MX2012009884A - Reactor de flujo radial con soportes movibles. - Google Patents

Abstract

Se describe un recipiente de reactor de flujo radial para el uso en los procesos de purificación, separación o reacción de gas y se utiliza más convenientemente posible en los procesos de pre-purificación. El reactor tiene cestas internas para confinar un lecho de material activo. Las cestas son soportadas rígidamente en los extremos superior e inferior del reactor y tienen paredes que son axialmente flexibles y radialmente rígidas. El recipiente tiene múltiples columnas de soporte movibles diseñadas para facilitar la pre-tensión de las cestas para compensar las cargas compresivas axiales inducidas a partir del ciclo térmico.

Description

REACTOR DE FLUJO RADIAL CON SOPORTES MOVIBLES Campo de la Invención La presente invención se refiere generalmente al campo de recipientes de reactor de flujo radial usados en la purificación de gas, separación, y procesos de reacción. Más específicamente, esta invención se relaciona con recipientes de flujo radial que tienen montajes internos de cesta para conservar el material activo usado para retirar y/o convertir uno o más componentes en una corriente de alimentación a través de absorción y/o reacciones catalíticas o no catalíticas y que tienen columnas de soporte movibles.

Antecedentes de la Invención La demanda para un para un rendimiento de reactor superior continúa incrementando para una variedad de procesos industriales ligados a la recuperación de aceite y gas, producción de combustible alternativo, sustentabilidad del ambiente y emisiones de proceso. Tales demandas son conducidas parcialmente por el costo cada vez mayor de combustible y la necesidad de varias materias primas químicas. Un ejemplo es la demanda de unidades de separación de aire criogénicas mayores (ASU,, por sus siglas en inglés) para cumplir las necesidades crecientes de granes cantidades de oxígeno y nitrógeno usadas en varias industrias de proceso industrial. Las ASU requieren reactores de purificación de extremo delantero (recipientes de absorción) para purificar la corriente de aire de alimentación eliminando el dióxido de carbono, agua, hidrocarburos de rastro y otros contaminantes antes de introducir la ASU. Las ASU mayores requieren "unidades de pre-purificación mayores", como se conocen comúnmente para tratar el aire de alimentación entrante antes de la destilación criogénica. Esto presenta un desafío para los diseñadores de reactor al intentar controlar el tamaño del reactor puesto que un rendimiento mayor de aire de alimentación exige un incremento proporcional en el área de flujo frontal proporcionada por los recipientes dando por resultado recipientes mayores, más costosos.

Los procesos de purificación, separación o reacción de gas utilizan materiales activos tal como absorbentes y/o catalizadores son bien conocidos en la técnica y hay varios diseños del recipiente de reactor en uso hoy en día para estos tipos de procesos. Los ejemplos incluyen ambos recipientes cilindricos orientados vertical y horizontalmente con flujo de aire ascendente a través del lecho de material absorbente, reactivo y/o material catalítico durante purificación, separación o reacción química. Un tercer tipo de recipiente, como se emplea en la presente, se orienta con un eje central o longitudinal vertical y un diseño interno que dirige el flujo de gas de proceso radialmente a través del lecho. Este diseño de flujo radial consiste de un recipiente de presión que incluye cestas internas y externas concéntricas permeables al gas para contener un lecho de una o más capas de material activo. Los diseños de flujo radial ofrecen la capacidad de incrementar el área de flujo frontal incrementando la altura del recipiente sin sustancialmente alterar el espacio del recipiente (requerimientos del área de tierra). Por otra parte, un diseño de flujo radial ofrece un medio más eficiente para incrementar el área de flujo para una comparación con diseños de reactores de flujo ya sea horizontal o axial.

