ES2865200T3 - Reactor de lecho múltiple con dispositivo de mezclado - Google Patents
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Abstract
Un reactor catalítico de lecho múltiple de forma cilíndrica que comprende un dispositivo (01) de mezclado montado entre dos lechos de catalizador en dicho reactor, dicho dispositivo de mezclado tiene un borde exterior circular (02) que es una parte integrada de la pared del reactor o que es un pared conectada al reactor o colocada junto al lado interior de la pared del reactor, el dispositivo de mezclado comprende; medios de recogida dispuestos en una sección (03) de recogida para recoger fluido procedente de un lecho catalítico aguas arriba, medios de mezclado dispuestos en una sección (04) de mezclado para mezclar el fluido recogido, y medios de descarga dispuestos en una sección (05) de descarga para descargar el fluido mezclado a un lecho catalítico aguas abajo; en el que el dispositivo de mezclado tiene forma de rosquilla y la sección de recogida, la sección de mezclado y la sección de descarga están dispuestas fuera del centro de un tercio (06) de la sección transversal circular del reactor, los medios de recogida, los medios de mezclado y los medios de descarga comprenden canales (07) que comprenden paredes divisorias de arco circular que forman una espiral, y en el que la sección de recogida, la sección de mezclado y la sección de descarga están dispuestas cada una en al menos un sector de 120º del área de la sección transversal circular del reactor.
Description
DESCRIPCIÓN
Reactor de lecho múltiple con dispositivo de mezclado
CAMPO DE LA INVENCIÓN
Esta invención se refiere a un reactor que comprende un dispositivo de mezclado, específicamente un reactor de hidroprocesamiento de lechos múltiples. Específicamente, el dispositivo de mezclado se utiliza en reactores catalíticos de flujo descendente que incluyen lechos empaquetados superpuestos verticalmente de material catalítico en partículas en los que se procesa un líquido, una mezcla de líquido y gas o vapor a medida que fluye hacia abajo a través de los lechos empaquetados. Este tipo de reactor se utiliza en la industria petrolera y de procesamiento químico para realizar diferentes reacciones catalíticas, tal como la conversión de azufre y nitrógeno (HDS/HDN); hidrogenación de: olefinas (HYD) y aromáticos (hidrodesaromatización - HDA), eliminación de metales (hidrodesmetalización - HDM), conversión de oxígeno (hidrodesoxigenación - HDO) e hidrocraqueo (HC).
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El hidrocraqueo es un proceso para convertir fracciones de petróleo pesado en fracciones de petróleo ligero. El hidroprocesamiento se lleva a cabo en un reactor catalítico de hidroprocesamiento, que es el elemento clave de una unidad de hidroprocesamiento. Los reactores catalíticos de hidroprocesamiento pueden tener lechos de catalizador únicos o múltiples. Cuál de las opciones se elegirá para un reactor en particular depende de la cantidad de catalizador requerida para la conversión de la alimentación en el producto con las propiedades deseadas. La mayoría de las reacciones de hidroprocesamiento son exotérmicas y se genera calor a medida que la alimentación pasa a través del lecho de catalizador. Para no exponer el catalizador a temperaturas superiores a las requeridas y, en consecuencia, para acelerar la desactivación del catalizador, el volumen requerido de catalizador se divide en varios lechos con zonas de refrigeración (secciones de enfriamiento rápido) instaladas entre los lechos. La refrigeración se logra mediante la introducción de gas hidrógeno frío a través de la "tubería de enfriamiento rápido". Además de la refrigeración, la zona de enfriamiento rápido debe lograr uniformidad espacial de especies/temperaturas de la fase líquida que sale de la sección al lecho inferior. Para ello, se instala una cámara de mezclado en la sección.
Después de la etapa de refrigeración y mezclado, el fluido debe distribuirse uniformemente sobre el catalizador del lecho de abajo. Para ello, se instalan bandejas de distribución debajo de la cámara de mezclado y encima del catalizador del lecho inferior. Para lograr la máxima calidad de distribución, debe asegurarse que las bandejas distribuidoras operen dentro de sus propios límites de sensibilidad. Las bandejas distribuidoras pueden funcionar según sea necesario siempre que la profundidad del líquido en la bandeja no difiera más de 10 mm de un extremo a otro de la bandeja. Por lo tanto, los parámetros de flujo del fluido que sale de la cámara de mezclado a menudo se cambian por diferentes medios y se llevan a los valores requeridos para el mejor rendimiento de la bandeja distribuidora.
