver dichos problemas mencionados anteriormente. Instalados entre localizaciones de entrada de carga y las superficies de los lechos fijos, y ocupando toda la seccion transversal del reactor, tales dispositivos eran inicialmente placas perforadas simples, cuya funcion era la creacion de un escudo protector que no solo evitarfa que la carga cayese sobre un unico punto del lecho catalftico, sino que tambien era capaz de distribuir el flujo de carga radialmente por medio de diversos orificios. Tal aumento en el numero de puntos de llegada de la carga en tales lechos de catalizadores mejora la distribucion de la carga sobre el lecho.

En la actualidad la mayorfa de dichos dispositivos comprenden basicamente unas bandejas que tienen las formas mas variadas instaladas de la misma manera y en localizaciones en que dichas placas perforadas, sin embargo, en contraste con los orificios, se drenan por medio de varios diques pequenos, similares a chimeneas, suponiendo innumerables configuraciones. Dichos dispositivos, en general tubulares y provistos de una tapa que tiene aberturas laterales, permiten que pase el gas evitando el paso directo del lfquido, quedando parcialmente retenido en dicha bandeja que forma un deposito nivelado, que a continuacion se desborda y cae en cascada dentro de dichos diques tubulares junto con el gas, promoviendo un mayor contacto entre las dos fases y una mejor distribucion de la carga en la superficie de los lechos catalfticos.

La aparicion de dicho nuevo dispositivo aumento la eficacia del proceso en virtud del contacto mas prolongado entre la fase gaseosa y la fase lfquida retenidas en las bandejas, mejorando la homogeneidad de la carga, sin embargo los requisitos de mejora en la tecnica de distribucion de estos ultimos segufan siendo necesarios.

Tecnica relacionada

Varias patentes que describen diferentes tipos de distribuidor de liquido se han presentado a lo largo de los ultimos anos, la mayoria de los mismas basandose en las ensenanzas proporcionadas por los investigadores pioneros tales como SCHIESSER y LAPIDUS, AICHEJ, v. 7; pag. 163 (1961); HOFTZER, “Trans. Instn. Chem. Engrs”, V.42, T109 (1964) y ROSS, “Chem. Engr. Progress”, v.61; # 10, 77 (1965).

Uno de los primeros dispositivos para la distribucion de liquido y la homogeneizacion de las cargas mezcladas a usarse en los reactores de hidrotratamiento era un distribuidor de placa perforado que contenia una serie de chimeneas para el paso del vapor. Como se describe en la patente de Estados Unidos US 2 632 692, dicho dispositivo permitia el paso de liquido a traves de los orificios de la placa, mientras que el gas pasaba a traves de las chimeneas, promoviendo, en teorfa, una buena distribucion de la carga.

En la practica dicho dispositivo deja mucho que desear en la medida en que su funcionamiento estaba comprometido por cualquier falta de nivel de la placa y el bloqueo del orificio provocado por la corrosion, el coque, o cualquier otro fragmento transportado dentro del reactor junto con la carga.

En la patente de Estados Unidos Estados Unidos 2898292, se describe otro dispositivo del tipo placa perforada en el que en las perforaciones se insertaban vertederos (tubos de bajada), por medio de los mismos flufan juntos el liquido y el vapor. Ademas, se instalaron “canales de distribucion de carga” debajo de dichos vertederos para evitar las turbulencias provocadas por la interferencia del gas en el descenso del liquido. El dispositivo presento los mismos problemas operativos que se han indicado anteriormente.

Un dispositivo similar mas se ha descrito en la patente Estados Unidos US 3 112 256, constituido por placas perforadas que tienen vertederos en los que en este caso tales vertederos posefan una tapa, drenandose lateralmente, para evitar la provision directa del liquido al lecho de catalizadores, permitiendo simultaneamente el paso de vapor a traves de unas aberturas laterales. Dicha tapa tenia la misma funcion que los canales de distribucion citados en el documento anterior, siendo esta la prevencion de la turbulencia en el descenso del liquido en contacto con el flujo de gas.

Los problemas provocados por la falta de nivel permanecieron, agravados por los detalles de la complejidad del montaje de los dispositivos.