Los reactores de flujo radial operan típicamente de manera continua o en modo cíclico, dependiendo del proceso de tratamiento de gas. Muchos procesos, tal como procesos de absorción, operan cíclicamente en modo de oscilación de presión (PSA, por sus siglas en inglés), oscilación al vacío (VSA, por sus siglas en inglés), oscilación de temperatura (TSA, por sus siglas en inglés) o en combinaciones de estos modos en donde uno o más componentes de la corriente de alimentación se absorben durante la etapa de absorción y después desorben o de otra manera lavan del absorbente durante la etapa de regeneración absorbente. Cuando las variaciones termales acompañan estos procesos cíclicos, tal como en los procesos de TSA, los cambios de temperatura en el lecho y componentes de recipiente causan en contacto con tales variaciones térmicas que se expandan y contraigan. Dependiendo de la configuración de los componentes internos, así como su manera de conexión al recipiente, esta expansión térmica y contracción inducen que las cargas dentro del lecho se transfieran posteriormente a los componentes internos del reactor. Tales cargas inducidas térmicamente crean tensiones mecánicas significativas en todos los elementos de los montajes de cesta internos, la magnitud de tales incrementos de cargas inducidos con diferencia de temperatura incrementada. El desplazamiento axial y radial de las paredes de cesta puede también dar lugar a la compresión del lecho del material activo y las partículas de material pueden emigrarse o dañarse como un resultado del movimiento de la pared de cesta. En el peor caso, estos efectos pueden causar deterioro físico del material activo y/o falta mecánica de los montajes de cesta.

A modo de ejemplo, los problemas particulares asociados con reactores de flujo radial se describen más completamente en un proceso de purificación de aire de oscilación térmico típico. Es ventajoso para operar tal reactor introduciendo el aire de alimentación en el paso exterior entre la cubierta de recipiente y la cesta externa durante la etapa de absorción e introduciendo el gas de regeneración en el paso incluido por la cesta interna durante la etapa de desorción. Así, el aire de alimentación es purificado pasando radialmente a través del lecho absorbente hacia el eje central del reactor. El gas de regeneración pasa radialmente a través del lecho en la dirección opuesta para desorber los contaminantes y renovar el lecho para el ciclo subsecuente. La absorción de los contaminantes del gas de alimentación ocurre a temperatura sustancialmente ambiente. La regeneración se realiza usar un pulso térmico en donde el gas calentado primero se introduce por un tiempo especificado seguido por gas frío, donde el gas frío está a aproximadamente la misma temperatura como el gas de alimentación. Durante la fase de calentamiento de regeneración, se desarrolla un frente de calor en la pared de cesta interna y después viaja exterior y radialmente a través del lecho. La parte del lecho delante del frente de calor permanece cerca de la temperatura ambiente, mientras que la parte del lecho ya atravesada por el frente de calor está a la temperatura de regeneración de calor. Cuando este frente de calor alcanza una posición radial intermedia dentro del lecho, el gas frío se introduce al espacio de cesta interno. Se calienta este gas mientras un frente frío se desarrolla en la parte posterior de la zona calentada. El pulso térmico resultante entonces continúa empujando el frente de calor a través del absorbente restante mientras la energía almacenada es consumida desorbiendo los contaminantes restantes en el lecho. La cubierta y cabezas del recipiente permanecen predominantemente a temperatura ambiente durante la operación entera de un ciclo, es decir los extremos y cubierta del recipiente tiene poco contacto con el gas caliente, permaneciendo a una temperatura relativamente constante sobre cada ciclo, y por lo tanto permanecen fijos en espacio. Inversamente, los componentes internos del reactor experimentan estas variaciones de temperatura directamente, dando por resultado expansiones y contracciones térmicas y las cargas y tensiones inducidas asociadas.

El reactor y sus componentes internos deben por lo tanto diseñarse para minimizar y acomodar el movimiento radial y axial de manera que la integridad mecánica de los montajes de cesta y el material activo contenidos dentro de las cestas se mantenga a través de las cargas y tensiones térmicamente inducidas. Además, las tensiones mecánicas térmicamente inducidas limitan el intervalo de temperaturas sobre el cual los reactores de flujo radial convencionales pueden operar y se amplifican estas limitaciones mientras el tamaño del reactor incrementa de tal modo limitando el tamaño y aplicación de los reactores.

Por lo tanto, existe motivación significativa para mejorar el diseño mecánico de los reactores de flujo radial para afectar una mayor fiabilidad operativa, menor costo y flexibilidad de proceso mayor, mientras sigue limitando la huella global del recipiente de reactor. Además, el presente reactor está diseñado para permitir un medio sencillo y efectivo para abordar los problemas asociados con tensiones mecánicas inducidas térmicamente y permitir así las mejoras ya mencionadas.

