ES2875507T3 - Procedimiento para producir una pastilla de espuma metálica, pastilla de espuma metálica, llenado de catalizador y mezclador estático - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para producir una pastilla (10), en particular para un catalizador y/o mezclador estático, que comprende las etapas del procedimiento: corte y/o deformación de al menos una capa (12) de material de espuma metálica (14) en forma de una pastilla, caracterizado porque la pastilla (10) presenta un volumen de 0,8 mm3 a 15 cm3 y la porosidad de la pastilla es mayor o igual al 70 %, en donde la porosidad de la pastilla se determina mediante análisis de imagen usando una sección transversal de la pastilla tomando una imagen de la sección transversal y comparando las áreas de la imagen con y sin material.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para producir una pastilla de espuma metálica, pastilla de espuma metálica, llenado de catalizador y mezclador estático
La presente invención se refiere a un procedimiento para producir una pastilla, una pastilla y un relleno de catalizador y un mezclador estático con una pluralidad de pastillas.
Los procedimientos para la producción de pastillas cerámicas se conocen en principio. Por ejemplo, primero se produce una hebra mediante extrusión, que luego se corta para obtener pastillas individuales. Estas pastillas se pueden utilizar como catalizadores. También se conocen catalizadores monolíticos que consisten en cerámica, espuma metálica, redes o las denominadas estructuras en forma de panales, es decir, estructuras alveolares.
La espuma metálica se puede producir, por ejemplo, como se describe en el documento WO 2016/020053 A1. En este caso, primero se galvaniza una espuma de poliuretano con un metal. A continuación, la espuma de poliuretano se elimina por pirólisis, de modo que se obtiene un material de espuma metálica. Este material de espuma metálica, finalmente, se puede convertir en una espuma metálica mediante sinterización posterior. Antes de la sinterización, también se puede aplicar un polvo metálico al material de espuma metálica, que luego puede formar una aleación en forma de espuma metálica durante la sinterización con el material de espuma metálica, por ejemplo.
Un llenado de catalizador tiene una influencia decisiva en la dinámica de fluidos en un reactor y, por lo tanto, en el transporte de calor y material, así como en la pérdida de presión. Por ejemplo, un lecho de catalizador más denso conduce a una mayor pérdida de presión. Al mismo tiempo, el transporte de masa puede ser particularmente bueno en un lecho de catalizador más denso, ya que el relleno de catalizador densamente empaquetado genera una gran cantidad de turbulencia, que está asociada con un mejor transporte de calor por convección.
El transporte de calor es un parámetro crucial que debe optimizarse tanto para reacciones endotérmicas como exotérmicas e influye significativamente en las propiedades de suministro y eliminación de calor de un reactor. Dependiendo del intervalo de temperatura, el transporte de calor en un reactor químico está limitado por conducción, convección o radiación. Existe una tendencia a que, al aumentar la temperatura, aumenta el aporte del transporte de calor por radiación. Ejemplos de procedimientos que están limitados por el transporte de calor por radiación son los procedimientos que se basan en reacciones fuertemente endotérmicas, como el reformado con vapor. El desafío con estos procedimientos es traer suficiente energía térmica al reactor para impulsar las reacciones químicas. Las temperaturas de reacción típicas son superiores a 900 °C. A temperaturas por debajo de 800 °C, el transporte de calor está típicamente limitado por convección. La convección depende en gran medida de la dinámica de fluidos y se ve favorecida con flujos más turbulentos. Una cifra típica de la turbulencia en un reactor es el número de Reynolds.
Para participar en reacciones químicas en un material poroso, es necesario que un fluido alcance los centros catalíticamente activos del material poroso. La transferencia de masa a tales centros catalíticamente activos en materiales porosos está determinada principalmente por qué tan grande es la proporción de fluido que penetra en el material poroso o cuánto de este fluido fluye a través del material poroso sin penetrar los poros.
Uno de los parámetros más importantes para el coste de un procedimiento químico es la caída de presión. Cuanto mayor sea la pérdida de presión, mayor será el esfuerzo necesario para transportar un fluido a través de un reactor. Por lo tanto, a medida que aumenta la pérdida de presión en un reactor, también aumentan sus costos operativos. Sin embargo, cierta pérdida de presión es esencial para generar los flujos turbulentos deseados en un reactor.
En el documento US 20100331173 A1, se describe un soporte de catalizador en forma de panal que consta de tres capas metálicas hechas de espuma metálica, que están dispuestas una encima de la otra.
Las pastillas hechas de espuma metálica de celda abierta fueron descritas por Kim et al. en Procedia Materials Science 4 (2014) 305-309.
No hace falta decir que las consideraciones anteriores sobre la dinámica de fluidos también se aplican en consecuencia a los mezcladores estáticos como los utilizados, por ejemplo, en columnas de absorción o destilación.
La invención se basa en el objetivo de proporcionar un procedimiento mediante el cual se puedan producir pastillas, con el cual se pueda optimizar y ajustar específicamente la dinámica de fluidos en reactores o columnas para que se pueda optimizar el transporte de calor y material y la pérdida de presión en un reactor o en una columna.
Para lograr el objetivo, se prevé un procedimiento que tiene las características de la reivindicación 1.
El procedimiento según la invención para producir una pastilla, en particular para un catalizador y/o mezclador estático, comprende cortar y/o deformar al menos una capa de material de espuma metálica en una forma de pastilla, en donde la pastilla presenta un volumen de 0,8 mm3 a 15 cm3 y en donde la porosidad de la pastilla es mayor o igual al 70%.
El procedimiento de la invención permite una producción económica y controlada de pastillas con diferentes formas. La libertad de diseño que da el proceso en cuanto a la geometría y tamaño de las pastillas permite diferentes empaquetaduras de lechos catalíticos y/o mezcladores estáticos con dinámica de fluidos adaptada, de manera que se puede optimizar el transporte de calor y material, así como la pérdida de carga en un reactor.
En las reivindicaciones subordinadas, la descripción y el dibujo, se pueden encontrar formas de realización ventajosas de la invención.
De acuerdo con una realización, el material de espuma metálica se sinteriza, por ejemplo, para convertir un material de espuma metálica que comprende diferentes metales en una espuma de aleación metálica. La sinterización puede tener lugar, por ejemplo, a una temperatura de 500 °C a 1200 °C en atmósfera oxidativa o reductora. Esto permite obtener diferentes aleaciones que pueden presentar propiedades optimizadas para el uso previsto de las pastillas.
La sinterización también aumenta la estabilidad de las pastillas, por lo que se pueden realizar formas de pastillas que no son posibles con pastillas hechas de materiales cerámicos. La alta estabilidad de las pastillas también permite que el lecho de catalizador se empaque de manera muy rápida y eficiente, y, además, se pueden lograr densidades de empaque más altas. Lo mismo se aplica a los mezcladores estáticos formados por pastillas individuales.