Se ha comenzado con los dispositivos descritos por las patentes de Estados Unidos numeros 3235344 y US 3172 832 cuyos problemas relacionados con la posible falta de nivel de las bandejas de distribucion comenzaron a tratarse. En dichas invenciones, las bandejas estaban constituidas exclusivamente por chimeneas, drenadas lateralmente, para permitir el flujo simultaneo de liquido y gas, por lo que a partir de este hecho, los vertederos presentan orificios en sus lados permitiendo una ruta adicional para el liquido. Dichos orificios laterales tienden a eliminar la mala distribucion provocada por la falta de nivel de la placa, ya que ahora ya no depende del nivel del liquido que llegue a todas las chimeneas de igual manera. Un detalle adicional de dichas invenciones es una cesta para retener depositos, localizada en la parte superior de dicha bandeja, demostrando preocupacion por la introduccion de residuos posiblemente transportados por las cargas y que pueden obstruir los orificios laterales, dificultando el rendimiento del dispositivo.

En la comparacion de la realizacion de tales nuevos dispositivos de tipo bandeja con los anteriores tipos de placa perforada, en los que las chimeneas eran las unicas responsables del paso del gas, el numero de chimeneas se convierte en fundamental en virtud del hecho de que en tales casos cuanto mayor sea el numero de chimeneas, mayor sera el numero de puntos de distribucion del liquido.

Un nuevo diseno de distribuidores de liquido hizo su aparicion en la bibliograffa con la invencion descrita en la patente de Estados Unidos US 3218249, que introdujo los llamados burbujeadores (campanas burbujeadoras) en bandejas de distribucion de lfquidos en los reactores de flujo descendente.

Tal dispositivo es similar a los burbujeadores ampliamente utilizados en las columnas de destilacion de petroleo, teniendo sin embargo un principio de funcionamiento diferente. En el presente caso, el gas pasa a traves de las aberturas laterales de dichos burbujeadores y solo se introduce en el vertedero de chimenea para descender junto con el liquido descendente, para pasar posteriormente a traves de la columna corta de liquido (piscina) en tales bandejas. Esto promueve el contacto efectivo lfquido/gas, contribuyendo a mantener la homogeneidad de la carga sin perjuicio de la distribucion del liquido, y ofreciendo ganancias de eficacia para el proceso general.

Diversos otros dispositivos se presentan en las patentes presentadas posteriormente tal como, por ejemplo, los descritos en las patentes de Estados Unidos US 3353 924, US 3592 612, US 3218 249 y US 3824 080, que tambien sirven para delimitar claramente la estructura del estado de la tecnica del dispositivo al que se refiere la presente invencion.

Las patentes de Estados Unidos US 4 126 540 y US 5 462 719, constituyen ademas importantes mejoras tecnologicas en la tecnica, que describen unas bandejas que comprenden burbujeadores similares a los descritos anteriormente, sin embargo provistos de orificios en los lados de dichos burbujeadores dispuestos verticalmente en tres niveles diferentes, teniendo cada uno de los mismos diametros diferentes. Dicha disposicion de los orificios proporciona una mayor flexibilidad con respecto a las variaciones en la relacion lfquido/gas y en los problemas de falta de nivel de la placa.

Los inventores ensenan que es importante que los orificios tengan diametros diferenciados y se disenen siguiendo los criterios adecuados tales como para mantener el lfquido en el nivel deseado, siendo el ideal que el diametro del orificio en el nivel mas bajo sea menor que el resto de tal manera que logre el mantenimiento de un nivel adecuado de lfquido en la bandeja, incluso con tasas de lfquido muy bajas (alta carga de gas/lfquido).

El documento US 6, 881,387 menciona un aparato de distribucion de reactor, el documento US2006/0163758 menciona un dispositivo de distribucion para los recipientes de flujo descendente concurrente de dos fases, el documento US 4.140.625 menciona un distribuidor de fase mezclada para las camaras de reaccion catalfticas de lecho fijo, y el documento US 5.250.234 y el documento US 4.569.364 mencionan un aparato para la distribucion de lfquidos.