Como se puede ver en las descripciones anteriores, la organización actual de la sección de enfriamiento rápido consta de: tubería de enfriamiento rápido, cámara de mezclado, placa de salpicadura, bandeja de corte en bruto (opcional) y bandeja distribuidora. En algunos enfoques, la rejilla de soporte del catalizador, que sostiene el catalizador del lecho superior, así como las vigas de soporte de la rejilla del catalizador se consideran parte de la sección de enfriamiento rápido.
Estos elementos están ocupando mucho espacio del reactor por volumen propio así como el volumen libre entre elementos necesario para proporcionar acceso a cada uno de los elementos con fines de instalación, desinstalación, mantenimiento y limpieza de los elementos.
La altura de la sección de enfriamiento rápido es la distancia desde el catalizador de un lecho inferior al catalizador del lecho de arriba. El volumen ocupado por la sección de enfriamiento rápido es el volumen del reactor "inactivo" y la disminución de este volumen es primordial si se quiere lograr un aumento del volumen del reactor activo. El espacio ahorrado por la disminución de la altura de la sección de enfriamiento rápido se puede utilizar para cargar el catalizador adicional (renovación) o reducir la altura total del reactor (reactores nuevos).
Los mezcladores de la técnica conocida proponen una solución al problema del mezclado eficaz y los requisitos de espacio para el mezclador. El documento US 8017095 describe medios para proporcionar el mezclado de gas y fluidos en un espacio entre lechos de un reactor catalítico con restricción de altura sin aumentar la caída de presión. En particular, el dispositivo mejora la eficacia de un volumen de mezclado existente al mezclar la fase gaseosa y la fase líquida de sistemas de dos fases. De acuerdo con el documento US 8017095, el dispositivo de mezclado ayuda a crear un flujo muy arqueado hacia los efluentes entrantes y un alto grado de mezclado dentro de un espacio entre lechos restringido de un reactor catalítico.
Los documentos US5690896A y WO9634683 A1 describen un reactor de flujo descendente de lecho múltiple que incluye varios conjuntos distribuidores, que tienen cada uno una cámara de mezclado ubicada en el centro y una cubeta de recogida y mezclado anular que rodea la cámara de mezclado. La cámara de mezclado tiene una entrada en un lado de la misma, una salida en su pared inferior y una entrada de gas de enfriamiento rápido en su pared superior por encima de
la salida. Una pared divisoria atraviesa la cubeta anular adyacente a la entrada para hacer que el charco de líquido recogido en la cubeta fluya en un patrón circular alrededor de la cámara de mezclado hacia la entrada. Esto asegura que el líquido que circula a través de la cubeta se mezcle bien con el líquido que cae del lecho del catalizador. Los patrones de flujo turbulento y en espiral generados dentro de la cámara mezclan aún más el líquido y el gas y arrastran el gas de enfriamiento rápido en la corriente de líquido y gas.
En el documento US2012241006A, se describe un proceso para poner en contacto uno o más fluidos en un recipiente. El proceso puede incluir pasar uno o más fluidos a una cámara desde una bandeja superior y proporcionar un conducto fuera de la cámara que acople un aliviadero respectivo a un orificio respectivo para aumentar el tiempo de contacto dentro del conducto. Típicamente, la cámara forma una o más paredes laterales que forman al menos un orificio y la bandeja superior forma al menos un aliviadero.
Debido a los requisitos de instalación, desinstalación y mantenimiento, así como para la limpieza de todos los elementos de la sección de enfriamiento rápido, es crucial proporcionar suficiente espacio para el acceso completo a cualquiera de los elementos. Para minimizar la complejidad del trabajo en el reactor es necesario permitir una apertura/cierre conveniente y rápido de todas las vías de acceso de todos los elementos de la sección.
Por lo tanto, existe la necesidad de proporcionar un mezclador eficaz mejorado que ocupe menos espacio en el reactor, especialmente de forma vertical, que los mezcladores conocidos y que se mezcle eficazmente con una caída de presión limitada.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona una alta eficiencia de la sección de enfriamiento rápido en términos de refrigeración, mezclado y redistribución y que ocupa un volumen mínimo del reactor mientras cumple con todos los demás requisitos enumerados anteriormente relacionados con la instalación, el mantenimiento y la limpieza. Encontraría aplicación en muchas unidades de reactores existentes y nuevas.