De acuerdo con una variante del procedimiento, la conformación en pastillas se realiza mediante corte y/o deformación antes de la sinterización. Alternativamente, sin embargo, también es posible realizar la etapa de corte o deformación solo después de la sinterización. En última instancia, la secuencia óptima de pasos depende de la forma de pastilla deseada.
La espuma de metal es preferiblemente una espuma de metal de poros abiertos. Esto permite que fluidos como, por ejemplo, reactivos gaseosos, penetren en toda la pastilla y participen en reacciones dentro de la pastilla. De acuerdo con una realización preferida, la espuma metálica comprende un material catalíticamente activo que puede catalizar reacciones heterogéneas y es particularmente adecuado para convertir reactivos gaseosos.
La espuma metálica comprende preferiblemente al menos uno de los elementos Ni, Fe, Cr, Al, Nb, Ta, Ti, Mo, Co, B, Zr, Mn, Si, La, W, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Bi, Ce y/o Mg. La espuma metálica comprende de forma especialmente preferente al menos uno de los elementos Ni, Fe, Cr y/o Al y, en forma muy especialmente preferente, al menos uno de los elementos Ni y/o Al. Varios de estos elementos pueden formar juntos un componente de la espuma metálica como una aleación o pueden estar presentes como partículas en la espuma metálica.
Preferiblemente, la espuma metálica presenta poros con diámetros distribuidos en forma monomodal o multimodal, en particular bimodal. De acuerdo con una realización particularmente preferida, los poros están distribuidos en forma multimodal y dispuestos espacialmente dentro de la pastilla de tal manera que hay poros con diámetros mayores en una primera zona de la pastilla que en una segunda zona de la pastilla separada espacialmente de la misma. Se pueden usar poros con diferentes diámetros para influir en el tiempo de residencia de los materiales de partida y los productos dentro de una pastilla. La formación de turbulencias también puede verse influida por los poros, que se diferencian en su tamaño, tipo o geometría, por lo que se puede influir en el transporte de calor y material.
De acuerdo con un desarrollo particularmente preferido del procedimiento según la invención, se proporcionan al menos dos capas de material de espuma metálica diferente. Entre otras cosas, también se consideran diferentes las capas de materiales de espuma metálica que se diferencian en la orientación de los poros contenidos en ellos, que consisten en diferentes materiales que se diferencian en sus espesores y/o que presentan diferentes permeabilidades a los gases. En particular, se prefiere que las al menos dos capas diferentes difieran en términos de su porosidad, su diámetro de poro, sus composiciones de material y/o su permeabilidad a los gases. Mediante el uso de diferentes capas, las propiedades fluidodinámicas de la pastilla se pueden ajustar de manera específica y, por lo tanto, el transporte de calor y material, así como la pérdida de presión en un reactor que presenta un lecho de catalizador con varias de estas pastillas, o en una absorción o columna de destilación con un mezclador estático de varias de estas pastillas afectan a las pastillas.
Por ejemplo, las dos capas de material de espuma metálica se pueden unir entre sí presionando y/o soldando por medio de una lámina de soldadura. Un prensado permite conectar dos capas sin usar un material adicional que posiblemente podría interferir con el uso de la pastilla resultante como relleno de catalizador y/o mezclador estático. El uso de una lámina de soldadura permite insertar específicamente una conexión soldada en las pastillas, con la que, por ejemplo, se puede controlar la dinámica de fluidos dentro de la pastilla.
Por ejemplo, el corte y/o la deformación de la al menos una capa del material de espuma metálica se produce mediante corte por láser, corte por chorro de agua, electroerosión, mecanizado, en particular aserrado, taladrado, torneado o rectificado, rotura controlada, torsión, enrollado, laminado, prensado, plegado, tratamiento térmico, en particular soldadura con arco, soldadura de corte o tratamiento con soplete, tratamiento químico, en particular lixiviación o disolución.
De acuerdo con la invención, la pastilla tiene un volumen de 0,8 mm3 a 15 cm3 y de modo muy particularmente preferible, de 2 cm3 a 10 cm3. En el caso de una pastilla con un volumen inferior a 0,5 mm3, existe el riesgo de que, en particular cuando se utilizan como catalizador para reacciones heterogéneas, sean sacadas del reactor por el flujo de reactivo. Además, una pastilla con un volumen de menos de 0,5 mm3 genera solo una pequeña cantidad de turbulencia en un reactor y, por lo tanto, contribuye poco al calor por convección y al transporte de material. Los lechos de catalizador con pastillas que presentan un volumen superior a 30 cm3, por otro lado, forman espacios vacíos que son desventajosos para el suministro y la eliminación de calor por convección y, en particular en el caso de reacciones fuertemente exotérmicas, contribuyen a puntos calientes no deseados y a reducción de la estabilidad del proceso. Por otro lado, los espacios vacíos a temperaturas superiores a 800 °C pueden promover el suministro y la eliminación de calor a través de la radiación. En consecuencia, al influir en el tamaño o el número de espacios vacíos de manera específica, el suministro y la eliminación de calor se pueden optimizar para cualquier condición del proceso.
El suministro y la eliminación de calor son desventajosos y, en particular en el caso de reacciones fuertemente exotérmicas, contribuyen a puntos calientes no deseados ya una reducción de la estabilidad del proceso. Por otro lado, los espacios vacíos a temperaturas superiores a 800 °C pueden promover el suministro y la eliminación de calor a través de la radiación. En consecuencia, al influir en el tamaño o el número de espacios vacíos de manera específica, el suministro y la eliminación de calor se pueden optimizar para cualquier condición del proceso.
El material de espuma metálica presenta preferiblemente poros que tienen un diámetro de 10 pm a 10.000 pm, preferiblemente de 50 pm a 3000 pm, de modo muy particularmente preferible, de 100 pm a 1500 pm. Los poros con diámetros inferiores a 10 pm provocan un deterioro de las propiedades de transporte del material. Con material de espuma metálica, que presenta un diámetro de poro de 10 pm o más, se pueden lograr mejores propiedades de transporte de material y calor. Sin embargo, en el caso de poros con un diámetro superior a 10.000 pm, la eficiencia de un reactor con tales pastillas como relleno de catalizador se reduce debido a una relación reducida de un área superficial catalíticamente activa proporcionada por la espuma metálica al volumen interno de los poros.
