ES2929217T3

ES2929217T3 - Relleno de catalizador en forma de placa

Info

Publication number: ES2929217T3
Application number: ES16176411T
Authority: ES
Inventors: Ulla Gocke; Robin Kolvenbach; Anke Scheiblhuber; Lars Torkuhl
Original assignee: Alantum Europe GmbH
Current assignee: Alantum Europe GmbH
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2022-11-28
Anticipated expiration: 2036-06-27
Also published as: DK3263211T3; RU2731391C2; US20190151820A1; RU2019101622A3; KR102370462B1; RU2019101622A; CN109689200A; KR20190022776A; EP3263211B1; EP3263211A1; WO2018001740A1; US11465119B2

Abstract

La invención se refiere a un relleno de catalizador que comprende una primera capa de un material catalizador en forma de placa y una segunda capa suprayacente de un material catalizador en forma de placa, comprendiendo el material catalizador de la primera capa al menos dos placas que se apoyan entre sí para formar un borde contiguo, el material catalizador de la segunda capa que tiene al menos dos Incluye paneles que se apoyan entre sí para formar un borde contiguo, y en el que los paneles de la segunda capa están diseñados y/o dispuestos en relación con los paneles de la primera capa de tal de manera que el borde o los bordes de contacto de la segunda capa no estén alineados con el borde de contacto o los bordes de contacto de la primera capa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Relleno de catalizador en forma de placa

La presente invención se refiere a un relleno de catalizador que comprende una pluralidad de capas de un material catalizador en forma de placa.

Un tipo de relleno de catalizador de este tipo es conocido en principio y normalmente está alojado en un reactor en el que una sustancia que hay que transformar catalíticamente fluye a través del relleno de catalizador en una dirección transversal, y en particular en ángulo recto, a las capas del material de catalizador. En este contexto, una distribución controlada del tiempo de residencia es, en muchas transformaciones catalíticas heterogéneas, decisiva para controlar la actividad y la selectividad del proceso catalítico. Esto es especialmente importante en reactores con unas dimensiones especialmente grandes y en reacciones con tiempos de permanencia especialmente cortos de los reactivos en el relleno de catalizador, lo que corresponde a cualquier reacción controlada cinéticamente, por ejemplo en la transformación de metanol en formaldehído, en el proceso Ostwald o en el proceso Andrussow. Además, una característica de flujo de reactante uniforme puede ser ventajosa, en especial en la hidrogenación de reactantes gaseosos o líquidos.

En general, para todas las reacciones catalíticas heterogéneas, es ventajosa una reducción de los espacios vacíos en el reactor y, por lo tanto, un aumento de la cantidad de material activo en el reactor, ya que esto contribuye a aumentar la eficiencia del proceso global por unidad de volumen del reactor usado y, por lo tanto, también la posible salida de producto por tiempo para un volumen de reactor dado. Esto es particularmente ventajoso, por ejemplo, en la transformación catalizada heterogénea de gas natural (principalmente metano) en hidrocarburos de cadena más larga (gas a líquido).

Además, el relleno del reactor tiene una influencia decisiva en el control de la temperatura durante una reacción catalizada heterogéneamente. En particular, el suministro y la eliminación de calor se pueden mejorar significativamente reduciendo los espacios vacíos dentro de un lecho de catalizador. Esto conduce a una reducción de los puntos calientes y a una mayor estabilidad del proceso, especialmente en el caso de las reacciones fuertemente exotérmicas.

En los reactores más pequeños, las capas individuales pueden realizarse para este fin mediante placas continuas de material catalizador, es decir, cada placa llena completamente la superficie transversal interior del reactor. Además, los rellenos de los reactores monolíticos son adecuados en este caso. Sin embargo, el llenado de un reactor con material catalizador resulta más problemático cuando las dimensiones del reactor son significativamente mayores que las dimensiones de las placas individuales de material catalizador, de tal modo que una capa de material catalizador debe estar compuesta por varias placas, porque aquí existe el riesgo de que se formen canales de flujo por bordes de contacto entre placas adyacentes, que, vistos en la dirección del flujo, se extienden a través de al menos una gran parte del relleno de catalizador y reducen espacialmente de forma significativa el tiempo de residencia de la sustancia que hay que transformar y, por lo tanto, en última instancia, reducen significativamente la eficiencia del catalizador.

En el documento WO 2007/083077 A1 se divulga un relleno de catalizador según el preámbulo de la reivindicación 1.

La invención se basa en el objetivo de crear un relleno de catalizador que también garantice una eficiencia óptima del catalizador en reactores más grandes. Para conseguir el objetivo, está previsto un relleno de catalizador con las características de la reivindicación 1.

El relleno de catalizador según la invención comprende una primera capa de un material de catalizador en forma de placa y una segunda capa superpuesta de un material de catalizador en forma de placa, en donde el material de catalizador de la primera capa comprende al menos dos placas cada una de las cuales se apoya en la otra formando un borde de contacto, en donde el material de catalizador de la segunda capa comprende al menos dos placas, cada una de las cuales se apoya en la otra formando un borde de contacto, y en donde las placas de la segunda capa están formadas y/o dispuestas con respecto a las placas de la primera capa de tal manera que, cuando el borde o los bordes de contacto de la primera capa y el borde o los bordes de contacto de la segunda capa se proyectan en un plano común, ningún borde de contacto de la primera capa tiene más de un punto en común con un borde de contacto de la segunda capa. Por ejemplo, las placas de la primera capa y las placas de la segunda capa pueden presentar formatos diferentes y/o pueden estar dispuestos desplazados y/o girados entre sí, en particular torcidos de tal manera que los bordes de las capas adyacentes no formen ángulos rectos.

En otras palabras, la invención se basa en la idea general de asegurar que, mediante una formación y/o una disposición específicas de las placas de las capas adyacentes, los bordes de contacto de las capas adyacentes discurran espaciados entre sí o, a lo sumo, se crucen, pero en ningún caso queden uno encima del otro de manera congruente, es decir, que se cubran. De esta manera se evita que se formen canales de flujo a través de los bordes contiguos, lo que provocaría que la sustancia que hay que transformar por el material catalizador pasara delante por las placas en lugar de atravesarlas. Como resultado, se evitan los canales de flujo críticos según la invención y se garantiza un tiempo de residencia óptimo y ajustable de la sustancia que hay que transformar en el relleno de catalizador y, por lo tanto, un uso óptimo del material del catalizador y, en consecuencia, una eficiencia maximizada del mismo.