El nuevo reactor catalítico de lecho múltiple con una forma cilíndrica según la reivindicación 1 de la invención comprende un dispositivo de mezclado montado entre dos lechos de catalizador en dicho reactor. El dispositivo de mezclado tiene un borde exterior circular que corresponde a la pared interior del reactor, el borde exterior del dispositivo de mezclado puede ser una parte integrada de la pared del reactor de tal manera que la pared del reactor proporcione la pared exterior del mezclador o puede ser una pared independiente del reactor conectada al reactor o colocada junto al lado interior de la pared del reactor. El dispositivo de mezcla comprende; medios de recogida dispuestos en una sección de recogida para recoger fluido de un lecho catalítico aguas arriba, medios de mezclado dispuestos en una sección de mezcla dopara mezclar el fluido recogido y medios de descarga dispuestos en una sección de descarga para descargar el fluido mezclado a un lecho catalítico aguas abajo. En particular, la sección de recogida, la sección de mezclado y la sección de descarga están dispuestas fuera del centro de la sección transversal circular del reactor. De esta manera, el centro del mezclador es un espacio libre que se puede utilizar para el servicio y mantenimiento de las partes internas del reactor y del propio mezclador, y se asegura una gran área y distancia para un mezclado efectivo, ya que el área más grande y la distancia circunferencial de la sección transversal del reactor es el área fuera del centro del área de la sección transversal (círculo) del reactor y, por lo tanto, del mezclador.
En una realización de la invención, el dispositivo de mezclado tiene forma de rosquilla y la sección de recogida, la sección de mezclado y la sección de descarga están dispuestas en la parte exterior, el anillo de rosquilla mientras que la parte central, como en la realización anterior, es espacio libre. Más particularmente, la sección de recogida, la sección de mezclado y la sección de descarga están dispuestas fuera del tercio central del área de la sección transversal circular del reactor, preferiblemente fuera de la mitad central del área de la sección transversal circular del reactor. Por consiguiente, se dispone un área grande y una gran distancia para el mezclador con relación a su altura, pero también se asegura un gran espacio libre en el centro para el servicio y el mantenimiento.
Mezclado horizontal de 3 niveles.
En un primer aspecto de la invención descrita anteriormente, el dispositivo de mezclado está construido de modo que los medios de recogida, los medios de mezclado y los medios de descarga comprendan canales que comprenden paredes divisorias de arco circular que dividen horizontalmente una sección de otra sección o que dividen una sección del centro de la sección transversal circular del reactor. Este primer aspecto de la invención realiza así una mezcla horizontal de 3 niveles. El cuerpo principal del mezclador tiene forma de rosquilla y está dividido por las paredes divisorias de arco circular, que sustancialmente forman una espiral (en espiral hacia dentro) que divide el mezclador en tres secciones conectadas: Sección de recolección, mezclado y descarga. El efluente gaseoso y líquido del lecho de catalizador sobre el mezclador se recoge en la parte superior del mezclador y se dirige al canal de recogida situado en el diámetro máximo del reactor/mezclador. El líquido y el gas recogidos se dirigen hacia una abertura que conecta la cámara de recogida y mezclado. Después de que el gas y el líquido ingresan al canal de mezclado, se desplazan/giran en el mezclador en un movimiento de arco circular antes de ingresar al canal de descarga. El líquido y el gas se descargan del mezclador a través
de la abertura diseñada para tal fin. La dirección de descarga para la fase líquida y gaseosa es hacia el centro del reactor. El perfil de presión uniforme sobre la bandeja distribuidora logrado mediante un patrón de flujo controlado del gas y el líquido que salen del mezclador contribuye a la vivacidad uniforme del líquido en la bandeja distribuidora, lo que, en consecuencia, tiene una distribución uniforme de gas y líquido al catalizador en el lecho debajo bandeja.
En una realización de este primer aspecto de la invención, los medios de recogida del dispositivo de mezclado tienen una entrada para recoger el fluido del lecho catalítico aguas arriba. Y en una realización adicional, el dispositivo de mezclado comprende además una entrada de enfriamiento rápido para añadir un fluido de enfriamiento rápido al fluido recogido, dicha entrada de enfriamiento rápido está dispuesta en la sección de recogida. En una realización, la entrada de enfriamiento rápido puede ser un tubo de gas que se encuentra a unos 180° de la abertura del canal de recogida. El tubo de gas de enfriamiento rápido se puede insertar en el canal de recogida y, por ejemplo, se puede introducir gas de hidrógeno frío directamente en el mezclador. No se requiere un anillo de enfriamiento rápido.