La porosidad de la pastilla es superior o igual al 70%, de forma especialmente preferente, superior o igual al 80% y, muy especialmente preferente, superior o igual al 85%. Se trata, por lo tanto, de pastillas de material muy poroso. La porosidad aquí denota el cociente del volumen de los poros en una pastilla con el volumen total de la pastilla. Se ha encontrado que una porosidad de menos del 70% tiene un efecto negativo sobre el transporte de material y sobre la pérdida de presión cuando se usa tal pastilla en un lecho de catalizador. En este caso, la porosidad se determina mediante análisis de imágenes utilizando una sección transversal de la pastilla. Para ello, se realiza una sección transversal de la pastilla y se toma una fotografía. Para determinar la porosidad, se comparan las áreas de la imagen con y sin material, es decir, las áreas del material y las áreas de los agujeros. Una porosidad del 50% significa, por ejemplo, que en la imagen grabada las áreas con y sin material son del mismo tamaño. Cuanto mayor sea la proporción del área sin material en la imagen grabada, mayor será la porosidad de la pastilla.
No hace falta decir que un mezclador estático construido a partir de él también puede adaptarse de manera óptima a su aplicación particular, por ejemplo, en una columna de absorción o destilación, mediante un diseño adecuado de las pastillas.
Otro objeto de la invención es una pastilla que comprende al menos una capa de espuma metálica y en particular se puede obtener mediante uno de los procedimientos descritos con anterioridad. La pastilla se puede proporcionar, por ejemplo, para un relleno de catalizador y/o para un mezclador estático, por ejemplo, para una columna de absorción o destilación.
La espuma de metal es preferiblemente una espuma de metal de poros abiertos. Esto hace posible que los reactivos gaseosos penetren en toda la pastilla y participen en reacciones dentro de la pastilla. De acuerdo con una realización preferida, la espuma metálica comprende un material catalíticamente activo que puede catalizar reacciones heterogéneas y es particularmente adecuado para convertir reactivos gaseosos.
De acuerdo con una primera variante, la pastilla comprende al menos una muesca en el exterior, una ranura en el exterior y/o al menos un arrollamiento y/o torsión de una capa de espuma metálica. Esta forma permite influir en la dinámica de fluidos de una manera adecuada para la aplicación respectiva y optimizar las propiedades de transporte de calor y masa de un reactor o columna.
Una segunda variante de la pastilla prevé que al menos una superficie exterior y/o una superficie límite interior de la pastilla esté al menos parcialmente cerrada.
Por superficie exterior cerrada se entiende una superficie exterior de una pastilla que no presenta aberturas de poros, de modo que los reactivos gaseosos no pueden entrar o escapar de la pastilla a través de ellos. Por consiguiente, una superficie límite interior cerrada de una pastilla denota un área en el interior de la pastilla que no es penetrada por poros. Una interfaz interna de este tipo puede existir, por ejemplo, entre dos capas de espuma metálica que se unen entre sí mediante una lámina de soldadura. Tales superficies externas y/o interfaces internas parcialmente cerradas pueden contribuir a la turbulencia en una corriente de gas que fluye a través del reactor o la columna e influir en la dinámica del fluido, por lo que las propiedades de transporte de calor y masa de un reactor o una columna pueden, finalmente, optimizarse.
De acuerdo con una tercera variante, la pastilla comprende al menos dos capas diferentes de espuma metálica. Con diferentes capas de espuma metálica, se pueden combinar diferentes propiedades en una pastilla que, a su vez, controla la dinámica del fluido y, por lo tanto, se pueden optimizar las propiedades de transferencia de calor y masa, así como la pérdida de presión de un reactor o columna.
Las variantes primera, segunda y tercera no se excluyen entre sí, sino que también pueden estar combinadas, de modo que, en una variante, la pastilla presenta al menos una muesca exterior, una ranura exterior y/o al menos un arrollamiento y/o torsión de una capa de espuma metálica y al menos una superficie exterior y/o una superficie límite interior de la pastilla está al menos parcialmente cerrada. De acuerdo con otra variante, la pastilla comprende al menos una muesca exterior, una ranura exterior y/o al menos un arrollamiento y/o torsión de una capa de espuma metálica y al menos dos capas diferentes de espuma metálica, en donde al menos una superficie exterior y/o la superficie límite interior de la pastilla está al menos parcialmente cerrada. De acuerdo con otra alternativa, está previsto que la pastilla comprenda al menos una muesca exterior, una ranura exterior y/o al menos un arrollamiento y/o torsión de una capa de espuma metálica y al menos dos capas diferentes de espuma metálica. Finalmente, la pastilla puede comprender al menos dos capas diferentes de espuma metálica y al menos una superficie exterior y/o una superficie límite interior de la pastilla puede estar al menos parcialmente cerrada.
La pastilla comprende preferiblemente una espuma metálica que contiene al menos uno de los elementos Ni, Fe, Cr, Al, Nb, Ta, Ti, Mo, Co, B, Zr, Mn, Si, La, W, Cu, Ag, Au, Pd, Pt, Zn, Sn, Bi, Ce y/o Mg. La espuma metálica comprende en forma especialmente preferente al menos uno de los elementos Ni, Fe, Cr y/o Al y en forma muy especialmente preferente, al menos uno de los elementos Ni y/o Al. Varios de estos elementos pueden formar una aleación y constituir una parte integral de la espuma metálica o de toda la espuma metálica. Además, estos elementos pueden estar contenidos en partículas que están presentes dentro de la espuma metálica. La espuma metálica comprende, en forma especialmente preferente, una aleación de níquel-hierro-cromo-aluminio y/o una aleación de níquel-cromo-aluminio. Para ajustar y optimizar la actividad catalítica, la aleación de níquel-hierro-cromo-aluminio y/o la aleación de níquel-cromo-aluminio se pueden dopar con otros elementos.
De manera muy especialmente preferente, la espuma metálica se compone al menos esencialmente de una aleación de níquel-hierro-cromo-aluminio y/o de una aleación de níquel-cromo-aluminio. Esto significa que, además de una aleación de níquel-hierro-cromo-aluminio posiblemente dopada y/o una aleación de níquel-cromo-aluminio, la espuma metálica solo contiene impurezas inevitables y/o residuos de una lámina de soldadura que pueda haber sido utilizada durante la producción.
De acuerdo con una realización, la espuma metálica presenta poros con diámetros distribuidos de manera monomodal o multimodal, en particular bimodal.
Los poros en la pastilla tienen preferiblemente un diámetro de 10 pm a 10000 pm, preferiblemente de 50 pm a 3000 |jm, de modo muy particularmente preferible, de 100 pm a 1500 pm. Los poros con un diámetro inferior a 10 pm pueden provocar una mayor pérdida de presión y dificultar el transporte de calor y materiales. Con pastillas con un diámetro de poro de más de 100 pm, se pueden lograr propiedades de transporte de material y calor significativamente mejores, así como una pérdida de presión reducida. Sin embargo, en el caso de poros con un diámetro superior a 10.000 pm, la eficiencia de un reactor con tales pastillas como relleno de catalizador se reduce debido a una relación reducida de un área superficial catalíticamente activa proporcionada por la espuma metálica al volumen interno de los poros.