El documento US 5.158.714 desvela un dispositivo de distribucion de vapor-lfquido con un conjunto de tapa para la union sobre una abertura en una bandeja de cubierta de un aparato de gas-lfquido.

Por consiguiente, el analisis del estado actual de la tecnica indica la existencia de un gran numero de tipos de dispositivos y procesos para la homogeneizacion y distribucion de cargas que consisten en fases mezcladas, tal como la que se hace referencia en la presente invencion. En el presente caso, la mejora continua en la eficacia de la misma esta estrechamente relacionada con el hecho de que las nuevas invenciones incorporan o comparten modificaciones del exito comprobado de las invenciones anteriores, produciendo de este modo nuevos dispositivos y procesos con un rendimiento cada vez mayor.

De acuerdo con lo que se describe a continuacion, la invencion que ahora se propone presenta un dispositivo innovador y un proceso, de rendimiento comparable al mejor ya conocido, que usa unas tecnicas complementarias de direccion de flujo basadas en practicas de laboratorio nunca antes incorporadas en tales dispositivos, siendo, ademas, de facil fabricacion y montaje.

Sumario de la invencion

La presente invencion se refiere a un dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1 y su uso para la distribucion de cargas mezcladas que contienen fases lfquida y gaseosa sobre lechos fijos de catalizadores en reactores de flujo descendente que comprende una bandeja plana, en forma de disco, drenada por una serie de tubos de drenaje localizados por encima de la superficie de lechos fijos de catalizadores, y el proceso de homogeneizacion y distribucion de cargas por medio de dicho dispositivo.

En el centro de las tapas de los tubos de drenaje se fija una varilla de metal que pasa a traves del centro interior de las mismas, estando el extremo de la misma unido a un cono deflector tiene la funcion de distribucion final de la carga que se drena sobre tales lechos fijos.

El proceso de distribucion comprende ahora premezclar las fases que componen la carga e inyectarlas en el reactor tal como para dividir y dirigir dicha carga a la periferia de la superficie de dicho dispositivo de distribucion, evitando la aparicion de una corriente unilateral directa sobre un solo punto de dicho dispositivo.

Las condiciones de proceso aliadas con las configuraciones de dispositivos especfficas provocan el paso de la carga mezclada por medio de las mismas, de tal manera que el gas libre desciende a traves de los puertos laterales de las tapas de dichos conductos de drenaje, descendiendo el lfquido retenido en la bandeja a traves de los orificios de los tubos de cada uno de los diversos tubos de drenaje o, en ultima instancia, desbordando las paredes superiores de dichos tubos, en el caso de que dichos orificios no alcancen el drenaje del lfquido antes del mismo.

A continuacion, el flujo de lfquido se atrae y se dirige por la varilla rfgida hasta el cono deflector localizado en el extremo inferior de la misma, a continuacion este ultimo proporciona la distribucion final ideal del lfquido sobre el lecho fijo de catalizadores.

La presente invencion proporciona un dispositivo para la distribucion de las cargas mezcladas sobre lechos fijos de catalizadores en reactores de flujo descendente que comprenden una bandeja (4) localizada encima de la superficie de los lechos fijos de catalizadores (6, 12) drenada por una serie de tubos de drenaje (5) distribuidos a lo largo de la superficie de dicha bandeja (4), estando dichos tubos de drenaje (5): (i) distribuidos de manera sustancialmente uniforme sobre la superficie de la bandeja (4); y (ii) comprendiendo unos segmentos del tubo (17) abiertos en o adyacentes a ambas extremidades, y en la pared de los segmentos del tubo (17) hay al menos un par de orificios (24), dispuestos de manera diametralmente opuesta y distanciados verticalmente de la superficie de la bandeja (4), teniendo el tubo (17) una tapa (18) drenada por unos puertos laterales (19) caracterizado por que una varilla (20) sustancialmente rfgida: (a) esta sujeta a dicha tapa (18) en su extremidad interior y en o adyacente a la extremidad opuesta de dicha varilla (20) hay conectado un cono deflector o frustrum (21), preferentemente sustancialmente recto, macizo o hueco; y (b) dicha varilla (20) recibe y dirige tanto el lfquido desbordante como el lfquido que pasa a traves de los orificios (24) de los segmentos (17) hacia un vertice de dicho cono deflector o frustrum (21) instalado en o adyacente a la extremidad inferior del mismo.