En una realización adicional de este primer aspecto de la invención, la sección de recogida está dispuesta en un área de la sección transversal exterior generalmente circular del reactor con relación a la sección de mezclado y la sección de mezclado está dispuesta en un área de la sección transversal exterior generalmente circular del reactor con relación a la sección de descarga. Como arriba del área activa del mezclador, recogida, mezclado y descarga se colocan en la parte exterior del área circular donde la distancia circunferencial es mayor, asegurando una trayectoria de flujo larga para que sea posible un mezclado eficiente y una descarga uniforme incluso con una baja pérdida de presión y al mismo tiempo dejar la parte central del mezclador libre para actividades de inspección y servicio, todo lo cual es un objeto principal y una ventaja de la invención.
Mezclado vertical de 3 niveles.
En un segundo aspecto de la invención descrita anteriormente, el dispositivo de mezclado se construye de modo que la sección de recogida esté dispuesta en un nivel axial aguas arriba del reactor con relación a la sección de descarga. Este segundo aspecto de la invención realiza así un mezclado vertical de 3 niveles, aunque cada sección puede no estar específicamente en niveles separados, ya que los límites entre cada nivel pueden ser una transición gradual. En una realización de este segundo aspecto de la invención, el mezclador tiene forma de rosquilla y está dividido por una espiral (en espiral hacia abajo) en tres secciones conectadas: Sección de 1) recogida, 2) mezclado y 3) descarga. El efluente gaseoso y líquido del lecho de catalizador por encima del mezclador se recoge en la parte superior del mezclador y se dirige al canal de recogida situado en el diámetro máximo del reactor. La mezcla del líquido, el gas de proceso y posiblemente el gas hidrógeno de enfriamiento rápido se dirigen al canal de mezclado a través de al menos una abertura. La mezcla de gas y líquido se desplazan juntos a través del canal de mezclado durante, en una realización, 180 °, y luego ingresan al canal de descarga que está en un nivel por debajo del canal de mezclado. El gas y el líquido continúan desplazándose a través del canal de descarga pero se liberan gradualmente del mezclador a través de las ranuras diseñadas para este propósito. El gas descargado ingresa al nivel debajo del mezclador como un flujo de pistón y el líquido se puede liberar de dos formas: 1) Hacia el centro del reactor o 2) Hacia las paredes del reactor desde las aberturas en el radio máximo del mezclador.
El perfil de presión uniforme sobre la bandeja distribuidora logrado mediante un patrón de flujo controlado del gas y el líquido que salen del mezclador contribuye a la vivacidad uniforme del líquido en una bandeja distribuidora debajo del mezclador que, en consecuencia, tiene una distribución uniforme de gas y líquido al catalizador en el lecho debajo de la bandeja.
En una realización particular de la invención, la sección de recogida, la sección de mezclado y la sección de descarga están dispuestas cada una en al menos un sector de 120° del área de la sección transversal generalmente circular del reactor. Al menos los 120° aseguran que cada uno de los tres procesos se realice de manera efectiva en una trayectoria larga. Las tres trayectorias no tienen necesariamente la misma longitud, particularmente la sección de mezclado puede estar dispuesta ventajosamente en más de un sector de 120° para asegurar un mezclado efectivo con una pequeña cantidad de pérdida de presión y la sección de descarga puede estar dispuesta de manera ventajosa en aproximadamente 360° para asegurar la descarga uniforme del fluido en todo el círculo del mezclador.
El fluido del reactor y el mezclador pueden comprender tanto fase gaseosa como fase líquida y fase vapor. En una realización de la invención, incluso el mezclado se mejora aún más construyendo el mezclador de modo que los medios de descarga comprendan una pared divisoria de arco circular interior que proporciona un borde de derrame para una fase líquida del fluido. Esto tiene el efecto de que tanto la fase gaseosa como la fase líquida se distribuyen uniformemente a lo largo de todo el círculo del mezclador y toda el área de la sección transversal del reactor. En otra realización de la invención puede haber en cambio un borde de derrame exterior o, como en una realización adicional de la invención, tanto un borde de derrame interno como externo para una distribución uniforme de la fase líquida del fluido.
Para optimizar la construcción del reactor y los uno o más mezcladores dentro, los uno o más dispositivos de mezclado pueden formar una parte integrada de un soporte de lecho de catalizador del reactor. Esto tiene la ventaja de que la altura del edificio de toda la construcción se puede reducir en comparación con las construcciones separadas de mezclador y
soportes. También se puede reducir el coste del material de la construcción. Por consiguiente, en una realización de la invención, el dispositivo de mezclado tiene una altura de menos de 1 m, preferiblemente menos de 0,5 m con respecto a la dirección axial del reactor.