Además, la presente invención se refiere a un llenado de catalizador con una pluralidad de pastillas de acuerdo con al menos uno de los aspectos descritos con anterioridad.
El relleno de catalizador según la invención se puede utilizar, por ejemplo, en una reacción catalizada heterogéneamente. Los reactivos y productos de la reacción catalizada heterogéneamente pueden estar en forma gaseosa y/o líquida. Además, la carga de catalizador según la invención se puede utilizar en la conversión de gas natural en hidrocarburos de cadena más larga, en la hidrogenación/deshidrogenación de hidrocarburos, en particular en el reformado con vapor, en reacciones de oxidación, en particular en la oxidación parcial de etileno.
Otro objeto de la invención es, además, un mezclador estático, por ejemplo, para una columna de absorción o destilación, con un gran número de pastillas del tipo descrito con anterioridad.
De acuerdo con una realización, la pluralidad de pastillas del relleno de catalizador o del mezclador estático comprende diferentes pastillas, en particular pastillas que se diferencian por su tamaño, forma, superficie, densidad, porosidad y/o su material. Esto hace posible influir en la dinámica de los fluidos y, por lo tanto, en el transporte de calor y material de una manera adecuada y, así, optimizar el suministro de calor y las propiedades de evacuación del reactor.
De acuerdo con otra realización, las diferentes pastillas se distribuyen uniformemente en el relleno de catalizador o en el mezclador estático. De acuerdo con otra realización, la distribución de las diferentes pastillas presenta un gradiente en la dirección axial y/o un gradiente en la dirección radial. La dirección axial denota la dirección desde la entrada de un reactor o columna a una salida de reactor o columna y la dirección radial denota la dirección transversal a la dirección axial. De acuerdo con otra realización más, la distribución de las diferentes pastillas en la dirección axial y/o en la dirección radial presenta capas discretas. Una variación de la composición del relleno del catalizador o del mezclador estático en la dirección radial permite influir específicamente en las propiedades de suministro y eliminación de calor en el interior del reactor o de la columna y así optimizar el reactor o la columna en consecuencia. Un cambio en la composición del relleno de catalizador o del mezclador estático en la dirección axial permite que la dinámica del fluido se adapte a una composición del flujo de reactivo que cambia en la dirección axial.
La invención se describe a continuación, meramente a modo de ejemplo, sobre la base de posibles realizaciones con referencia a los dibujos adjuntos. En ellos:
Fig. 1 muestra una representación esquemática de un procedimiento según la invención,
Fig. 2 muestra una realización de una pastilla según la invención,
Fig. 3 muestra otra realización de una pastilla según la invención,
Fig. 4 muestra otra realización de una pastilla según la invención,
Fig. 5 muestra otra realización de una pastilla según la invención,
Fig. 6 muestra otra realización de una pastilla según la invención,
Fig. 7 muestra otra realización de una pastilla según la invención y un material de espuma metálica deformado, Fig. 8 muestra otra realización de una pastilla según la invención,
Fig. 9 muestra otra realización de una pastilla según la invención,
Fig. 10 muestra otra realización de una pastilla según la invención,
Fig. 11 muestra otra realización de una pastilla según la invención,
Fig. 12 muestra otra realización de una pastilla según la invención,
Fig. 13 muestra otra realización de una pastilla según la invención,
Fig. 14 muestra otra realización de una pastilla según la invención,
Fig. 15 muestra otra realización de una pastilla según la invención,
Fig. 16a muestra una vista en sección transversal de una realización de una pastilla según la invención con tres capas diferentes,
Fig. 16b muestra una vista en sección transversal de otra realización de una pastilla según la invención con tres capas diferentes,
Fig. 16c muestra una vista en sección transversal de otra realización de una pastilla según la invención con dos capas diferentes,
Fig. 17a muestra una representación esquemática de una realización de una pastilla según la invención, Fig. 17b muestra una representación esquemática de otra realización de una pastilla según la invención, Fig. 18 muestra un reactor con relleno de catalizador,
Fig. 19 es una vista en sección transversal de un reactor;
Fig. 20 muestra una vista parcialmente transparente de un reactor con relleno de catalizador,
Fig. 21a muestra pérdidas de carga con flujos de sustancia dados para pastillas de los ejemplos 1 a 5 y los ejemplos comparativos 1 y 2,
Fig. 21b muestra pérdidas de carga en función del transporte de masa y material para pastillas de los ejemplos 1 a 5 y los ejemplos comparativos 1 y 2,
Fig. 22a muestra tres perfiles de temperatura de salida para tres reactores empaquetados en pastillas y
Fig. 22b muestra los coeficientes medios de transferencia de calor de los reactores de la Fig. 21a.
La Fig. 1 muestra esquemáticamente las etapas del procedimiento de un procedimiento para producir pastillas 10, como se muestra, por ejemplo, en las Fig. 2 a 16c. Primero, en una primera etapa de procedimiento S1, se proporciona una capa 12 o una pila de varias capas 12 apiladas de material 14 de espuma metálica, que luego se tritura en una segunda etapa de procedimiento S2 en piezas 18 de material de espuma metálica que, más tarde, en una tercera etapa de procedimiento S3, se forman en las piezas 16 en bruto de espuma metálica en forma de pastillas. Mediante la sinterización posterior en una cuarta etapa de procedimiento S4, las piezas 16 en bruto de espuma metálica se procesan adicionalmente en pastillas 10 terminadas. Las pastillas 10 obtenidas de esta manera presentan una alta estabilidad mecánica y, como se describe a continuación, pueden usarse para producir un relleno 20 de catalizador de un reactor 22. Sin embargo, según una aplicación alternativa, también es posible construir un mezclador estático, por ejemplo, para una columna de absorción o destilación, a partir de las pastillas 10. No hace falta decir que, dependiendo del diseño de las pastillas 10, un mezclador estático también puede cumplir una función de catalizador o, a la inversa, un relleno 20 de catalizador puede actuar al mismo tiempo como un mezclador estático.
Para formar piezas 16 en bruto de espuma metálica en forma de pastillas a partir del material 14 de espuma metálica, se pueden utilizar varias técnicas, por ejemplo, corte por láser, corte por chorro de agua, electroerosión, mecanizado, en particular aserrado, taladrado, torneado o rectificado, rotura controlada, torsión, bobinado, laminado, prensado, plegado, tratamiento térmico, en particular soldadura con arco eléctrico, soldadura por separación o tratamiento con soplete, tratamiento químico, en particular lixiviación o disolución.