Las enseñanzas en la técnica son variadas e inconsistentes con respecto al diseño de reactores de flujo radial; particularmente para recipientes que experimentan el ciclo térmico. Los diseños de reactor cilindricos convencionales típicamente incluyen un montaje interno de por lo menos dos cestas de pared porosas concéntricas con el material activo contenido en el espacio anular formado entre estas cestas. Las cestas y cubierta de recipiente comparten generalmente el mismo eje longitudinal. Más allá de estos aspectos en común, las enseñanzas divergen perceptiblemente en la descripción de una variedad de medios para soportar el montaje de cesta. Por ejemplo, las cestas se suspenden solamente desde el extremo superior del recipiente, soportan en solamente el extremo inferior, o fijan entre ambos extremos del recipiente.

La Patente Norteamericana No. 4,541,851 describe un recipiente que tiene dos capas concéntricas de absorbente, cada capa contenida entre dos rejillas cilindricas concéntricas. Tres rejillas cilindricas son concéntricas sobre el mismo eje longitudinal como el recipiente que las incluye. La rejilla intermedia es axialmente rígida y radialmente flexible mientras que las rejillas internas y externas son axialmente flexibles y radialmente rígidas. Las tres rejillas están interconectadas rígidamente a la cubierta de recipiente en su extremo superior e interconectan rígidamente a una placa inferior flotante sólida en su extremo inferior. El montaje de las tres rejillas concéntricas se suspende así dentro del recipiente de la cabeza superior de modo que el peso de las rejillas, la placa inferior y el material absorbente se llevan principalmente por la rejilla intermedia axialmente rígida. La rejilla intermedia se expande y contrae en la dirección axial. El movimiento axial de las rejillas internas y externas flexibles sigue el de la rejilla intermedia. Las rejillas internas y externas se expanden y contraen en la dirección radial y alternativamente oprimen y liberan el lecho absorbente en la dirección radial mediante calentamiento y enfriamiento. La rejilla intermedia se expande/contrae radialmente dentro del lecho puesto que es flexible en la dirección radial, y, consecuentemente, imparte fuerza de opresión radial adicional muy pequeña en el lecho absorbente.

La Patente Norteamericana No. 4,541,851 describe en una segunda modalidad un recipiente que tiene tres capas concéntricas de absorbente y cuatro rejillas permeables. Las rejillas internas y externas son rígidas en la dirección axial y radial y las dos rejillas intermedias son rígidas en la dirección axial y flexibles en la dirección radial. Las cuatro rejillas se interconectan rígidamente a la cubierta en sus extremos inferiores. En sus extremos superiores, las cuatro rejillas están libres de moverse en la dirección axial con las tres rejillas externas capaces de deslizarse axialmente en las guías, mientras que la rejilla interior termina en un domo que puede moverse libremente en la dirección axial. Dos o más capas de absorbente pueden utilizarse en esta configuración. Mientras que los pulsos térmicos se mueven a través del lecho absorbente, las rejillas alternativamente se calientan y enfrían. El diseño permite que cada una de las rejillas se expanda libre e independientemente entre sí en la dirección axial. Las fuerzas de opresión radiales se transmiten a las tres capas de absorbente debido a la flexibilidad circunferencial de las dos rejillas intermedias. Los detalles adicionales que se asocian con este diseño se describen por Grenier, M., J-Y Lehman, P. Petit, "Adsorption Purification for Air Separation Units," ín Cryogenic Processes and Equipment, ed. por P.J. Kerney, y colaboradores ASME, New York (1984).