En un tercer aspecto de la invención, un reactor catalítico predominantemente cilíndrico (entendido predominantemente como la mayor parte de la parte del contorno del reactor) tiene un lecho de catalizador superior superpuesto a un lecho de catalizador inferior y está provisto de al menos un dispositivo de mezclado de acuerdo con cualquiera de los realizaciones de la invención descritas anteriormente.
Un ejemplo que no cae dentro del alcance de la presente invención es un método para mezclar un fluido que fluye dentro de un reactor catalítico entre un lecho de catalizador superior y un lecho de catalizador inferior del reactor. En una primera etapa del proceso, el área de la sección transversal del flujo de fluido procedente del lecho de catalizador superior se restringe a una sección de recogida dispuesta en un área de la sección transversal del reactor en el tercio radialmente exterior de un sector de 120° - 360° del área de la sección transversal generalmente circular del reactor para recoger el fluido. Esto se hace impidiendo que el fluido fluya hacia abajo en el centro del área de la sección transversal, por ejemplo, mediante una placa colocada en el centro del área de la sección transversal.
A continuación, el fluido recogido es guiado por el dispositivo de mezclado para que fluya en una dirección tangencial en la parte exterior del mezclador circular, en la sección de mezclado. En un ejemplo adicional que no cae dentro del alcance de la presente invención, el fluido se puede guiar para que fluya en dos direcciones tangenciales y el fluido puede comenzar a fluir en una o dos direcciones tangenciales desde una entrada del mezclador o desde una pluralidad de entradas del mezclador.
El fluido fluye en un movimiento circular en la sección de mezclado y mientras lo hace, el fluido se mezcla para convertirse en un fluido homogéneo con respecto al contenido, vapor, temperatura y velocidad. Se logra un mezclado eficiente porque el fluido fluye en la parte exterior de la sección transversal circular del mezclador donde la distancia de mezclado, la circunferencia, es la más larga. No hay mezclado en la parte central del dispositivo de mezclado, es decir, está dispuesto fuera del centro de la sección transversal circular del reactor, esto se deja abierto como espacio libre.
Una vez que el fluido ha sido mezclado, fluye más hacia la sección de descarga del dispositivo de mezclado, donde se descarga al lecho de catalizador inferior mientras que al menos una parte del mismo fluye en al menos una dirección tangencial. También, la sección de descarga está dispuesta fuera del centro de la sección transversal circular del reactor, por lo que también la descarga se puede realizar de forma homogénea como un flujo de pistón ya que se realiza a lo largo de una distancia circunferencial larga.
Mientras que el flujo de descarga del fluido se mueve tangencialmente en un movimiento circular, también se mueve radialmente hacia dentro, radialmente hacia fuera o tanto radialmente hacia dentro como hacia fuera mientras fluye desde la sección de descarga hacia el lecho de catalizador debajo. La sección de descarga puede incluir al menos un borde de derrame que forma un borde sobre el cual puede fluir/derramar una fase líquida, formando gotitas que se mezclan con la fase gaseosa que se descarga del dispositivo de mezclado y que forma un flujo de pistón. El borde de derrame ayuda a garantizar una descarga homogénea de la fase líquida del dispositivo de mezclado.
En el ejemplo descrito anteriormente de fluido de mezclado que fluye dentro de un reactor catalítico, el fluido puede comprender una fase gaseosa y una fase líquida y posiblemente una fase de vapor.
En un ejemplo adicional que no cae dentro del alcance de la presente invención de fluido de mezclado que fluye dentro de un reactor catalítico, el fluido se mueve en una dirección axialmente hacia abajo con relación al reactor cuando fluye desde la sección de recogida a la sección de descarga. Por lo tanto, el fluido realiza un movimiento en espiral hacia abajo cuando fluye desde la sección de recogida, a la sección de mezclado y luego a la sección de descarga.
En un ejemplo adicional que no cae dentro del alcance de la presente invención de fluido de mezclado que fluye dentro de un reactor catalítico, el fluido se mueve en una dirección radialmente hacia dentro con relación al reactor cuando fluye desde la sección de recogida a la sección de descarga. Por lo tanto, el fluido realiza un movimiento en espiral circular hacia dentro cuando fluye desde la sección de recogida, a la sección de mezclado y luego a la sección de descarga.