Breve descripcion de los dibujos

El dispositivo y su uso para la distribucion de las cargas mezcladas que contienen fases lfquida y gaseosa sobre lechos fijos de catalizadores en reactores de flujo descendente, objetos de la presente invencion, estaran debidamente explicados por medio de la siguiente descripcion detallada, teniendo como su base los dibujos mencionados a continuacion, que forman una parte integral de la presente memoria descriptiva.

La figura 1 muestra una representacion esquematica de un reactor de flujo descendente tfpico provisto de unos lechos fijos de catalizadores, conocido en la bibliograffa como un reactor de lecho por goteo.

La figura 2 muestra una representacion esquematica de la disposicion de los conductos de drenaje fijados en la bandeja que los soporta y una vista en seccion transversal de los mismos a lo largo de la lfnea A-A.

La figura 3 muestra una vista frontal en corte de dicho conducto de drenaje y los detalles esquematicos del interior del mismo.

La figura 4A contiene unas graficas que muestran unas curvas de nivel de distribucion de lfquido en dicho lecho fijo, generadas a traves de la medicion de las tasas de drenaje medias del lfquido descargado por cada uno de dichos conductos de drenaje en la seccion central de un dispositivo de distribucion comercialmente disponible en el mercado, instalado en una planta piloto para la evaluacion del rendimiento de las placas distribuidoras.

La figura 4B contiene unas graficas que muestran unas curvas de nivel de distribucion de lfquido en dicho lecho fijo, generadas a traves de la medicion de las tasas de drenaje del lfquido descargado por cada uno de dichos conductos de drenaje en la seccion central del dispositivo y el proceso de distribucion de la presente invencion, instalado en una planta piloto para la evaluacion del rendimiento de las placas distribuidoras.

Descripcion detallada de la invencion

La descripcion detallada del dispositivo y el proceso de distribucion de las cargas de lfquido/gas mezcladas sobre lechos fijos de catalizadores en reactores de flujo descendente, objeto de la presente invencion, se proporcionan basandose en las figuras, de conformidad con la identificacion de sus respectivos componentes.

La figura 1 muestra una representacion esquematica de un reactor de flujo descendente tfpico (1) que tiene unos lechos fijos de catalizadores en los que una carga mezclada que contiene un lfquido (por ejemplo, hidrocarburos de alto peso molecular) y un gas (por ejemplo, hidrogeno) se premezcla antes de introducirse en la parte superior de dicho reactor (1) por medio de un inyector de carga central (2) y de un dispositivo de distribucion de carga mezclada (3) , objeto de la presente invencion.

Tal inyector de carga central (2) dispersa dicha mezcla perifericamente sobre una bandeja plana (4), con forma de disco, sobre la que estan montados los tubos de drenaje (5). Debajo de dicha bandeja de distribucion de carga plana (4) se localiza un primer lecho (6) de catalizadores macizos granulares (lecho superior), separados por dos capas (7, 8) de bolas solidas esfericas qufmicamente inertes, siendo comun en esta primera capa (7) que las cestas porosas (9) a insertar, se llenen tambien con material ceramico inerte en partfculas.

La funcion de dichas capas (7, 8) es contribuir a la distribucion de carga uniforme sobre el lecho de catalizadores, cumpliendo dichas cestas (9) la tarea de retener posibles partfculas extranas que surgen con tal carga que puedan bloquear el lecho de catalizadores.

Unos termopares se localizan dentro de unos pozos (10) dentro del lecho de catalizadores (no mostrados en la figura) que miden las temperaturas en los lechos, que hacen posible el control de las reacciones exotermicas que se producen en los mismos durante el paso de la carga.