La Patente Norteamericana No. 5,827,485 describe un recipiente que contiene un lecho de absorción anular el cual está limitado por las cestas internas y externas. Una sola capa de absorbente se enseña la cual se contiene entre las dos cestas concéntricas permeables, que son flexibles en la dirección axial y rígidas en la dirección radial. Por lo menos una de las cestas se sujeta rígidamente al extremo superior del recipiente. La cesta interna está conectada rígidamente en su extremo inferior con un miembro soporte inferior y adicionalmente soportado en la parte inferior de una tapa hemisférica de la cubierta por bordes arreglados como una estrella. La cesta externa es soportada directamente en su extremo inferior por la tapa inferior. Una relación de coeficientes de extensión térmico de las cestas en relación con el del material activo "de flujo libre" o absorbente se reivindica para estar en el intervalo de 0.25-2.0. Enseña que esta combinación de características elimina esencialmente el movimiento relativo de partículas del material de flujo libre debido al ciclo térmico de las cestas. También sugirió que la pre-tensión de por lo menos una de las cestas reduce las tensiones axiales que se desarrollan dentro de las cestas como un resultado del ciclo térmico, aunque no se proporcione ninguna descripción del método de pre-tensión. Los detalles adicionales también son descritos por U. von Gemmingen, "Designs of Adsorptive Dryers in Air Separation Plants", Reports on Science & Technoloov. 54:8-12 (1994).

La Patente Norteamericana No. 6,086,659 describe un recipiente de absorción de flujo radial que tiene una pluralidad de rejillas, en donde por lo menos una de las rejillas es flexible en las direcciones axiales y radiales. Esta "flexibilidad bidireccional" se imparte preferiblemente por lo menos a una de las rejillas intermedias. Muchas combinaciones de flexibilidad/rigidez axial/radial se ofrecen para las cestas internas y externas. Las rejillas se unen rígidamente a la parte superior del recipiente y a una placa inferior. La placa inferior puede flotar o unirse semi-rígida o rígidamente a la cabeza inferior del recipiente. Una o más rejillas intermedias se describen como un medio para contener varias capas de absorbentes dentro del recipiente.

La Patente Alemana No. DE-39-39-517-A1 describe un recipiente de flujo radial que tiene una sola capa de absorbente contenido entre dos rejillas permeables concéntricas, que parecen ser rígidas en la dirección axial y radial. La cesta externa está conectada rígidamente al extremo superior del recipiente y a una placa inferior flotante. La cesta interna está conectada flexiblemente al extremo superior del recipiente a trasvés del uso de fuelle de expansión o guía de desplazamiento. El extremo inferior de la cesta interna está conectado rígidamente con la placa inferior flotante. El montaje de cesta entero se suspende así desde el extremo superior del recipiente con la cesta externa que lleva al peso del montaje y el absorbente contenidos en el mismo. La rejilla interna está incluida en el lado absorbente con un material o estera compresible permeable de gas para absorber cualquier fuerza compresible radial resultando de la extensión y contracción térmica.

Como se ilustra antes, la técnica de patente enseña muchas variaciones dentro de las configuraciones de diseño básico en donde cestas internas, externas y/o intermedias pueden poseer flexibilidad axial, flexibilidad radial, o combinaciones de las mismas. Todos estos diseños tienen varias deficiencias, más notablemente un problema continuo con tensión inducida térmicamente, corte, y daño posible al equipo y material activo. A pesar de estas enseñanzas, no hay dirección clara para el diseño de un reactor de flujo radial para atenuar o eliminar estos problemas. Por otra parte, no hay enseñanzas en los métodos para pre-tensar las cestas internas o en reactores diseñados con este propósito.

El presente reactor de flujo radial se diseña tal que el montaje de cesta interno que contiene el lecho de material activo está soportado rígidamente en ambas extremos superior e inferior del recipiente. El tamaño y geometría de las perforaciones en las paredes de cesta dictan en gran parte la cantidad de flexibilidad axial y rigidez radial resultante para minimizar térmicamente el movimiento inducido y controlar las tensiones y cargas, de tal modo atenuando la introflexión axial y radial de estas paredes. El presente reactor también proporciona un medio simple y ventajoso de pre-tensar las cestas la cual se utiliza en la presente para describir el acto de colocar las cestas en tensión a temperatura ambiente.