Aún en un ejemplo adicional que no cae dentro del alcance de la presente invención, el fluido puede fluir en una combinación de los dos movimientos descritos, es decir, en un movimiento circular en espiral hacia dentro y hacia abajo cuando fluye desde la recogida, al mezclado y luego a la sección de descarga del dispositivo de mezclado.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La invención se ilustra además mediante los dibujos adjuntos que muestran ejemplos de realizaciones de la invención.
La Fig. 1 muestra una vista superior isométrica del dispositivo mezclador de acuerdo con una realización de un primer aspecto de la invención,
La Fig. 2 muestra una vista superior isométrica de las partes interiores del dispositivo de mezclado de acuerdo con una realización del primer aspecto de la invención,
La Fig. 3 muestra una vista superior isométrica del dispositivo de mezclado de acuerdo con una realización de un segundo aspecto de la invención, y
La Fig. 4 muestra una vista superior isométrica de las partes interiores del dispositivo de mezclado de acuerdo con una realización del segundo aspecto de la invención.
La Fig. 5 muestra una vista en corte diametral de una realización del dispositivo de mezclado del segundo aspecto de la invención.
La Fig. 6 muestra una vista de la sección de descarga de acuerdo con una realización del dispositivo de mezclado del segundo aspecto de la invención.
La Fig. 7 muestra una vista inferior de la sección de descarga de acuerdo con una realización del dispositivo de mezclado del segundo aspecto de la invención.
La Fig.8 muestra una vista diametral de la sección de descarga de acuerdo con una realización del dispositivo de mezclado del segundo aspecto de la invención.
La Fig. 9 muestra una vista superior del principio de flujo de acuerdo con una realización del dispositivo de mezclado del segundo aspecto de la invención.
Números de posición
01. Dispositivo de mezclado.
02. Borde exterior circular.
03. Sección de recogida.
04. Sección de mezclado.
05. Sección de descarga.
06. Centro de sección transversal circular del reactor.
07. Canales
08. Paredes divisorias de arco circular.
09. Entrada.
10. Borde de derrame.
11. Paletas de guía de descarga.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Dos aspectos y una serie de realizaciones de la invención se explicarán con más detalle a continuación con referencia a los dibujos.
La vista isométrica de un primer aspecto, el mezclado horizontal de 3 niveles, de la invención presentada en la Fig. 1 muestra una vista superior del dispositivo 01 de mezclado. El dispositivo de mezclado tiene una forma circular para corresponder con la pared circular interior del reactor cilíndrico (no mostrado) en el que se instalará el dispositivo de mezclado. En particular, el borde exterior 02 del dispositivo mezclador es circular. En esta realización, el dispositivo de mezclado no tiene pared exterior, pero como el borde exterior coincide con la pared interior del reactor, la pared del reactor forma la pared exterior del dispositivo de mezclado. El pequeño espacio entre el borde exterior y la pared del reactor puede sellarse, por ejemplo, mediante soldadura. La sección 03 de recogida se forma entre la pared exterior que en esta realización como se menciona es la pared interior del reactor y una pared divisoria 08 de arco circular. La sección de recogida se forma alrededor de los 360° completos del dispositivo de mezclado circular y en el diámetro más grande. Aquí, el fluido que fluye desde el lecho de catalizador de arriba (no mostrado) se recoge cuando entra a través de la entrada 09 que está formada por el borde superior del dispositivo de mezclado. El fluido solo puede fluir hacia el siguiente lecho de catalizador subyacente a través de la entrada y más allá de la sección de recogida, ya que el resto del área de la sección transversal está bloqueada, en esta realización por una placa. En una realización de la invención, se puede colocar una
entrada de enfriamiento rápido (no mostrada) en la sección de recogida para añadir fluido de enfriamiento rápido a la corriente de fluido.