En la producción de piezas 16 en bruto de espuma metálica en forma de pastillas con forma helicoidal, como se muestra, por ejemplo, en el centro de la Fig. 7, también puede ser ventajoso deformar primero el material 14 de espuma metálica y luego triturarlo. Dependiendo de la forma que se desee para la pastilla 10, generalmente puede ser ventajoso llevar a cabo la segunda etapa de procedimiento S2 y la tercera etapa de procedimiento S3 en el orden inverso, es decir, primero doblar, enrollar, torcer y/o presionar y el luego se corta el material 14 de espuma metálica para obtener piezas 16 en bruto de espuma metálica en forma de pastillas en el tamaño deseado. Como resultado de la sinterización (etapa de procedimiento S4), las piezas 16 en bruto de espuma metálica en forma de pastillas se convierten entonces en las pastillas 10 hechas de espuma 24 metálica.
De acuerdo con una realización alternativa, también es concebible realizar la etapa de procedimiento S4 antes que las etapas de procedimiento S2 y S3. En esta alternativa, la capa 12 de material 14 de espuma metálica se sinteriza primero y luego, como se describió con anterioridad, se tritura y se conforma en pastillas 10 terminadas.
La pastilla 10 mostrada en la Fig. 2 hecha de espuma 24 metálica con poros 26 abiertos tiene una forma básica aproximadamente cilíndrica y presenta una muesca 28 en la región central de su cara extrema que resulta de la compresión del material 14 de espuma metálica. Es concebible que la cara frontal opuesta de la pastilla 10, que no es visible en la Fig. 2, presente también una muesca 28. Alternativamente, la muesca 28 también se puede diseñar como una abertura que se extiende axialmente a través de toda la pastilla 10, por lo que al pastilla 10 se le da la forma de un anillo de Raschig. La pastilla 10 de la Fig. 2 presenta varias capas 12 de espuma 24 metálica que se apilan una encima de la otra y se unen entre sí. La unión de las capas 12 individuales puede tener lugar, por ejemplo, presionando o soldando con la ayuda de una lámina 30 de soldadura. Una superficie 32 exterior de la pastilla 10 presenta una pluralidad de ranuras 34 circunferenciales. Las ranuras 34 pueden influir en la dinámica del fluido en el sentido de que desvían un flujo 36 de reactivo que fluye a través del reactor 22 (véanse las Fig. 18 y 20) y generan turbulencias en el mismo. Además, las ranuras 34 agrandan la superficie 32 exterior de la pastilla 10, de modo que el flujo 36 de reactivo puede penetrar más fácilmente en la espuma 24 metálica de poros abiertos, como resultado de lo cual se mejoran las propiedades de transporte de material. Debido a su forma compacta, la pastilla 10 de la Fig. 2 presenta una densidad alta, lo que tiene un efecto ventajoso sobre las propiedades de transporte de calor.
La pastilla 10 mostrada en la Fig. 3 se produjo doblando una capa 12 de material 14 de espuma metálica varias veces y presenta seis protuberancias 38 y seis muescas 40 que corren paralelas entre sí y se extienden axialmente sobre la longitud de la pastilla 10. De manera similar, la pastilla 10 mostrada en la Fig. 4 se puede producir a partir de espuma 24 metálica con cuatro protuberancias 38 y cuatro muescas 40. En la zona central, los dos pastillas 10 mostradas en las Fig. 3 y 4 tienen cada una un paso libre que se extiende axialmente a través de toda la pastilla 10. Las protuberancias y muescas 38, 40 producidas en estas pastillas 10 por plegado pueden provocar turbulencias en un flujo de reactivo y así mejorar las propiedades de transporte de calor de un lecho de catalizador correspondiente en comparación con las pastillas 10 sin protuberancias y muescas 38, 40. El paso dispuesto en el centro reduce la pérdida de presión.
En la pastilla 10 multicapa mostrada en la Fig. 5, se forman siete muescas 40 y en la pastilla 10 mostrada en la Fig. 6 se forman doce muescas 40, que se obtuvieron doblando capas 12 individuales de material 14 de espuma metálica y extendiéndolas axialmente. Estas muescas 40 provocan turbulencia y, por lo tanto, mejoran las propiedades de transporte de calor de un lecho de catalizador correspondiente en comparación con un lecho de catalizador con pastillas 10 sin estas muescas 40.
Todas las pastillas 10 mostradas en las Fig. 3 a 6 presentan una estructura compacta, de modo que con un empaquetamiento aleatorio de un lecho de catalizador con dichas pastillas 10, se puede lograr una alta densidad, lo que, a su vez, es beneficioso para las propiedades de transferencia de calor y material y puede dar lugar a un alto grado de turbulencia.
También es posible enrollar primero una o más capas 12 del material 14 de espuma metálica, como se muestra a la izquierda en la Fig. 7, luego sinterizarlas y después cortarlas en rodajas. De esta manera, se puede obtener una pastilla 10 helicoidal, como se muestra a la derecha en la Fig. 7. La sinterización del material 14 de espuma metálica enrollada asegura que el material 14 de espuma metálica no se desenrolle de nuevo cuando se divide.
La pastilla 10 helicoidal es muy compacta, lo que tiene un efecto ventajoso sobre las propiedades de transporte de material y calor. En particular, las propiedades de transporte de material de tales pastillas 10 helicoidales se mejoran debido a las rutas de transporte cortas. Como resultado del enrollado, se crea un paso axial en la región interior de la pastilla 10, cuyo paso puede reducir la pérdida de presión de un lecho de catalizador correspondiente. El empaquetamiento aleatorio de un lecho de catalizador con pastillas 10 helicoidales conduce a una turbulencia particularmente fuerte. Con las pastillas 10 helicoidales, además de un embalaje estadístico, también se puede realizar un embalaje ordenado. Por ejemplo, para mejorar el transporte de calor y material en el lecho de catalizador, las pastillas 10 helicoidales se pueden apilar para generar canales en el lecho de catalizador de una manera específica para diseñar de ese modo perfiles de flujo en el lecho de catalizador.
Al retorcer o enrollar el material 14 de espuma metálica en forma de tira, también se pueden producir pastillas 10 helicoidales. La pastilla 10 mostrada en la Fig. 8 se ha torcido en forma de espiral. Un flujo 36 de reactivo que fluye a lo largo de la pastilla 10 puede ponerse en rotación mediante la forma en espiral de la pastilla 10. Esta influencia sobre la dinámica de fluidos se puede utilizar para mejorar las propiedades de transporte de material y calor de un lecho de catalizador. Debido a la forma en espiral, la pastilla 10 presenta un volumen libre relativamente grande, lo que reduce la pérdida de presión. Con una disposición vertical de pastillas 10 en espiral en un lecho de catalizador, en donde el eje longitudinal de las pastillas 10 está alineado paralelo a la dirección de flujo en el lecho de catalizador, se pueden generar perfiles de flujo específicos. Con un empaquetado estadístico, se pueden lograr flujos muy turbulentos.
Las pastillas 10 con las formas mostradas en las Fig. 9 y 10 se pueden obtener enrollando una tira de material 14 de espuma metálica, en donde el devanado dentro de estas pastillas 10 crea pasos que están libres de espuma 24 metálica y que reducen la pérdida de presión en una reducción adecuada lecho de catalizador.