Por debajo de dicha segunda capa (8) de bolas solidas se encuentra la camara de “amortiguacion” de reaccion (11), o camara de apagado, situada entre dos lechos adyacentes. Las reacciones que se producen en el primer lecho superior (6) son altamente exotermicas por lo que es necesario proteger el lecho siguiente (12), o los lechos adyacentes, del calor excesivo generado anteriormente. Normalmente, dicha amortiguacion se logra mediante la inyeccion de un gas frfo en el reactor, en el presente caso hidrogeno, realizado por medio del llamado panel de apagado (13) que, con el fin de realizar dicha tarea de manera apropiada, requiere promover una distribucion de gas optima, horizontal o radialmente, a traves de toda la superficie de la seccion transversal de dicho reactor, inmediatamente por debajo de la carga que fluye desde dicho lecho superior (6).

Tal mezcla de gas y liquido se mantiene mientras que se hace pasar la carga a traves de un segundo dispositivo de distribucion (14) similar al primero, localizado inmediatamente debajo de dicho panel de apagado (13), y fluye a traves del mismo para alcanzar la superficie del siguiente lecho (12) tan uniformemente como lo hizo desde el primer lecho superior (6). El producto final se recopila mediante el drenaje del producto (15) en la parte inferior del reactor, aunque tambien se realiza mediante el drenaje del catalizador (16) para recopilar el catalizador agotado.

Las figuras 2 y 3 muestran una posible realizacion de la presente invencion. En toda la superficie de dicha bandeja plana (4), con forma de disco, localizados encima de la superficie de dichos lechos fijos de catalizadores, se fijan unos tubos de drenaje (5) de tal manera que la configuracion de los mismos es la mostrada de acuerdo con la seccion transversal A-A de la figura 2.

El numero de tubos de drenaje (5) puede variar de 50 a 200, sin embargo, se encuentra comprendido preferentemente entre 100 y 150 por m2 de area de la bandeja. El diametro interior de dichos tubos de drenaje (5) puede variar de 10 a 50 mm, sin embargo, se encuentra preferentemente entre 15 y 30 mm.

Para conseguir el efecto de la distribucion uniforme, es necesario que los tubos de drenaje adyacentes (5) se instalen con una disposicion uniforme dada, prefiriendose sin embargo una disposicion triangular en la que se montan sobre una bandeja plana (4), como si estuviera en los vertices de un triangulo equilatero o un triangulo isosceles, como se muestra en la vista en planta de la seccion transversal A-A de la figura 2. Se observa que el tipo de disposicion triangular se define por las distancias a, b y c, que pueden ser iguales (en el caso de la disposicion triangular equilatera), dos de ellas iguales y la tercera diferente (en el caso de la disposicion triangular isosceles), o todas ellas diferentes.

Las distancias entre centros de dichos tubos de drenaje (5) a fijar en la superficie de la bandeja (4) pueden variar de 4 a 10 veces la medida del diametro interior de los tubos de drenaje (5), preferentemente de aproximadamente 5 a 8 veces la medida del diametro.

El dispositivo para la distribucion de las cargas mezcladas (3), objeto de la presente invencion, comprende una bandeja plana, en la forma de un disco drenado por una serie de tubos de drenaje localizados por encima de la superficie de lechos fijos de catalizadores, la promocion de la homogeneizacion y la distribucion de cargas es posible por medio de dicho dispositivo.

Tales tubos de drenaje instalados en dicha manera tienen el objetivo de limitar y reorientar el flujo de las cargas mezcladas, multiplicando los puntos de cafda de los mismos, principalmente la fase lfquida, en los lechos de catalizadores. Para lograr esto, tales conductos de drenaje, que son segmentos de los tubos distribuidos a lo largo de toda la superficie de dicha bandeja, poseen tapas fijas en su extremidad superior que evitan el flujo directo de dicha carga sobre dicho lecho de catalizadores, creando un deposito de liquido sobre dicha bandeja, drenandose posteriormente el dispositivo de una manera mas controlada.

Tal suavizacion del flujo del liquido retenido en la bandeja se promueve por uno o mas orificios en las paredes laterales de dichos tubos, que estan verticalmente alineados e intercalados desde las bases de dichos tubos en contacto con la superficie de la bandeja hasta el borde superior de la misma. Ademas de tales tapas que cubren dichos conductos de drenaje se drenan mediante unos puertos laterales a traves de los que pasa simultaneamente un liquido, que puede desbordar dicha bandeja cuando tales aberturas laterales no proporcionan un flujo de drenaje suficiente, y el gas.