El relleno de catalizador según la invención se puede usar, por ejemplo, en una reacción catalizada heterogéneamente. Los reactivos y los productos de la reacción catalizada heterogéneamente pueden estar en forma gaseosa y/o líquida. Además, el relleno de catalizador según la invención se puede usar en la transformación de gas natural en hidrocarburos de cadena larga, en la hidrogenación/deshidrogenación de hidrocarburos, en reacciones de oxidación, en particular en reacciones de oxidación parcial, en la transformación de metanol en formaldehído, en el proceso Ostwald o en el proceso Andrussow.

Realizaciones ventajosas de la invención se pueden encontrar en las reivindicaciones dependientes, la descripción y el dibujo.

El material catalizador comprende una espuma metálica.

Según una forma de realización, una tercera capa de material catalizador en forma de placa está dispuesta por encima de la segunda capa de material catalizador en forma de placa, en donde el material catalizador de la tercera capa comprende al menos dos placas, cada una de las cuales se apoya en la otra formando un borde de contacto, y en donde las placas de la tercera capa están formadas y/o dispuestas en relación con las placas de la segunda capa, en particular están dispuestas desplazadas y/o giradas, de tal manera que, cuando el o los bordes de contacto de la segunda capa y el o los bordes de contacto de la tercera capa se proyectan en un plano común, ningún borde de contacto de la segunda capa presenta más de un punto común con un borde de contacto de la tercera capa.

El o los bordes de contacto de la tercera capa puede(n) estar alineado(s) con el o los bordes de contacto de la primera capa. Por ejemplo, es concebible que las capas pares y las capas impares se formen cada una de ellas de la misma manera, de modo que haya una alternancia de dos tipos de capas, es decir, un sistema de capas A-B-A-B....

Alternativamente, el o los bordes de contacto de la tercera capa también puede(n) estar alineado(s) de forma no conforme con el o los bordes de contacto de la primera capa, de tal manera que cuando el o los bordes de contacto de la primera capa y el o los bordes de contacto de la tercera capa se proyectan en un plano común, ningún borde de contacto de la primera capa presenta más de un punto en común con un borde de contacto de la tercera capa. Por ejemplo, la tercera capa también puede presentar placas de dimensiones diferentes a las de la primera capa y/o puede haber un desplazamiento y/o un giro de la tercera capa en relación con la segunda y la primera, lo que da lugar a un sistema de capas A-B-C.

Un sistema de capas de tres capas A-B-C de este tipo puede repetirse en el relleno de catalizador, por ejemplo formando un sistema total A-B-C-A-B-C..., A-B-C-B-A-B-C..., o continuar, por ejemplo formando un sistema total A-B-C-D-E.... En este último caso, habría una pluralidad de capas superpuestas de un material catalizador en forma de placa, cada una de las cuales comprendería al menos dos placas que estarían en contacto entre sí formando un borde de contacto, estando las placas de todas las capas configuradas de manera diferente y/o desplazadas y/o giradas unas respecto a otras de tal modo que, cuando los bordes de contacto de todas las capas se proyectan en un plano común, no hay dos bordes de contacto de diferentes capas que presenten más de un punto común.

Por razones de simplificación y rentabilidad de la fabricación, las placas de una capa presentan al menos aproximadamente las mismas dimensiones. Por lo tanto, las placas de la primera y de la segunda capa y, en particular, de cada una de las capas superiores, también pueden presentar al menos aproximadamente las mismas dimensiones. Preferentemente, todos las placas tienen esencialmente las mismas dimensiones. Por ejemplo, el grosor de las placas puede oscilar entre 1 mm y 200 mm.

Según una forma de realización, las placas de la primera y de la segunda capa y, en particular, de cada una de las capas superiores, son rectangulares. El uso de placas rectangulares es especialmente adecuado para un relleno de catalizador destinado a un reactor con fondo plano.

Por ejemplo, cada uno de las placas puede tener una anchura en el intervalo de 20 mm a 3000 mm, preferentemente en el intervalo de 400 mm a 1100 mm, y una longitud en el intervalo de 200 mm a 3500 mm, preferentemente en el intervalo de 800 mm a 1000 mm. El grosor de las placas puede estar en el intervalo de 1 mm a 200 mm.

Se entiende que la forma de las placas no se limita básicamente a formas rectangulares. Más bien, también son posibles otras formas, tales como cualquier polígono, pero también formas parcial o totalmente redondas.

El relleno de catalizador puede realizarse de manera especialmente económica si se unen varias placas de una capa formando una banda de placas y dos cintas de placas que están en contacto definen un borde de contacto. En este caso, cada una de las placas adyacentes de una capa de una banda de placas pueden superponerse entre sí. En este caso, se puede conseguir una unión especialmente sencilla de dos placas de una banda de placas si éstas se enrollan al menos en su zona de solapamiento. Alternativa o adicionalmente, también es concebible unir entre sí dos placas adyacentes usando un principio de resorte/ranura o un principio de resorte/resorte. También es concebible coser, soldar, prensar, grapar o unir de cualquier otro modo las placas adyacentes.

Si el relleno de catalizador se va a disponer en un reactor con fondo de campana, es ventajoso que las placas de la primera y de la segunda capa y, en particular, de cada una de las capas adicionales situadas por encima de ellas, estén realizadas de forma trapezoidal o como un sector de círculo. En principio, sin embargo, las placas con esta forma también son adecuadas para el relleno de catalizador de un reactor con fondo plano, especialmente si el reactor tiene un contorno interior circular.

Ventajosamente, las placas de la primera y de la segunda capa y, en particular, de cada una de las capas superiores, están dispuestas cada una de ellas formando un anillo de placas circular. Se entiende que las placas dispuestos en forma de anillo de las capas sucesivas tienen un desplazamiento angular entre sí para evitar que los bordes de contacto entre las placas adyacentes de una capa se alineen de forma congruente con los de la capa superior. Así, los anillos de placas circulares de las capas sucesivas están girados, en cierto modo, alrededor de su punto central en relación con los demás.