También se pueden retorcer o enrollar diferentes capas 12 de espuma metálica de una pastilla 10 en direcciones opuestas para producir una pastilla 10, como se muestra en la Fig. 11. Debido a las diferentes direcciones de torsión o devanado de las diferentes capas 12, un flujo 36 de reactivo que pasa por la pastilla 10 experimenta desviaciones en diferentes direcciones, por lo que la dinámica del fluido puede verse influida de manera selectiva, por ejemplo, generando turbulencias. Tal influencia en la dinámica de fluidos también se puede usar para optimizar las propiedades de transporte de calor y material de un lecho de catalizador de una manera específica.
Al enrollar el material 14 de espuma metálica, también se pueden producir pastillas 10 con las formas mostradas en las Fig. 12 y 13. La pastilla 10 mostrada en la Fig. 12 se puede producir enrollando un material 14 de espuma metálica triangular. El enrollado de una tira de material 14 de espuma metálica puede utilizarse para dar a una pastilla 10 la forma casi de varilla mostrada en la Fig. 13, en la que el enrollado crea un pasaje axial dentro de la pastilla mostrada en la Fig. 13 que está libre de espuma 24 metálica y que reduce la caída de presión en un lecho de catalizador correspondiente.
Las pastillas 10 de las Fig. 7 a 13 presentan cada una en sus superficies 32 exteriores una estructura que se puede rastrear hasta retorcerse o enrollar y que es adecuada para desviar y hacer girar un flujo 36 de reactivo que fluye a su lado. Por lo tanto, con tales pastillas, se puede generar turbulencia en el flujo 36 de reactivo de una manera dirigida. Dependiendo del tipo de torsión o devanado, se pueden producir diferentes superficies 32 exteriores de modo que esté disponible una pastilla 10 adaptada al uso previsto. Puede ser deseable crear menos turbulencia en el flujo 36 de reactivo en algunas circunstancias. Para ello, puede resultar ventajoso utilizar, por ejemplo, la pastilla 10 casi en forma de varilla que se muestra en la Fig. 13, que tiene una superficie 32 exterior relativamente lisa. Puede conseguirse una superficie 32 exterior incluso más lisa utilizando una pastilla 10 en forma de varilla o de cilindro, como se muestra en la Fig. 14. Las pastillas 10 mostradas en las Fig. 9 a 14 son muy compactas, lo que es particularmente ventajoso para el transporte de calor.
Empaquetando verticalmente las pastillas 10 mostradas en las Fig. 9, 10, 13 y 14, se pueden obtener lechos de catalizador muy densamente empaquetados y se pueden generar perfiles de flujo específicos en el lecho de catalizador, lo que es particularmente ventajoso para las propiedades de transporte de calor. Mediante el empaquetado estadístico de estas pastillas, se pueden obtener flujos turbulentos, lo que es ventajoso para el transporte de calor y material.
La pastilla 10 mostrada en la Fig. 15 tiene la forma de un cilindro hueco abierto con un ángulo de apertura a de 180° y una abertura axial 42 en una pared 44 de la camisa. También son posibles otros ángulos de apertura en el intervalo de 1° a 359°. Un ángulo de apertura a de 0° corresponde a un cilindro hueco cerrado. Se puede producir una pastilla 10 en forma de cilindro hueco abierto, por ejemplo, laminando material 14 de espuma metálica. La abertura 42 prevista en la pared 44 de la camisa permite que el flujo 36 de reactivo penetre hasta la superficie 46 de la camisa interior de la pastilla 10 con forma de cilindro hueco. La pastilla 10 mostrada en la Fig. 15 puede conducir así el flujo 36 de reactivo de una manera similar a un tubo, por lo que se puede lograr una pérdida de presión muy baja. Para influir aún más en la dinámica del fluido, se pueden prever muescas 40 y/o ranuras 34 en la superficie 48 de la camisa exterior y/o en la superficie 46 de la camisa interior del cilindro hueco abierto, pero no se muestran en la Fig. 15. El empaquetamiento ordenado de un lecho de catalizador con las pastillas 10 mostradas en la Fig. 15 también permite una generación dirigida de perfiles de flujo en un lecho de catalizador.
En las Fig. 16a, 16b y 16c, se muestran secciones transversales esquemáticas de pastillas 10 con tres o dos capas 12 diferentes. Las diferentes capas 12 se pueden unir entre sí soldando con una lámina 30 de soldadura o presionando las capas 12 juntas y presentan diferentes poros 26. La pastilla 10 de la Fig. 16a presenta primeros poros 52 con diámetros más grandes y segundos poros 54 con diámetros más pequeños en la capa 12 intermedia. El diámetro de los primeros poros 52 puede estar en el intervalo de 500 |jm a 10000 |jm, y el diámetro de los segundos poros 54 puede estar en el intervalo de 10 jm a 3000 jim. Tal distribución de los poros 52, 54 se puede utilizar, por ejemplo, para influir en el tiempo de residencia de los reactivos en la pastilla 10. Por ejemplo, los poros 54 más pequeños dentro de la pastilla mostrada en la Fig. 16b pueden aumentar el tiempo de residencia de los reactivos. En el caso de una pastilla 10 compuesta por dos capas 12 diferentes (Fig. 16c), se prevén primeros poros 52 más grandes en una capa 12 y segundos poros 54 más pequeños en la otra capa 12. Por tanto, el flujo 36 de reactivo entra y sale preferiblemente de la pastilla 10 por el lado con los primeros poros 52. De esta manera, por ejemplo, se puede variar el tiempo de permanencia dentro de la pastilla 10. Debido a que se prevén poros 54 más pequeños en un lado de la pastilla 10 que en el otro lado de la pastilla, en el lado con los poros 54 más pequeños, parte del flujo 36 de reactivo puede desviarse cuando golpea la pastilla 10 que, a su vez, influye en la dinámica de fluidos, por lo que se pueden influir las propiedades de transporte de calor y material de un relleno de catalizador.
La pastilla 10 mostrada en la Fig. 17a presenta una superficie 56 exterior cerrada. Esto significa que ningún poro 20 conduce al interior de la pastilla 10 en la superficie 56 exterior cerrada, de modo que un flujo 36 de reactivo que fluye contra la superficie 56 exterior cerrada no puede penetrar la pastilla 10 y, por lo tanto, rebotar en la superficie 32 exterior. Esto puede dar lugar a turbulencias, de modo que las propiedades de transporte de calor y material también pueden verse influidas por el cierre parcial o completo de una superficie 32 exterior de una pastilla 10. En el caso de la pastilla 10 mostrada en la Fig. 17b, se prevén dos superficies 56 exteriores cerradas opuestas.