La figura 3 muestra el tubo de drenaje (5) en una vista en corte frontal. Como puede observarse, el tubo de drenaje (5) comprende un segmento del tubo (17) abierto en sus dos extremidades, que tiene una tapa (18) drenada por unos puertos laterales (19) fijados en la extremidad superior de la misma, en el centro en la extremidad inferior donde se une una varilla rfgida (20), preferentemente cilfndrica, que sin embargo puede tener una seccion transversal cuadrada o rectangular, cuyo diametro (o espesor) varfa dentro de una banda de % a A del diametro interior de tubo (17), preferentemente %.

Al extremo opuesto de la varilla rfgida (20) se une un cono deflector recto (21), macizo o hueco, cuyo generador forma un angulo con la base (22) que puede variar de 15 a 70 grados, preferentemente se encuentra entre 30 y 45 grados. El diametro de la base de dicho cono depende del angulo adoptado para su generacion, pero deberfa encontrarse entre 2 y 15 cm mas que el diametro exterior del tubo (17).

La funcion de dicha varilla rfgida (20) es especfficamente para recibir y dirigir tanto el liquido desbordante como el liquido que pasa a traves de los orificios de los segmentos del tubo (17) hasta el vertice de dicho cono deflector (21) instalado en el extremo inferior de la misma.

En las paredes de los segmentos del tubo (17) del tubo de drenaje (5) hay tambien unos soportes (23) para el montaje del mismo sobre dicha bandeja plana, ademas de al menos un par de orificios circulares (24) dispuestos en una forma diametralmente opuesta y distanciada verticalmente de la superficie de la bandeja plana (4).

La cantidad y el diametro de los orificios circulares (24) junto con la altura de los mismos, tanto en relacion con dicha bandeja y entre sf, depende de las condiciones del proceso de funcionamiento y por lo tanto debenan especificarse tal como para proporcionar el perfil de distribucion de carga, como se describira a continuacion. De la misma manera, la distancia y entre la extremidad inferior del tubo (17) y el cono deflector (21) debena ajustarse para promover el efecto de lluvia sobre el lecho de catalizadores, teniendo tambien en cuenta las condiciones operativas del proceso.

En funcionamiento, dicho dispositivo para la distribucion de las cargas mezcladas de la presente invencion - un conjunto constituido por una bandeja plana (4) y el tubo de drenaje (5) - esta instalado encima de los lechos de catalizadores (6, 12) a traves de los que dicha carga requiere distribuirse. Normalmente, la superficie de dicho dispositivo para la distribucion de carga mezclada (3) se localiza entre aproximadamente 10 y 50 cm por encima de dichos lechos, preferentemente de 20 a 30 cm. La parte lfquida de la carga mezclada a distribuir cae sobre dicho dispositivo, desviandose inicialmente por las tapas (18) de los tubos de drenaje (5), evitando el paso directo a traves de los segmentos del tubo (17) de los tubos de drenaje (5) y comienza la acumulacion en la bandeja (4) hasta que se obtenga un nivel dado de lfquido, estando su altura determinada por las condiciones del proceso.

A continuacion, el lfquido pasa a traves del dispositivo por medio de unos orificios circulares (24) en las paredes de dichos tubos de drenaje (5) y, posiblemente, tambien a traves de unos puertos laterales (19) de las tapas (18), desbordando las paredes de los segmentos del tubo (17). Al hacerlo, el lfquido encuentra la varilla ngida (20) dentro de los segmentos del tubo (17) y permanece adherido a la misma a traves de la tension superficial mientras desciende hacia la extremidad inferior de la varilla ngida (20), donde encuentra el vertice del cono (21) que recibe y dispersa dicho flujo, produciendo de este modo una cafda mas diseminada sobre dicho lecho. Dicha funcion de la barra ngida (20) es fundamental en el presente proceso de distribucion de carga debido a que, al carecer de la misma, el efecto de dispersion del lfquido no sena tan eficaz, ya que se trata del mismo fenomeno del uso de una varilla de vidrio en tecnicas de pipeteo de laboratorio. El gas fluye a traves de los puertos laterales (19) de la tapa (18) manteniendo el maximo contacto con la fase lfquida, completando el proceso de homogeneizacion y distribucion de la carga.