Ventajosamente, cada anillo de placa circular define un círculo interior. Por lo tanto, las placas en forma de anillo no convergen en el centro. En su lugar, se crea una zona central que puede llenarse por separado, por ejemplo, mediante al menos una placa central que está en contacto o se solapa con el anillo de placas circular, con lo cual se evita la formación de un canal de flujo central. Para evitar que los bordes de contacto entre la al menos una placa central y las placas dispuestas en forma de anillo de cada una de las capas sucesivas se alineen de manera congruente entre sí, es ventajoso que los diámetros interiores de los anillos de placas circulares o los diámetros de la al menos una placa central de las capas sucesivas sean diferentes.

Alternativamente, también es posible hacer que los diámetros interiores de los anillos de placas circulares de todas las capas sean al menos aproximadamente iguales. En este caso, la zona central definida por los anillos circulares de las placas puede cerrarse con una pieza final, en particular con una pieza final que sujete las placas entre sí, para evitar la formación de un canal de flujo central.

No es necesario que la pieza final sea de material catalizador. Por ejemplo, la pieza final puede ser un sensor de posición que determina la posición correcta de las placas dispuestos en forma de anillo y/o un fijador de posición que mantiene las placas en su posición correcta, por ejemplo, los sujeta.

En principio, un sensor de posición de este tipo y/o el fijador de posición también pueden estar previstos en otro lugar, por ejemplo en una pared del reactor en el que está colocado el relleno de catalizador. En particular, un sensor de posición y/o un fijador de posición de este tipo se puede usar también para la alineación relativa de las capas construidas a partir de placas rectangulares.

Independientemente de la forma que tengan finalmente las placas, en particular si son rectangulares, trapezoidales, en forma de otro polígono, redondas o con forma de sector de círculo, la fabricación del relleno de catalizador puede simplificarse aún más en el sentido de que en cada una de una pluralidad de placas colocadas una sobre otra se unen formando una pila de placas que está desplazada oblicuamente en al menos una dirección, es decir, cada placa subsiguiente está desplazada en la misma dirección en una determinada cantidad con respecto a la placa anterior, en donde la cantidad del desplazamiento en una dirección puede ser idéntica para todas las placas de una pila, es decir, cada placa sucesiva se desplaza en la misma dirección en una determinada cantidad con respecto a la placa anterior, por lo que la cantidad de desplazamiento en una dirección puede ser idéntica para todas las placas de una pila. Las placas de una pila de placas pueden tener todos la misma forma, por ejemplo, rectangular. En particular, todos las placas de una pila de placas pueden presentarlas mismas dimensiones. Alternativamente, las placas también pueden ser más pequeños cuando se ven en la dirección de apilamiento, por ejemplo, pueden tener anchuras y/o longitudes decrecientes. Las placas de una pila de placas pueden estar cosidas, soldadas, prensadas, grapadas o unidas de otra manera.

Para formar el relleno de catalizador, basta con disponer varias pilas de placas una al lado de la otra de forma que los lados inclinados de las pilas adyacentes se solapen. Las pilas de placas adyacentes pueden, a su vez, ser cosidas, soldadas, prensadas, grapadas o unidas de cualquier otra manera.

Otro objeto de la invención es un reactor con un relleno de catalizador del tipo descrito anteriormente.

A continuación, se describe la invención puramente a modo de ejemplo sobre la base de posibles formas de realización con referencia al dibujo adjunto. Se muestra:

Fig. 1 una primera variante de una capa de un relleno de catalizador;

Fig. 2 una primera disposición de dos capas de la primera variante;

Fig. 3 una

Fig. 4 una

Fig. 5 una

Fig. 6 una

Fig. 10C vistas superiores de las capas individuales del relleno de catalizador de la Fig. 10B;

Fig. 11A una segunda forma de realización de una pieza moldeada compuesta por trece placas;

Fig. 11B un relleno de catalizador compuesto por varias piezas moldeadas de la forma de realización de la Fig. 11A;

Fig. 11C vistas superiores de las capas individuales del relleno de catalizador de la Fig. 11B;

Fig. 12 una primera forma de realización de una cinta de piezas moldeadas con trece capas;

Fig. 13 una segunda forma de realización de una cinta de piezas moldeadas con trece capas;

Fig. 14 una tercera forma de realización de una cinta de piezas moldeadas con trece capas;

Fig. 15 una cuarta forma de realización de una cinta de piezas moldeadas con trece capas;

Fig. 16 vistas superiores de las capas individuales de un relleno de catalizador compuesto por varias cintas de piezas moldeadas de la forma de realización de la Fig. 15;

Fig. 17A una vista en perspectiva de un relleno de catalizador formado por múltiples capas de una cuarta variante; Fig. 17B una vista superior del relleno de catalizador de la Fig. 17A;

Fig. 17C un fijador de posición del relleno de catalizador de la Fig. 17A;

Fig. 18 dos capas según una quinta variante;

Fig. 19A una vista superior de dos capas según una sexta variante; y

Fig. 19B una vista en sección transversal de las capas de la Fig. 19A.

La Fig. 1 muestra una primera variante de una capa 10 de un relleno de catalizador compuesta por varias capas de un material catalizador, que está destinada a ser dispuesta en un reactor, cuya circunferencia interior está representada por una línea circular 12. En el presente ejemplo de realización, el reactor presenta un diámetro interno de 190 mm.

El material catalizador puede ser, por ejemplo, una espuma metálica que, dependiendo de la aplicación, puede estar recubierta con una sustancia reactiva adicional. Alternativamente, el material catalizador puede presentar un tejido, una malla o una gasa.

La capa 10 está compuesta por una pluralidad de placas 14 de un material catalizador, que en el presente ejemplo de realización tienen forma rectangular. La mayoría de las placas 14 tienen una longitud de 100 mm y una anchura de 50 mm, aunque también se usan medias placas 14, que son cuadradas. El grosor de un placa 14 puede oscilar entre 1 mm y 200 mm. Para fabricar una forma circular de la capa 10a adaptada al reactor, las placas ensambladas 14 se cortan a medida a lo largo de la línea circular 12.