Breve Descripción de la Invención La presente invención es un reactor de flujo radial usado en procesos de separación de gas y particularmente para la purificación de aire mediante absorción y/o una reacción catalítica o no catalítica. El reactor tiene dos cestas internas porosas concéntricas que confinen el material activo, típicamente un sólido de partículas de flujo libre, dentro de las cestas y dentro de la cubierta cilindrica. Las cestas se soportan rígidamente en los extremos superior e inferior del recipiente y tienen paredes que son flexibles axialmente y rígidas radialmente para minimizar las tensiones y cargas inducidas térmicamente. El recipiente de reactor tiene columnas de soporte que se fijan a una placa inferior que se fija a la parte inferior de las cestas y son movibles. Preferible, las columnas de soporte son un montaje de columna de soporte dividida que proporciona medios para pre-tensar simple y efectivamente las cestas internas, definidas como el acto de colocar las cestas en tensión a temperatura ambiente, de tal modo atenuando los efectos adversos de las tensiones mecánicas inducidas térmicamente.

La fuerza requerida para pre-tensar las cestas a la pretensión apropiada es capturada con el recipiente de reactor colocado en posición vertical en la orientación de operación utilizando la masa inherente del material activo sólido cargado en el lecho entre las cestas concéntricas. La placa de soporte inferior se fija a los soportes de columna dividida (columnas de soporte), y se mueve con las secciones superiores de estos soportes permitiendo la pre-tensión de las cestas. Combinar el diseño de cesta con el sistema de soporte de columna dividida proporciona medios para aplicar una cantidad predeterminada de pre-tensión durante la carga del material activo, el acto de llenar el lecho, de tal modo atenúa significativamente las tensiones mecánicas inducidas térmicamente y limitaciones del tamaño de reactor.

Así, la presente invención representa un diseño más confiable de un recipiente de reactor de lecho radial con un montaje de cesta interno. No sólo un método de pre-tensión se proporciona, sino una columna de soporte se proporciona para el montaje de cesta que permite pre-tensar las cestas por cualquiera de ios medios mecánicos o usando el potencial de fuerza residente del peso del material activo.

De acuerdo con una modalidad de la presente invención, se proporciona un reactor de lecho radial que comprende: a) una cubierta de recipiente cilindrica sustancialmente que tiene un eje longitudinal, una tapa superior y una tapa inferior; b) una cesta externa porosa sustancialmente cilindrica arreglada concéntricamente dentro de la cubierta a lo largo del eje longitudinal y unida a la tapa superior de la cubierta; c) una cesta interna porosa sustancialmente cilindrica concéntricamente dentro de la cesta externa porosa a lo largo del eje longitudinal y unida a la tapa superior del recipiente, d) una placa de soporte inferior colocada dentro de la cubierta y conectada con la parte inferior de las cestas interna y externa para formar una superficie inferior sólida de las cestas; e) por lo menos una capa de material activo distribuida alrededor del eje longitudinal en el espacio anular formado entre las cestas concéntricas; y f) por lo menos tres columnas de soporte colocadas entre la placa de soporte inferior y la tapa inferior del recipiente con los medios para mover la placa de soporte inferior y cestas a lo largo del eje longitudinal para proporcionar una tensión longitudinal predeterminada a las cestas.

En otra modalidad de esta invención, se proporciona un proceso de reacción cíclica de gas utiliza el reactor de lecho radial inventivo.

En otra modalidad de esta invención, se proporciona un método para pre-tensar por lo menos la cesta externa en el reactor de flujo radial.

En aún otra modalidad de esta invención, se proporciona una columna de soporte dividida para utilizarse en el reactor de flujo radial.

Breve Descripción de los Dibujos Para una comprensión más completa de la presente invención, debe hacerse referencia a la siguiente Descripción Detallada tomada en combinación con los dibujos anexos en los cuales: La Figura 1 es una vista en sección transversal del recipiente del reactor de flujo radial de una modalidad de esta invención; La Figura 2 es un diagrama esquemático del recipiente del reactor de flujo radial de la Figura 1 que muestra las trayectorias de flujo a través del reactor; La Figura 3 es una ilustración de las cestas y lecho internos dentro del recipiente de reactor como se muestra en la Figura 1; La Figura 4 es una vista en corte desde la pared de cesta mostrada en la Figura 1; La Figura 5 es una ilustración parcial de una pared de cesta con tamiz y lecho del recipiente del reactor de flujo radial de una modalidad de esta invención; Las Figuras 6a - 6d son vistas parciales de los montajes del recipiente inferior y cesta y columna de soporte que ilustran las etapas de pre-tensión de las cestas de la modalidad de la Figura 1; La Figura 7 es una vista en sección transversal de un soporte de columna dividida usado en la modalidad de la Figura 1; y La Figura 7(a) es una vista superior de un reborde unido a un miembro de soporte de columna dividida de la Figura 7.