El dispositivo de la presente invencion puede fabricarse a partir de cualquier tipo adecuado de material metalico, en funcion de la aplicacion para la que esta destinado. En la mayona de los casos, pueden emplearse metales y aleaciones metalicas tales como hierro, acero al carbono, acero inoxidable, o similares. Solo los materiales que afectan o pueden verse afectados por los fluidos en condiciones de proceso tales como, por ejemplo, la temperatura y la presion, no debenan usarse.

El elemento de tubo de drenaje (5) que tiene una varilla ngida central (20) presenta una ventaja adicional en comparacion con otros elementos citados en el estado de la tecnica, en la medida en que facilita la mecanica de la fabricacion y el montaje de dicho dispositivo en el caso de requerirse para proceder a la posible minimizacion del espacio de descarga libre de los conductos, o de los niveles de restriccion existentes en el mismo hacia el flujo de salida de los gases y los lfquidos. Es decir, si la distribucion de la carga requiriese una optimizacion, es mas facil modificar la configuracion de dichos tubos de drenaje (5) en virtud del hecho de que, de acuerdo con las ensenanzas del estado de la tecnica, mayor es la restriccion en la descarga de flujos cuanto mejor sea la distribucion final obtenida. Tambien se sabe que la perdida de presion provocada por tales restricciones se considera despreciable en la mayona de las aplicaciones conocidas.

La presente invencion se ilustrara a continuacion mediante un ejemplo que, sin embargo, no se considerara como limitante de la misma, pero que demuestra que se han alcanzado plenamente los objetivos de la invencion.

Ejemplo

Se han realizado unos ensayos en planta piloto en los que la eficacia de un dispositivo de distribucion de diseno conocido y disponible en el mercado se comparo con la eficacia del dispositivo de la presente invencion en condiciones identicas de funcionamiento.

Dichos ensayos se realizaron bajo las condiciones basicas descritas a continuacion.

Una mezcla de agua y aire se dispuso como para descender por cada uno de los dispositivos bajo ensayo. Se proporciono agua a una velocidad superficial de 16 cm/s, teniendo el aire una velocidad superficial de 13 cm/s (a 25 °C y 1 kg/cm2 de presion absoluta).

La siguiente configuracion se empleo en el dispositivo de la presente invencion:

a) Una disposicion triangular isosceles para drenar de la bandeja plana (4) a traves de los tubos de drenaje (5), siendo la distancia mas pequena (b) y la distancia mas grande (a) entre los centros de los diametros de los segmentos del tubo (17) que son respectivamente iguales a 5,8 y 6,3 veces el diametro interior de dichos tubos, proporcionando un dispositivo que tiene el equivalente a 120 tubos de drenaje por metro cuadrado de bandeja; b) La longitud total de los segmentos de los tubos (17) igual a 25 cm, teniendo dos orificios circulares laterales (24) de 0,62 cm, redprocamente a 6 cm de distancia, estando el orificio inferior localizado a 3 cm de la superficie de la bandeja plana (4);

c) unas varillas cilmdricas (20), que tienen diametros iguales a % de los diametros interiores de dichos tubos, que terminan en unos conos deflectores macizos (21) que tienen unos diametros de base de 10 cm mayores que el diametro interior de dichos tubos de drenaje y un angulo de 30° con respecto a sus bases (22), la distancia (y) entre la extremidad inferior del tubo (17) y el cono deflector (21) es igual a 2 mm.

El grado de distribucion del agua a traves de los tubos de drenaje (5) de dichos dos dispositivos bajo ensayo se midio en la seccion transversal del lecho por medio de 120 dispositivos de drenaje de medicion individuales y preparados en una forma de grafica. La distancia mas pequena (b) corresponde al eje “X”, la distancia mas grande (a) corresponde al eje “Y”, mientras que la descarga de drenaje media corresponde al eje “Z”. Los resultados obtenidos se presentan en imagenes bidimensionales similares a las lmeas de contorno, mostradas en las graficas de la figura 4.