Las placas 14 están dispuestas unas al lado de las otras de tal manera que cada una de las placas 14 adyacentes se apoya en la otra formando un borde de contacto 16. Las placas 14 alineados longitudinalmente forman una banda de placas 18. En este caso, las bandas de placas adyacentes 18 están dispuestas desplazadas entre sí de tal manera que los bordes de contacto 16' entre placas adyacentes 14 dentro de una banda de placas 18 no están alineados de manera congruente con los bordes de contacto 16' entre placas adyacentes 14 de una banda de placas adyacente 18. Una banda de placa izquierda más externa 18 está alineada a ras de la línea del círculo 12, mientras que dos bandas de placa medias 18 están alineadas a ras de la línea del círculo 12 en su extremo superior en la Fig. 1.

Las bandas de placas 18 individuales pueden estar ya prefabricadas al estár unidas entre sí las placas 14 que forman cada una de las bandas de placas 18. Si el material del catalizador presenta una espuma metálica, por ejemplo, basta con dejar que las placas adyacentes 14 se solapen ligeramente, por ejemplo en una longitud de unos pocos milímetros, y hacer rodar las zonas solapadas para unirlas. Como alternativa a un solapamiento puro, las placas adyacentes 14 de un banda de placas 18 pueden entrelazarse en sus bordes de contacto 16 contiguos de forma similar a un resorte/resorte o a un resorte/ranura. También en este caso, la banda de placas 18 puede estar adicionalmente enrollada, pero dependiendo de la configuración específica de los bordes de contacto 16 de las placas adyacentes 14, esto no es absolutamente necesario. Alternativamente, las placas 14 pueden estar cosidos, soldadas, prensadas o grapadas.

Dependiendo del grosor deseado del relleno de catalizador y dependiendo del grosor de las placas individuales, el relleno de catalizador comprende al menos otra capa de material de catalizador dispuesta sobre una primera capa 10a tal se muestra en la Fig. 1. Una segunda capa 10b de este tipo puede estar realizada como la primera capa 10a. Sin embargo, al disponer la segunda capa 10b sobre la primera capa 10a, es importante asegurar que los bordes de contacto 16b de la segunda capa 10b no estén alineados de manera congruente con los bordes de contacto 16a de la primera capa 10a para evitar canales de flujo no deseados. Para este fin, la segunda capa 10b puede disponerse, por ejemplo, girada en el sentido de las agujas del reloj con un ángulo de rotación de 240° con respecto a la primera capa 10a, tal como se muestra en la Fig. 2. El centro de giro está definido por el centro del reactor o de la línea circular 12. Alternativamente, también es posible girar la segunda capa 10b en el sentido de las agujas del reloj con respecto a la primera capa 10a en un ángulo de rotación de 125°, tal como se representa en la Fig. 3. Mediante ambos giros se garantiza que, en última instancia, los bordes de contacto 16a de la primera capa 10a y los bordes de contacto 16b de la segunda capa 10b puedan cruzarse en determinados ángulos, pero en ningún caso se superponen de manera congruente entre sí.

El mismo efecto se consigue si la segunda capa 10b se construye de forma ligeramente diferente a la primera capa 10a de la Fig. 1, como se muestra en la Fig. 4, formando así una segunda variante de capa. En concreto, la segunda capa 10b mostrada en la Fig. 4 está alineada a la derecha con la línea circular 12. Además, las bandas de placas individuales 18b de la segunda capa 10b están desplazadas en su dirección longitudinal con respecto a las bandas de placas 18a de la primera capa 10a y de tal manera que las dos bandas de placas centrales 18b están a ras de la línea circular 12 en la parte inferior. Además, cuando se coloca la segunda capa 10b sobre la primera capa 10a, la primera capa 10a no se coloca en la posición mostrada en la Fig. 1, sino que se gira adicionalmente 90° en el sentido de las agujas del reloj, tal como se muestra en la Fig. 5.

Dependiendo del espesor deseado del relleno de catalizador y del espesor de las placas individuales, el relleno de catalizador puede comprender adicionalmente una tercera capa 10c compuesta por una pluralidad de placas 14c. Para evitar canales de flujo no deseados, hay que procurar que los bordes de contacto 16c de la tercera capa 10c al menos tampoco estén alineados de manera congruente con los bordes de contacto 16b de la segunda capa 10b. Como se muestra en la Fig. 6, esto puede lograrse, por ejemplo, disponiendo sobre una primera capa 10a formada según la Fig. 1 una segunda capa 10b según la Fig. 4 de forma no girada, es decir, aquí las placas 14b de la segunda capa 10b están simplemente desplazadas con respecto a las placas 14a de la primera capa 10a, y disponiendo finalmente sobre la segunda capa 10b como tercera capa 10c la primera capa 10a de la Fig. 1 girada en sentido horario en 90°. En esta forma de realización, se asegura que los bordes de contacto 16a, 16b de la primera y la segunda capas 10a, 10b y los bordes de contacto 16b, 16c de la segunda y la tercera capas 10b, 10c no están alineados de manera congruente entre sí cada uno de ellos. No obstante, los bordes de contacto 16c de la tercera capa 10c son parcialmente congruentes sobre los bordes de contacto 16a de la primera capa 10a, es decir, hay una cierta alineación de los bordes de contacto 16a, 16c de la primera y tercera capas 10a, 10c. Sin embargo, esto no es particularmente crítico, ya que en cualquier caso una placa 14b de la segunda capa 10b está completamente interpuesta y así se evita la formación de un canal de flujo continuo.

Como se muestra en la Fig. 7, se puede evitar por completo la alineación de los bordes de contacto 16a, 16b, 16c de las tres capas 10a, 10b, 10c si la primera capa 10a se coloca girada en el sentido de las agujas del reloj 270° con respecto a la disposición mostrada en la Fig. 1, la segunda capa 10b de la Fig. 4 se dispone sobre ella, y la segunda capa 10b se dispone sobre ella como la tercera capa 10c, girada en el sentido de las agujas del reloj 65° con respecto a la posición de la Fig. 4. Como puede verse en la Fig. 7, los bordes de contacto 16a, 16b, 16c de la primera, la segunda y la tercera capas 10a, 10b, 10c se cruzan, pero no hay superposición de los bordes de contacto 16a, 16b, 16c de las diferentes capas 10a, 10b, 10c.