Se puede producir una superficie 56 exterior cerrada, por ejemplo, aplicando una lámina 30 de soldadura a una superficie 32 exterior de una pastilla 10 y luego calentando la lámina 30 de soldadura. También es posible, en un material 14 de espuma metálica con una pluralidad de capas 12, que están unidas por medio de láminas 30 de soldadura, producir superficies límite internas en una pastilla 10 que pueden estar parcial o completamente cerradas. Las interfaces internas parcial o totalmente cerradas también influyen en un flujo 36 de reactivo que ha penetrado en la pastilla, lo que permite, por ejemplo, variar el tiempo de residencia de los reactivos dentro de la pastilla 10 o generar turbulencias en el flujo 36 de reactivo.
En la Fig. 18, se muestra en una vista en perspectiva un reactor 22 a través del cual fluye un flujo 36 de reactivo. En el interior del reactor 22, se prevé un relleno 20 de catalizador que comprende una multiplicidad de pastillas 10, a saber, pastillas 10 que se diferencian en términos de tamaño, forma, superficie, densidad, porosidad, orientación y/o su material, en donde las pastillas 10 individuales no se muestran en las Fig. 18 a 20. En concreto, el reactor 22 se subdivide en la dirección axial L en una pluralidad de regiones 58 que se diferencian en cuanto a su relleno 20 de catalizador. Por ejemplo, una primera región 60 puede contener un relleno de catalizador con pastillas 10, que optimizan el suministro de calor o las propiedades de eliminación del reactor 20. En una segunda región 62, el relleno de catalizador puede comprender pastillas 10, que están optimizadas, por ejemplo, en lo que respecta a las propiedades de transporte de material, para convertir el flujo 36 de reactivo lo más completamente posible. En el reactor mostrado en la Fig. 18, la primera y segunda regiones 60, 62 están dispuestas alternativamente a lo largo de la dirección axial L del reactor 22 y forman así capas discretas con diferentes composiciones.
También es concebible que el relleno 20 de catalizador cambie gradualmente a lo largo de la dirección axial L del reactor 22. Esto significa que se prevé un primer tipo o mezcla de pastillas 10 en el área de una entrada del reactor 64 en la que el flujo 36 de reactivo entra en el reactor 22 y se prevé un segundo tipo o mezcla de pastillas 10 en un área de la salida del reactor 66. El primer tipo o mezcla de pastillas 10 se fusiona con el segundo tipo o mezcla de pastillas 10 a lo largo de la dirección axial L del reactor. Como resultado, se puede proporcionar un entorno de dinámica de fluidos diferente en la entrada 64 del reactor que en la salida 66 del reactor.
La distribución de diferentes pastillas 10 en el relleno de catalizador puede tener lugar en la dirección radial R en forma homogénea, gradual o en anillos discretos. En la vista en sección transversal de un reactor mostrado en la Fig. 19, se puede ver que el relleno 20 de catalizador presenta una región 68 radialmente interna y una región 70 radialmente externa. Se puede prever un tipo diferente o una mezcla diferente de pastillas 10 en la región 68 radialmente interna que en la región 70 radialmente externa. La transición entre la región 68 radialmente interna y la región 70 radialmente externa puede tener lugar abruptamente, de modo que el relleno de catalizador presenta anillos discretos en dirección radial R. Alternativamente, también puede haber una transición gradual entre el área 68 interna y el área 70 externa.
En la Fig. 20, se muestra una vista parcialmente transparente de un reactor, cuyo relleno 20 de catalizador cambia gradualmente en la dirección axial L y abruptamente en la dirección radial R. En la entrada del reactor 64, la región 68 interna se extiende desde el punto 72 central del reactor 22 hasta la pared del reactor 74. A lo largo de la dirección axial L en la dirección de la salida del reactor 66, el radio de la región 68 interna se vuelve continuamente más pequeño, mientras que el grosor de una región 70 externa aumenta de modo que la región 68 interna en toda la longitud del reactor 22 presenta la forma de un cono.
En las Tablas 1 y 2 y en las Fig. 21a y 21b, se muestra una comparación de las pastillas 10 hechas de espuma 24 metálica con las pastillas cerámicas convencionales.
En la Tabla 1, se enumeran cinco ejemplos de pastillas 10 de acuerdo con la invención con geometría de cubo o disco, cada una hecha de una aleación de níquel-cromo-aluminio (NiCrAl), y dos ejemplos comparativos de pastillas cerámicas hechas de aluminato de calcio.
Tabla 1
Forma Medidas (mm) Tamaño de poro (pm) Material
Ejemplo 1 Dado 10 x 10 x 10 1200 |jm NiCrAl
Ejemplo 2 Dado 10 x 10 x 10 580 jm NiCrAl
Ejemplo 3 Dado 15 x 15 x 15 1200 jm NiCrAl
Ejemplo 41 Dado 15 x 15 x 15 1200 jm NiCrAl
Ejemplo 52 Rodaja 8 x 8 x 3 1200 jm NiCrAl
Ejemplo comparativo 13 Cilindro hueco 13 x 17 3500 jm Aluminato de calcio
Ejemplo comparativo 24 Cilindro hueco 8 x 8 3000 jm Aluminato de calcio
1 Dado con seis capas, comprimido en un 20%
2 Las medidas se refieren a largo x ancho x espesor
3 Cilindros con muescas, un diámetro exterior máximo de 13 mm, una longitud de 17 mm y cuatro cavidades cilíndricas idénticas con extremos curvos y un diámetro interior de 3,5 mm cada una
4 Cilindro hueco con un diámetro exterior de 8 mm, una longitud de 8 mm y un diámetro interior de 3,0 mm
Las Fig. 21a y 21b muestran las propiedades de pérdida de carga de las pastillas 10 de los Ejemplos 1 a 5 y los Ejemplos comparativos 1 y 2. En la Fig. 21a, para cada ejemplo o ejemplo comparativo, una pérdida de presión medida Ap en bar sobre un caudal de material establecido m en kg/s aplicados. La Fig. 21a muestra que existe una relación aproximadamente lineal entre la pérdida de presión Ap y el caudal de sustancia establecido m. En la Fig. 21b, Am representa la diferencia entre los caudales molares establecidos más alto y más bajo para un ejemplo o ejemplo comparativo, y A(Ap), la diferencia entre las pérdidas de carga medidas en cada caso para estos caudales de sustancia. En otras palabras, los valores A(Ap)/Am indican las pendientes de las líneas rectas que atraviesan los puntos inicial y final de las curvas mostradas en la Fig. 21a, y forman una medida de la pérdida de presión por flujo de sustancia para el ejemplos y ejemplos comparativos. Cuanto mayor sea el valor de A(Ap)/Am, mayor será la pérdida de presión al aumentar el transporte de masa y material.