La Fig. 2 muestra las partes internas del dispositivo de mezclado de acuerdo con el primer aspecto de la invención, el mezclado horizontal de 3 niveles. Se pueden ver más paredes divisorias de arco circular, y es visible que discurren sustancialmente en una dirección en espiral hacia dentro. Dentro de la sección de recogida, la sección 04 de mezclado está formada en el mismo nivel horizontal pero dentro de la sección de recogida circular exterior. El fluido fluye desde la sección de recogida a la sección de mezclado a través de una abertura en la espiral formada por las paredes divisorias de arco circular. Como se muestra también, las ranuras en la pared divisoria de arco circular pueden formar pasos adicionales desde la sección de recogida a la sección de mezclado. El mezclado del gas y tal vez el líquido y el vapor tiene lugar en el canal de mezclado a medida que se desplaza durante aprox. 360° en casi el diámetro máximo del dispositivo de mezclado antes de entrar en la sección 05 de descarga, en parte a través de la abertura en la espiral formada por la pared divisoria de arco circular y en parte a través de las aberturas de ranura en la pared. En la sección de descarga, el gas mezclado y posiblemente el líquido y el vapor salen del mezclador en un flujo uniforme. Un borde 10 de derrame retiene un nivel uniforme de líquido en la sección de descarga y a través de los principios de elevación de vapor; el gas está levantando gotitas del líquido y transportándolas fuera de la sección de recogida hacia la parte central del espacio abierto (que también es el centro de la sección transversal circular del reactor 06) del dispositivo de mezclado y más hacia el lecho de catalizador debajo (no mostrado). La sección de descarga también puede estar construida para permitir la descarga de fluido hacia el diámetro exterior del dispositivo de mezclado (no mostrado). Para igualar aún más la distribución del fluido al lecho de catalizador de abajo, se pueden instalar bandejas de distribución como se conoce en la técnica (no mostradas) debajo del dispositivo de mezclado, por encima del lecho de catalizador aguas abajo. Como se puede ver en la Fig. 2, las paredes divisorias de arco circular forman canales 07 que están formando las secciones de recogida, mezclado y descarga.
En la Fig. 3, se muestra un segundo aspecto de la invención, el mezclado vertical de 3 niveles. En la realización mostrada, se proporciona una pared divisoria de arco circular en el diámetro máximo del dispositivo de mezclado para formar la pared exterior de los canales. Por lo tanto, en esta realización, la parte interior del reactor no forma la pared exterior del dispositivo de mezclado aunque el diámetro del borde exterior circular del dispositivo de mezclado corresponda al diámetro de la pared interior del reactor. El dispositivo de mezclado tiene forma de rosquilla y está dividido por una espiral, en espiral hacia abajo, a las tres secciones conectadas, la sección de recogida, la sección de mezclado y la sección de descarga, todas las cuales se forman en el diámetro máximo del dispositivo de mezclado y, por lo tanto, el reactor. El gas y posiblemente el líquido y el vapor del lecho de catalizador por encima del dispositivo de mezclado se recogen por encima del dispositivo de mezclado y se dirigen a la sección de recogida que se forma como un canal de arco circular por las paredes divisorias de arco circular. Se puede colocar una entrada de enfriamiento rápido (no mostrada) en la sección de recogida. La mezcla de fluidos se dirige a la sección de mezclado a través de una única abertura en el extremo de la sección de recogida.
Como se puede ver mejor en la Fig.4, el fluido se desplaza en la sección de mezclado en un movimiento circular de 180°, donde el gas y posiblemente, el fluido de enfriamiento rápido, el líquido y el vapor se mezclan, antes de entrar en la sección de descarga que está un nivel por debajo de la sección de mezclado. El gas y posiblemente el líquido continúan desplazándose a través de la sección de descarga, pero se liberan gradualmente desde el dispositivo de mezclado hacia el centro del dispositivo de mezclado/reactor. Un borde de derrame asegura un nivel de líquido uniforme en el círculo completo de la sección de descarga, y el gas arrastra gotas de líquido sobre el borde de derrame cuando se descarga desde el dispositivo de mezclado como se describió anteriormente. También es posible una descarga hacia el diámetro exterior del dispositivo de mezclado (no mostrado).
En una realización adicional del segundo aspecto de la invención, la sección de descarga de mezclado vertical de 3 niveles tiene una construcción de modo que el fluido mezclado no se descarga hacia el centro del dispositivo de mezclado, sino hacia abajo. Como en la realización descrita anteriormente con referencia a la Fig.4, en esta realización el fluido mezclado se desplaza en la sección de mezclado en un movimiento circular de 180°, antes de entrar en la sección de descarga que está un nivel por debajo de la sección de mezclado como se puede ver en la Fig. 5. El gas y posiblemente el líquido continúan desplazándose a través de la sección de descarga, pero se liberan gradualmente desde el dispositivo de mezclado hacia abajo de la parte inferior de la sección de descarga, guiados por las paletas 11 de guía de descarga que se muestran más claramente en las Figs. 6, 7, 8. En esta realización, las paletas de guía también contribuyen a la resistencia mecánica y a la rigidez del dispositivo de mezclado.