En la Fig. 8, se muestra una tercera variante de una capa 10 de un relleno de catalizador para un reactor cilindrico con un diámetro de 190 mm. En última instancia, esta variante de una capa 10 se diferencia de la variante mostrada en la Fig. 1 solo en las dimensiones de las placas individuales 14, que en la variante de la Fig. 8 tienen cada una de ellas una longitud de 40 mm y una anchura de 20 mm.

Partiendo de la capa mostrada en la Fig. 8 como primera capa 10a, se puede construir un relleno de catalizador de tres capas mostrado en la Fig. 9 disponiendo como segunda capa 10b la primera capa 10a de la Fig. 8, girada en el sentido de las agujas del reloj 120°, y luego como tercera capa 10c la primera capa 10a de la Fig. 8 girada en el sentido de las agujas del reloj 180°. En este sistema de capas, también se garantiza que los bordes de contacto 16 de las capas 10a, 10b o 10b, 10c adyacentes se cruzan pero no están alineados de forma congruente entre sí. Sin embargo, algunos de los bordes de contacto 16c de la tercera capa 10c se encuentran de forma congruente sobre los bordes de contacto 16a de la primera capa 10. Sin embargo, como ya se ha mencionado, esto no es especialmente crítico, ya que en cualquier caso una placa 14b de la segunda capa 10b se encuentra completamente en medio y así se evita la formación de un canal de flujo continuo.

En lugar de ensamblar el relleno de catalizador capa por capa a partir de placas individuales 14 o de bandas de placas prefabricadas 18, también es posible ensamblar el relleno de catalizador a partir de una pluralidad de piezas moldeadas prefabricadas 20, cada una de las cuales comprende una pluralidad de placas 14 apiladas una sobre otra y unidas entre sí. El número de placas 14 de una pieza moldeada 20 puede seleccionarse de manera que el grosor de la pieza moldeada 20 se corresponda ya con el grosor deseado del relleno de catalizador. Si el grosor deseado del relleno de catalizador es mayor que el de las piezas moldeadas individuales 20, es posible, por supuesto, disponer dos o más capas de piezas moldeadas 20 una encima de otra.

Para evitar que los bordes de contacto 16 entre las placas 14 de las piezas moldeadas 20 adyacentes se superpongan y formen un canal de flujo no deseable, se puede extender una superficie lateral, resultante 22 de una pieza moldeada 20 adyacente a otra pieza moldeada adyacente 20, en ángulo recto con respecto a los planos abarcados por las placas 14 de la pieza moldeada 20. Por el contrario, las superficies límite entre las partes adyacentes del molde 20 y, por lo tanto, las superficies laterales 22 de las partes adyacentes del molde 20 deben ser siempre oblicuas a los planos que abarcan las placas 14 de las partes del molde 20. Para ello, se pueden cortar las piezas moldeadas 20 en un ángulo adecuado o las superficies laterales inclinadas 22 pueden estar formadas por placas 14 que sobresalen a modo de escaleras.

La Fig. 10A ilustra una primera forma de realización de una pieza moldeada 20 que cumple este criterio. Específicamente, la pieza moldeada 20 mostrada en la Fig. 10A está compuesta por trece placas apiladas 14 de un material catalizador, cada una de las cuales tiene una anchura de 80 mm y una longitud de 200 mm. En este caso, las placas 14 no están apiladas unas sobre otras formando una pila de capas con forma de cubo, sino que cada una está desplazada 5 mm en dos direcciones, a saber, en la dirección de su longitud y en la dirección de su anchura, de modo que la pieza moldeada 20 presenta la forma de un paralelepípedo.

Para formar un relleno de catalizador, se dispone un número suficiente de piezas moldeadas 20 una al lado de la otra y se cortan según la forma del reactor en el que se va a usar el relleno de catalizador. En la Fig. 10B se muestra, por ejemplo, un relleno de catalizador compuesto por ocho de las piezas moldeadas 20 mostradas en la Fig. 10A y cortadas en forma circular para ajustarse a un reactor cilíndrico con un diámetro interior de 200 mm.

En el lado superior del relleno de catalizador de la Fig. 10B, se pueden ver los bordes de contacto 16 de la primera capa 10, que aquí forma la capa superior. Como muestra la Fig. 10^c, debido al desplazamiento de las placas 14 dentro de las piezas moldeadas 20, los bordes de contacto 16 se desplazan desde la capa superior 10a hacia abajo, a través del relleno de catalizador, hasta la capa inferior 10m, de capa en capa, cada vez más hacia la izquierda en la figura, lo que garantiza que no se superpongan dos bordes de contacto 16 de capas diferentes, es decir, que estén alineados de forma congruente entre sí.

Se entiende que la forma de las piezas moldeadas 20 no se limita a los paralelepípedos. Por el contrario, las piezas moldeadas 20 también pueden tener forma de pirámide truncada o tener la forma de un prisma trapezoidal o cualquier otra forma adecuada.

Por ejemplo, la Fig. 11A ilustra una pieza moldeada 20 que se compone de trece placas rectangulares 14 apiladas una encima de otra, siendo la longitud de todos las placas 14 la misma pero aumentando la anchura de las placas 14 de arriba a abajo. En concreto, la anchura de la placa superior 14' en el ejemplo de realización ilustrado es de 44 mm, mientras que la placa inferior presenta una anchura de 47 mm y la anchura de cada placa inferior también aumenta en 3 mm hasta la placa inferior 14", que tiene una anchura de 80 mm. El contorno de la sección transversal de la pieza moldeada 20 se asemeja así a un trapezoide, o más exactamente a un trapezoide con lados inclinados escalonados. La longitud de todas las placas 14 es la misma y en el presente ejemplo de realización es de 200 mm. Sin embargo, cada placa 14 está desplazada longitudinalmente 5 mm con respecto al placa 14 inferior, de modo que el contorno de la pieza moldeada 20, visto en sección longitudinal, se asemeja a un paralelogramo, más concretamente a un paralelogramo con lados inclinados escalonados.