Puede verse en los Ejemplos 1 a 5 que el procedimiento de acuerdo con la invención puede producir pastillas 10 con diferentes efectos sobre la pérdida de presión, es decir, las pastillas 10 pueden adaptarse bien a los requisitos de su área de aplicación planificada. Por ejemplo, se puede utilizar un cambio en el diámetro de los poros para influir en la pérdida de presión, como se puede ver en los Ejemplos 1 y 2. El uso de una pastilla 10 con varias capas 12 reduce la pérdida de presión y al mismo tiempo mejora las propiedades de transporte del material, como puede verse en los Ejemplos 3 y 4. Cambiando la forma de las pastillas 10, tanto la pérdida de presión como el transporte de material pueden optimizarse dependiendo del uso previsto de las pastillas 10. La pastilla 10 en forma de disco según el Ejemplo 5 presenta las mismas buenas propiedades de transporte de material que una pastilla según el Ejemplo 3, pero con una pérdida de presión aumentada.
La Fig. 22a muestra tres perfiles radiales de temperatura de salida. Para ello, reactores 22 tubulares con diámetros de 3 pulgadas (7,62 cm) después de su empaque con diferentes pastillas 10 se hacen fluir con aire precalentado a 900 °C como fluido a una presión de 5 bar y una velocidad de tubería vacía de 1 m/s, en donde los reactores 22 están dispuestos cada uno en hornos calentados a 1000 °C. En la salida 66 del reactor, la temperatura se mide en diferentes posiciones radiales. Los perfiles de temperatura de salida mostrados en la Fig. 22a se obtienen representando gráficamente las temperaturas de salida medidas frente a las posiciones radiales asociadas.
La curva inferior marcada con diamantes en la Fig. 22a se obtiene con pastillas cerámicas según el Ejemplo comparativo 1 (Tabla 1). Dos perfiles de temperatura de salida obtenidos con pastillas 10 hechas de espuma 24 metálica están marcados con círculos (curva superior) y triángulos (curva media) y se basan cada uno en pastillas en forma de cubo hechas de una aleación de níquel-cromo-aluminio. En el perfil de temperatura de salida marcado con círculos, las pastillas 10 en forma de cubo corresponden a las pastillas del Ejemplo 3. En el perfil de temperatura de salida marcado con triángulos, las pastillas 10 en forma de cubo corresponden a las pastillas del Ejemplo 1. Ambos perfiles de temperatura de salida, que se puede atribuir al uso de pastillas 10 hechos de espuma 24 metálica, tienen temperaturas más altas que el perfil de temperatura de salida basado en el uso de pastillas cerámicas. Esto deja claro que las pastillas 10 hechas de espuma metálica son ventajosas en comparación con las pastillas cerámicas, en particular en el caso de reacciones fuertemente endotérmicas.
A partir de los perfiles de temperatura de salida obtenidos, se pueden calcular los coeficientes medios de transferencia de calor, que se muestran en la Fig. 22b. A la izquierda de la Fig. 22b, se muestra el coeficiente de transferencia de calor del reactor 22 lleno de pastillas cerámicas, que es significativamente más bajo que el coeficiente de transferencia de calor medio que se puede atribuir a las pastillas según los Ejemplos 1 y 3. Esto muestra que las pastillas 10 de acuerdo con la invención hechas de espuma 24 metálica pueden usarse para optimizar el transporte de calor de los reactores.
Lista de signos de referencia
10 Pastilla
12 Capa
14 Material de espuma metálica
16 Pieza en bruto de espuma metálica
18 Pieza de material de espuma metálica
20 Relleno de catalizador
22 Reactor
24 Espuma metálica
26 Poros
28 Muesca
30 Lámina de soldadura
32 Superficie exterior
34 Ranura
36 Flujo de reactivo
38 Protuberancia
40 Muesca
42 Abertura
44 Pared de la camisa
46 Interior
48 Superficie de la camisa exterior
50 superficie de la camisa interior
52 Primeros poros
54 Segundos poros
56 Superficie exterior cerrada
58 Región
60 Primera región
62 Segunda región
64 Entrada del reactor
66 Salida del reactor
68 Región radialmente interior
70 Región radialmente exterior
72 Punto central
74 Pared del reactor
L Dirección axial
R Dirección radial
51 Primera atapa del procedimiento
52 Segunda etapa del procedimiento
53 Tercera etapa del procedimiento
54 Cuarta etapa del procedimiento

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para producir una pastilla (10), en particular para un catalizador y/o mezclador estático, que comprende las etapas del procedimiento:
corte y/o deformación de al menos una capa (12) de material de espuma metálica (14) en forma de una pastilla, caracterizado porque
la pastilla (10) presenta un volumen de 0,8 mm3 a 15 cm3 y la porosidad de la pastilla es mayor o igual al 70 %, en donde la porosidad de la pastilla se determina mediante análisis de imagen usando una sección transversal de la pastilla tomando una imagen de la sección transversal y comparando las áreas de la imagen con y sin material.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque
se sinteriza el material (14) de espuma metálica.
3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2,
caracterizado porque
el material de espuma metálica (14) presenta poros (26) con diámetros distribuidos de manera monomodal o multimodal, en particular bimodal.
4. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
se proporcionan al menos dos capas (12) de diferente material de espuma metálica (14), en particular porque se unen entre sí mediante prensado y/o soldadura por medio de una lámina de soldadura (30).
5. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
el material de espuma metálica (14) contiene poros (26) que presentan un diámetro de 10 pm a 10.000 pm.
6. Pastilla (10) obtenible mediante un procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende al menos una capa (12) de espuma metálica (24).
7. Pastilla (10) de acuerdo con la reivindicación 6,
caracterizada por
al menos una muesca exterior (28) y/o ranura (34) y/o al menos un arrollamiento y/o una torsión de una capa (12) de espuma metálica (24).
8. Pastilla (10) de acuerdo con las reivindicaciones 6 o 7,
caracterizada porque
al menos una superficie exterior (32) y/o una superficie límite interior de la pastilla (10) está al menos parcialmente cerrada.
9. Pastilla (10) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 6 a 8,
caracterizada porque
la pastilla (10) comprende al menos dos capas (12) de diferente espuma metálica (24).
10. Pastilla (10) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 6 a 9,
caracterizada porque
la pastilla (10) consiste al menos esencialmente en espuma metálica (24).
11. Pastilla (10) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 6 a 10,
caracterizada porque
la espuma metálica (24) presenta poros (26) con diámetros distribuidos de manera monomodal o multimodalmente, en particular bimodal.
12. Pastilla (10) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 6 a 11,
caracterizada porque
la espuma metálica (24) presenta poros (26) con un diámetro de 10 pm a 10.000 pm.
13. Relleno de catalizador (20) que comprende una pluralidad de pastillas (10) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 6 a 12.
14. Mezclador estático, por ejemplo, para una columna de absorción o de destilación, con varias pastillas (10) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 6 a 12.
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