En la Fig. 9 se muestra el principio del flujo de fluido por encima del dispositivo de mezclado. Desde la parte del reactor por encima del mezclador, el fluido se expulsa hacia la sección de recogida cuando el centro del dispositivo de mezclado se bloquea y se dirige hacia la sección de mezclado. Los fluidos que pasan por el punto A que se muestra y entran en la sección de mezclado se aceleran a un nivel óptimo para el mezclado de múltiples fases debido a la disminución del área de flujo. Saliendo de la sección de mezclado en el punto B, los fluidos se introducen en la sección de descarga. Debido al aumento del área de la sección transversal disponible para el flujo de fluido en el punto B, a partir de este punto la velocidad del fluido disminuye. Los fluidos se descargan del dispositivo de mezclado gradualmente a medida que dan vueltas alrededor de la sección de descarga. La descarga se realiza entre las paletas de guía de descarga en la parte inferior de la sección de descarga.
Claims (11)
1. Un reactor catalítico de lecho múltiple de forma cilindrica que comprende un dispositivo (01) de mezclado montado entre dos lechos de catalizador en dicho reactor, dicho dispositivo de mezclado tiene un borde exterior circular (02) que es una parte integrada de la pared del reactor o que es un pared conectada al reactor o colocada junto al lado interior de la pared del reactor, el dispositivo de mezclado comprende;
medios de recogida dispuestos en una sección (03) de recogida para recoger fluido procedente de un lecho catalítico aguas arriba,
medios de mezclado dispuestos en una sección (04) de mezclado para mezclar el fluido recogido, y
medios de descarga dispuestos en una sección (05) de descarga para descargar el fluido mezclado a un lecho catalítico aguas abajo;
en el que el dispositivo de mezclado tiene forma de rosquilla y la sección de recogida, la sección de mezclado y la sección de descarga están dispuestas fuera del centro de un tercio (06) de la sección transversal circular del reactor, los medios de recogida, los medios de mezclado y los medios de descarga comprenden canales (07) que comprenden paredes divisorias de arco circular que forman una espiral, y en el que la sección de recogida, la sección de mezclado y la sección de descarga están dispuestas cada una en al menos un sector de 120° del área de la sección transversal circular del reactor.
2. Un reactor catalítico de lecho múltiple con una forma cilindrica que comprende un dispositivo de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los canales (07) que comprenden paredes divisorias (08) de arco circular están dividiendo horizontalmente una sección de otra sección o dividiendo una sección del centro de la sección transversal circular del reactor.
3. Un reactor catalítico de lecho múltiple con una forma cilíndrica que comprende un dispositivo de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios de recogida tienen una entrada (09) para recoger el fluido procedente del lecho catalítico aguas arriba.
4. Un reactor catalítico de lecho múltiple con una forma cilíndrica que comprende un dispositivo de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de mezclado comprende además una entrada de enfriamiento rápido para añadir un fluido de enfriamiento rápido al fluido recogido, dicha entrada de enfriamiento rápido está dispuesta en la sección de recogida.
5. Un reactor catalítico de lecho múltiple con forma cilíndrica que comprende un dispositivo de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la sección de recogida está dispuesta en un nivel axial aguas arriba del reactor con relación a la sección de descarga.
6. Un reactor catalítico de lecho múltiple con una forma cilíndrica que comprende un dispositivo de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la sección de recogida está dispuesta en un área de la sección transversal circular exterior del reactor con relación a la sección de mezclado, y la sección de mezclado está dispuesta en un área de la sección transversal circular exterior del reactor con relación a la sección de descarga.
7. Un reactor catalítico de lecho múltiple con forma cilíndrica que comprende un dispositivo de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios de descarga comprenden una pared divisora de arco circular interior que proporciona un borde (10) de derrame para una fase líquida del fluido.
8. Un reactor catalítico de lecho múltiple con una forma cilíndrica que comprende un dispositivo de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones 1 -7, en el que los medios de descarga comprenden paletas (11) de guía de descarga radial que proporcionan una salida vertical hacia abajo del fluido procedente del dispositivo de mezclado.
9. Un reactor catalítico de lecho múltiple con una forma cilíndrica que comprende un dispositivo de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de mezclado forma una parte integrada de un soporte de lecho de catalizador del reactor.
10. Un reactor catalítico de lecho múltiple de forma cilíndrica que comprende un dispositivo de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de mezclado tiene una altura de menos de 1 m, preferiblemente menos de 0,5 m con respecto a la dirección axial del reactor.
11. Utilización de un reactor catalítico de lecho múltiple con forma cilíndrica que comprende un dispositivo de mezclado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 para la conversión de azufre y nitrógeno (HDS/HDN); hidrogenación de olefinas y aromáticos, eliminación de metales, conversión de oxígeno e hidrocraqueo.
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