Para formar un relleno de catalizador, se disponen una pluralidad de las piezas moldeadas 20 mostradas en la Fig. 11A una al lado de la otra y se cortan a una forma deseada tal como se muestra en la Fig. 11B, en este caso a una forma cilíndrica con un diámetro de 200 mm. La disposición de las piezas moldeadas 20 se lleva a cabo de tal manera que varias piezas moldeadas 20 están dispuestas en hileras una detrás de otra en sentido longitudinal, por lo que las piezas moldeadas 20 de hileras adyacentes están dispuestas de forma inversa de modo que dentro de una hilera las placas más estrechas 14' están orientadas hacia arriba y las placas más anchas 14" se encuentran de manera correspondiente en la parte inferior, mientras que dentro de una hilera adyacente las placas más anchas 14" están orientadas hacia arriba y las placas más estrechas 14' se encuentran en la parte inferior. Visto en sección, las filas adyacentes de piezas moldeadas 20 tienen así contornos trapezoidales con bases inferiores y superiores alternas.

La Fig. 11C muestra cómo los bordes de contacto 16 entre placas adyacentes 14 cambian de posición de capa 10 a capa 10 a través del relleno de catalizador. Las superficies laterales inclinadas 22 de las piezas moldeadas 20 también garantizan en esta forma de realización que no haya dos bordes de contacto 16 superpuestos o alineados de manera congruente entre sí tal como se ve a través del relleno de catalizador.

La fabricación de un relleno de catalizador puede simplificarse si una pluralidad de piezas moldeadas 20 ya están unidas, formando una banda de piezas moldeadas 24, a las placas 14 individuales de las piezas moldeadas 20 adyacentes idealmente superpuestas.

Por ejemplo, la Fig. 12 muestra una primera forma de realización de una banda de piezas moldeadas 24 compuesta por una pluralidad de piezas moldeadas 20 similares que presentan cada una de ellas una forma de paralelepípedo, similar a la pieza moldeada 20 descrita con referencia a la Fig. 10A. Es decir, todos las placas 14 de una pieza moldeada 20 tienen la misma longitud y la misma anchura, concretamente en este caso 400 mm x 200 mm, y las placas 14 de cada pieza moldeada 20 están desplazados con respecto a un placa subyacente en dos direcciones perpendiculares entre sí, concretamente en la dirección de su longitud y en la dirección de su anchura. Además, las placas 14 de las piezas moldeadas 20 adyacentes se solapan en las regiones de solapamiento 26. Aunque en la Fig. 12 solo se muestran dos piezas moldeadas 20, se entiende que si se necesita una banda de piezas moldeadas más larga 24, se pueden acoplar otras piezas moldeadas 20 del mismo tipo.

En la Fig. 13, se muestra una segunda forma de realización de una banda de piezas moldeadas 24, que está compuesta por dos partes moldeadas 20 que tienen una forma trapezoidal vista en sección transversal y una forma parecida a un paralelogramo vista en sección longitudinal. Por lo tanto, estas piezas moldeadas 20 son similares en su forma a la pieza moldeada 20 mostrada en la Fig. 11A. También en la forma de realización mostrada en la Fig. 13, las placas 14 de las piezas moldeadas 20 adyacentes se solapan en las zonas de solapamiento 26. Si se necesita una banda de piezas moldeadas más larga 24, se pueden añadir otras piezas moldeadas 20 similares a las dos piezas moldeadas 20 mostradas en la Fig. 13.

La Fig. 14 muestra una tercera realización de una banda de piezas moldeadas 24 que está compuesta por una pluralidad de piezas moldeadas 20 similares, estando cada pieza moldeada 20 compuesta por una pluralidad de placas rectangulares 14 apiladas una sobre otra. En este caso, la longitud de cada placa 14 de una pieza moldeada 20 disminuye desde la placa 14 más bajo hacia arriba, de modo que la banda de piezas moldeadas 24 tiene una forma trapezoidal vista en sección longitudinal. En concreto, la placa inferior 14 tiene una longitud de 400 mm, mientras que la placa superior 14 tiene una longitud de solo 200 mm. Por el contrario, la anchura de todos las placas 14 de una pieza moldeada 20 es la misma, y los bordes longitudinales de las placas 14 de una pieza moldeada 20 están dispuestos a ras, de manera que la pieza moldeada 20 tiene un contorno rectangular cuando se ve en sección transversal. Las placas 14 de las piezas moldeadas 20 adyacentes se solapan en las zonas de solapamiento 26.

La Fig. 15 muestra una cuarta forma de realización de una banda de piezas moldeadas 24 que está compuesta por una pluralidad de piezas moldeadas 20 similares, estando cada pieza moldeada 20 compuesta por una pluralidad de placas rectangulares 14 apiladas una sobre otra. La longitud y la anchura de todas las placas 14 de una pieza moldeada 20 son iguales en cada caso. Además, las placas 14 de cada pieza moldeada 20 están desplazados con respecto a un placa subyacente en la dirección de su longitud, lo que da a la pieza moldeada 20 un contorno en forma de paralelogramo cuando se ve en sección longitudinal. En la dirección perpendicular a ésta, las placas 14 de cada pieza moldeada 20 están enrasadas, es decir, vistas en sección, cada pieza moldeada 20 tiene un contorno rectangular. Como antes, las placas 14 de las piezas moldeadas 20 adyacentes se solapan en las regiones de solapamiento 26.

La Fig. 16 muestra las capas 10a a 10m individuales de un relleno de catalizador de trece capas que se compone de seis bandas de piezas moldeadas 24 del tipo mostrado en la Fig. 15, dispuestas una al lado de la otra. Como puede verse en la Fig. 16, debido al desplazamiento de las placas 14 individuales dentro de una banda de piezas moldeadas 24, los bordes de contacto 16 entre bandas de piezas moldeadas 24 adyacentes se desplazan cada vez más hacia la derecha de capa a capa, de modo que ninguno de estos bordes de contacto 16 se encuentra de manera congruente uno encima del otro, lo que es válido no solo para las capas sucesivas sino para todas las capas 10a a 10m.

Los rellenos de catalizador descritos anteriormente, consistentes en placas rectangulares 14, son particularmente adecuados para su uso en reactores con fondos planos. Sin embargo, si el fondo es curvo o esférico, como en un reactor con fondo de campana, por ejemplo, resultan más favorables las placas 14 con forma de sector trapezoidal o circular.