Puede observarse que la grafica de la izquierda (figura 4A), que presenta los resultados obtenidos con un dispositivo de referencia existente en el mercado, muestra siete drculos difusos formados por curvas casi concentricas sobre las que se representan los flujos de agua medidos.

Esta grafica simula “puntos altos” o “montfculos” pequenos bajo los siete tubos de drenaje (5), lo que significa que la distribucion de lfquido sobre los lechos de catalizadores esta muy concentrado, por lo tanto, bajo los conductos que son irregulares.

Sin embargo, la grafica de la derecha (figura 4B), que presenta los resultados obtenidos con el dispositivo de la presente invencion, no muestra ningun drculo; el modelado simula algo que tiene la naturaleza de un “plano”, que carece de puntos altos que indican concentraciones de flujo descendente en puntos espedficos como se ha descrito anteriormente, proporcionando una distribucion mas uniforme del lfquido que desciende sobre el lecho de catalizadores.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de distribucion de cargas mezcladas sobre lechos fijos de catalizadores en reactores de flujo descendente que comprenden una bandeja (4) localizada encima de la superficie de los lechos fijos de unos catalizadores (6, 12) drenados por una serie de tubos de drenaje (5) distribuidos a lo largo de la superficie de dicha bandeja (4),

dichos tubos de drenaje (5): (i) se distribuyen uniformemente a lo largo de la superficie de la bandeja (4); y (ii) comprenden unos segmentos del tubo (17) abiertos en o adyacentes a ambas extremidades,

y en la pared de los segmentos del tubo (17) hay al menos un par de orificios (24), dispuestos de manera diametralmente opuesta y distanciados verticalmente de la superficie de la bandeja (4),

teniendo los segmentos del tubo (17) una tapa (18) drenada por unos puertos laterales (19) caracterizados por que una varilla rfgida (20):

(a) esta sujeta a dicha tapa (18) en su extremidad interior, y en o adyacente a la extremidad opuesta de dicha varilla (20) esta conectado un cono deflector preferentemente recto o frustrum (21), macizo o hueco; y

(b) dicha varilla (20) recibe y dirige tanto el lfquido desbordante como el lfquido que pasa a traves de los orificios (24) de los segmentos (17) hasta un vertice de dicho cono deflector o frustrum (21) instalado en o adyacente a su extremidad inferior.

2. El dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que dicha tapa (18) esta fijada en la extremidad superior de dichos segmentos de los tubos (17), preferentemente en el centro de los mismos.

3. El dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, caracterizado por que el generador de dicho cono deflector o frustrum (21) forma un angulo con su base (22) que varfa de 15 a 70 grados; pudiendose ajustar la distancia y entre la extremidad inferior de dichos segmentos del tubo (17) y dicho cono deflector o frustrum (21).

4. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que adicionalmente en la pared de los segmentos (17) del tubo (5) hay unos soportes (23) para el montaje de los mismos en la bandeja (4).

5. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los tubos de drenaje adyacentes (5) se instalan en cualquier disposicion uniforme, preferentemente en disposiciones triangulares, montandose en la bandeja (4) como si estuvieran localizados en los vertices de un triangulo equilatero o un triangulo isosceles.

6. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los segmentos (17) tienen unos orificios circulares o de otra forma (24), y el numero de tales orificios esta preferentemente entre uno y tres.

7. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la varilla (20) es de seccion circular, cuadrada, rectangular o mixta.

8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 7, caracterizado por que la varilla (20) es de seccion circular.

9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que el espesor de la varilla (20) varfa de % a A del diametro interior del segmento del tubo (17).

10. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la estructura del cono deflector o frustrum (21) es solida.

11. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el numero de tubos de drenaje (5) fijados en la superficie de la bandeja (4) varfa de 50 a 200 por m2

12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizado por que el numero de tubos de drenaje (5) fijados en la superficie de la bandeja (4) varfa de 100 a 150 por m2.

13. Uso del dispositivo como se define en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en un proceso para la distribucion de cargas mezcladas sobre lechos fijos de catalizadores en reactores de flujo descendente.