Así, en la Fig. 17A se ilustra un relleno de catalizador para un reactor de fondo de burbuja y que tiene un diámetro de, por ejemplo, 2800 mm, que comprende, como antes, al menos dos capas, cada una de las cuales se compone de una pluralidad de, en el presente ejemplo de realización, veinte placas similares a sectores de círculo 14 de igual tamaño que se complementan entre sí formando una capa circular, con las puntas de las placas similares a sectores de círculo 14 que se encuentran en el centro del círculo. Las placas 14 adyacentes hacen tope entre sí formando bordes de contacto que se extienden radialmente 16.

Como puede verse en la Fig. 17B, una segunda capa 10b correspondiente está dispuesta por encima de una primera capa (no mostrada), que está girada con respecto a la primera capa en un cierto ángulo, por ejemplo de 9°, con respecto al centro del círculo, de tal modo que los bordes de contacto 16b (líneas continuas) de la segunda capa 10b no están alineados de forma congruente con los bordes de contacto 16a (líneas discontinuas) de la primera capa, es decir, no se encuentran exactamente por encima de ellos. Se entiende que pueden proporcionarse otras capas para completar el relleno de catalizador, que también se disponen giradas con respecto a la respectiva capa subyacente, de tal modo que al menos los bordes de contacto de las capas directamente superpuestas no están alineados de forma congruente entre sí. Lo ideal es que el desplazamiento angular de capa a capa esté siempre en la misma dirección en una cantidad angular que garantice que no haya dos bordes contiguos alineados de forma congruente cuando se observa todo el relleno de catalizador.

Para evitar la formación de un canal de flujo no deseable en el centro del relleno de catalizador, los extremos orientados radialmente hacia adentro de las placas 14 pueden ser sujetados por medio de un fijador de posición 28 dispuesto de manera central, que se muestra con más detalle en la Fig. 17C. El fijador de posición 28 comprende un cuerpo base cilíndrico 30 al que está fijado un primer collarín 32 que sobresale radialmente y al que está fijado un segundo collarín 34 que sobresale radialmente, de manera que los extremos de las placas 14 orientados radialmente hacia el interior quedan sujetos entre los collarines 32, 34. El cuerpo base cilíndrico 30 marcas marcas angulares en su superficie lateral que indican las posiciones deseadas de las placas 14, por lo que el fijador de posición 28 no solo fija las placas 14 posicionadas, sino que también facilita el posicionamiento de las propias placas 14 especificando la disposición correcta de las mismas.

En lugar de un fijador de posición 28, la región central de cada capa 10 también puede ser llenada por una pluralidad de placas centrales 36 dispuestas una al lado de la otra y cortadas en forma circular, que se superponen a las placas circulares tipo sector 14, como se muestra en la Fig. 18. Para garantizar que los bordes de contacto 16a de una capa 10a, formada entre placas centrales adyacentes 36a, y los bordes de contacto 16b de una capa superpuesta 10b, formada entre placas centrales adyacentes 36b, no estén alineados de forma congruente entre sí, las placas centrales 36 están desplazadas de capa a capa. Alternativa o adicionalmente, las placas centrales 36 de las sucesivas capas 10 también pueden disponerse giradas unas con respecto a otras.

Se entiende que, dependiendo del tamaño de la zona central rellenada por las placas centrales 36, las placas anulares 14 ya no necesitan tener la forma de un sector de círculo, sino que pueden ser más cortas, es decir, tener una forma más trapezoidal.

Además, se entiende que en el caso de una zona central suficientemente pequeña, ésta también puede ser llenada por medio de una sola placa central 36, en particular cortada circularmente.

Cuando, dentro de una capa 10, la o las placas centrales 36 y las placas 14 dispuestas anularmente no se superponen, sino que se unen formando un borde de unión circular, la o las placas centrales correspondientes de una capa 10 superpuesta deben tener un diámetro diferente al de la o las placas centrales subyacentes para evitar un canal de flujo no deseable. Aquí, son posibles los tipos de capa A-B-A-B..., A-B-C-B-A-B-C..., A-B-C-A-B-C... así como A-B-C-D-E.... Preferentemente, el diámetro de la o las placas centrales 36 cambia de capa a capa a lo largo de la carga de catalizador. Por ejemplo, el diámetro de la o las placas centrales 36 puede aumentar o disminuir constantemente de capa en capa.

Además, puede ser ventajoso que el diámetro de la o las placas centrales aumente y disminuya siguiendo un patrón. Esto permite definir con precisión la posición de una capa a lo largo de la altura del lecho del catalizador. También en este caso es importante asegurarse de que los bordes de contacto de dos capas sucesivas no se superpongan. Preferentemente, la placa central de cada capa tiene un diámetro diferente al de las demás capas.

La Fig. 19 muestra una forma de realización en la que una placa central circular 36 está rodeada únicamente por dos placas anulares 14 que son radialmente adyacentes al exterior de la placa central 36 y que se complementan entre sí formando un anillo de placas cerrado. En el ejemplo de realización ilustrado, ambas placas anulares 14 se extienden en un intervalo angular de 180°, es decir, cada placa anular 14 forma un medio anillo. En principio, sin embargo, las placas anulares 14 pueden extenderse en diferentes intervalos angulares, o más de dos placas anulares 14 pueden complementarse entre sí formando un anillo cerrado, por ejemplo, tres placas anulares 14, que se extienden cada una en un intervalo angular de 120°. Además, la estructura de capas no se limita a una placa central 36 y un anillo de placas. Por ejemplo, pueden disponerse más de dos anillos de placas alrededor de la placa central 36, cada uno de los cuales está compuesto por dos o más placas anulares 14.

Una capa 10 del tipo mostrado en la Fig. 19 tiene tanto bordes de contacto que discurren en dirección circunferencial 16' como bordes de contacto que se extienden radialmente 16". Para evitar canales de flujo no deseados, es importante asegurar, como en las realizaciones descritas anteriormente, que los bordes de contacto 16 de dos capas sucesivas 10 no se superpongan.

Como ya se ha explicado con referencia a la Fig. 18, las placas centrales 36a, 36b y los anillos de placas asociados de las capas sucesivas 10a, 10b presentan para este fin, por un lado, diferentes diámetros. En segundo lugar, las placas anulares 14a de una capa 10a giran alrededor del centro de las placas centrales 36a, 36b en relación con las placas anulares 14b de la capa 10b siguiente.

En aras de la exhaustividad, cabe señalar que un relleno de catalizador construido a partir de placas 14 de tipo de sector de círculo, trapezoidal o similar a un segmento de anillo se puede usar no solo en reactores con fondos de campana, sino igualmente en reactores con fondos planos.

Lista de símbolos de referencia

10 Capa

10a Primera capa

10b Segunda capa

10c Tercera capa

12 Línea circular

14 Placa

16 Borde de contacto

18 Banda de placas

20 Pieza moldeada

22 Superficie lateral

24 Banda de piezas moldeadas

26 Zona de solapamiento

28 Fijador de posición

30 Cuerpo base

32 Collarín

34 Collarín

36 Placa central

Claims

REIVINDICACIONES

1. Relleno de catalizador, que comprende

una primera capa (10a) de un material catalizador en forma de placa y una segunda capa (10b) superpuesta a ella de un material catalizador en forma de placa,

en donde el material catalizador de la primera capa (10a) comprende al menos dos placas (14a), cada una de las cuales se apoya en la otra formando un borde de contacto (16a),

en donde el material catalizador de la segunda capa (10b) comprende al menos dos placas (14b), cada una de las cuales se apoya en la otra formando un borde de contacto (16b), y

en donde las placas (14b) de la segunda capa (10b) están formadas y/o dispuestas con respecto a las placas de la primera capa (10a) de tal manera que, cuando el o los bordes de contacto (16a) de la primera capa (10a) y el o los bordes de contacto (16b) de la segunda capa (10b) se proyectan en un plano común, ningún borde de contacto (16a) de la primera capa (10a) presenta más de un punto común con un borde de contacto (16b) de la segunda capa (10b),

caracterizado porque el material catalizador comprende una espuma metálica.

2. Relleno de catalizador según la reivindicación 1,

caracterizado porque

una tercera capa (10c) de un material catalizador en forma de placa está dispuesta por encima de la segunda capa (10b) del material catalizador en forma de placa, en donde el material catalizador de la tercera capa (10c) comprende al menos dos placas (14c) cada una de las cuales se apoya en la otra entre formando un borde de contacto (16c), en donde las placas (14c) de la tercera capa (10c) están formadas y/o dispuestas con respecto a las placas (14b) de la segunda capa (10b) de tal manera que, cuando el o los bordes de contacto (16b) de la segunda capa (10b) y el o los bordes de contacto (16c) de la tercera capa (10c) se proyectan en un plano común, ningún borde de contacto (16b) de la segunda capa (10a) presenta más de un punto común con un borde de contacto (16c) de la tercera capa (10c).

3. Relleno de catalizador según la reivindicación 2,

caracterizado porque

el borde o los bordes de contacto (16c) de la tercera capa (10c) está o están alineados de manera congruente con el borde o los bordes de contacto (16a) de la primera capa (10a).

4. Relleno de catalizador según la reivindicación 2,

caracterizado porque

cuando el o los bordes de contacto (16a) de la primera capa (10a) y el o los bordes de contacto (16c) de la tercera capa (10c) se proyectan en un plano común, ningún borde de contacto (16a) de la primera capa (10a) presenta más de un punto en común con un borde de contacto (16c) de la tercera capa (10c).

5. Relleno de catalizador según al menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por

una pluralidad de capas (10) superpuestas de un material de catalizador en forma de placa, cada una de las cuales comprende al menos dos placas (14) cada una de las cuales se apoya en la otra formando un borde de contacto (16), estando las placas (14) de todas las capas (10) configuradas y/o dispuestas unas con respecto a otras de tal manera que, cuando los bordes de contacto (16) de todas las capas (10) se proyectan en un plano común, no hay dos bordes de contacto (16) de diferentes capas (10) que presenten más de un punto común.

6. Relleno de catalizador según al menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

las placas (14a, 14b) de la primera y de la segunda capa (10a, 10b), y en particular de cada capa superpuesta (10) adicional, están configuradas rectangulares.

7. Relleno de catalizador según al menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

varias placas (14) de una capa (10) están unidas formando una banda de placas (18) y dos bandas de placas (18) que están en contacto entre sí definen un borde de contacto (16).

8. Relleno de catalizador según al menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado porque

las placas (14) adyacentes de una banda de placas (18) se solapan cada una de ellas entre sí.

9. Relleno de catalizador según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

las placas (14) de una capa (10) presentan al menos aproximadamente las mismas dimensiones; y/o las placas (14) de la primera y de la segunda capa (10a, 10b) y, en particular, de cada una de las capas superpuestas (10), presentan al menos aproximadamente las mismas dimensiones.

10. Relleno de catalizador según al menos una de las reivindicaciones 1 a 5,

caracterizado porque

las placas (14a, 14b) de la primera y de la segunda capa (10a, 10b) y en particular de cada capa adicional (10) que se encuentra encima, están configuradas en forma de trapecio o de sector de círculo.

11. Relleno de catalizador según la reivindicación 10,

caracterizado porque

las placas (14a, 14b) de la primera y de la segunda capa (10a, 10b) y, en particular, de cada una de las capas superpuestas (10) adicionales están dispuestas formando cada una de ellas un anillo de placas circular.

12. Relleno de catalizador según la reivindicación 11,

caracterizado porque

los diámetros interiores de los anillos de placas circulares de las capas sucesivas (10) son diferentes y/o un círculo interior de cada anillo de placa circular está lleno de al menos una placa central (36).

13. Relleno de catalizador según la reivindicación 11,

caracterizado porque

los diámetros interiores de los anillos de placas circulares de todas las capas (10) son al menos aproximadamente iguales y/o

una región central definida por los anillos circulares de las placas está cerrada por una pieza final, en particular por una pieza final que mantiene unidas las placas (14).

14. Relleno de catalizador según al menos una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por

al menos un transmisor de posición y/o un fijador de posición (28) que definen la posición de una capa (10) de material de catalizador con respecto a una capa (10) de material de catalizador subyacente.

15. Relleno de catalizador según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una pluralidad de placas superpuestas (14) están unidas formando una pieza moldeada (20) en forma de pila de placas que está desplazada oblicuamente en al menos una dirección.