Descripción Detallada de la Invención Las Figuras 1-7 ilustran la estructura básica de una modalidad del recipiente de presión de flujo radial de esta invención y algunos de sus componentes. La vista en sección transversal de la Figura 1 ilustra las características esenciales de esta modalidad y de la invención, pero no muestra todos los medios de sujeción, conductos y detalles del aparato u otros aspectos de la invención los cuales se entienden y fácilmente evidentes para un experto en la técnica. La Figura 2 es un diagrama esquemático del recipiente que muestra esencialmente las mismas características como en la Figura 1 y adicionalmente la trayectoria del flujo de gas a través del recipiente. Las figuras no representan dimensiones reales.

Con referencia a la Figura 1, un recipiente del reactor de flujo radial sustancialmente cilindrico (1) en un eje longitudinal vertical (20). El recipiente tiene una cubierta externa (2) con tapas hemisféricas superior (3) e inferior (4) como se conoce generalmente en la industria. Un tapa inferior (4) tiene la entrada (6) para recibir un gas de alimentación y la tapa superior (3) tiene la salida (5) para la salida del gas de producto en operación normal. En procesos de pre-purificación, el aire atmosférico sería introducido a través de la entrada (6) y el aire tratado o purificado saldría de la salida (5).

Dentro de la cubierta (2) está un lecho (8) que contiene el material activo el cual se confine entre dos miembros de contención cilindricos concéntricos, de aquí en adelante designados "cestas" (9, 10). El arreglo de cesta es entendido mejor viendo la Figura 3 que ilustra la relación espacial de la cesta interna (9), cesta externa (10), y lecho (8). Es preferido utilizar solamente dos cestas orientadas concéntricamente sobre el mismo el eje longitudinal primario del recipiente de reactor (1) como se muestra debido a que esto simplifica el diseño estructural de las cestas (9, 10) y permite el fácil acceso al espacio anular entero del lecho (8) entre las cestas interna y externa para la carga y reemplazo del material activo, por ejemplo utilizando puertos de relleno (14) y/o pozo de acceso (16) como se muestra en la Figura 1. Como es bien entendido, el pozo de acceso (16) permite el ingreso y egreso de operadores y reparadores en el lecho (8). El término "lecho" como se utiliza en la presente describe el espacio entre las cestas (9, 10) que contendrán el material activo y el espacio con el presente material activo. En operación, el gas de proceso se alimenta en una dirección sustancialmente radial a través del lecho (8) con respecto al eje longitudinal de simetría del recipiente de reactor como se describe anteriormente.

Con referencia de nuevo a la Figura 1, las cestas (9, 10) son fijadas y cerradas rígidamente en su parte inferior y extremos inferiores por la placa de soporte inferior (7), en donde los componentes combinados (7, 9 y 10) comprenden el montaje de cesta que contiene el lecho (8). La placa de soporte inferior se fija a los soportes de columna (12). Como se explica más detalladamente más adelante, los soportes de columna sustancialmente verticales (12) son todas divididos para permitir un desplazamiento predeterminado de la placa de soporte inferior (7) desde su posición de referencia después de la fabricación a una posición inferior para proporcionar tensión a las cestas, por ejemplo después de la carga de absorbente o material para estirar y pre-tensar las paredes de cesta. El diseño mostrado en la Figura 1 utiliza ocho (cinco mostradas) columnas de soporte (12), aunque menos o más columnas pueden utilizarse. Por lo menos tres columnas de soporte son preferidas. Algunas o todas las columnas de soporte incorporan medios de guía (como se describe adicionalmente más adelante) para asegurar que los ejes longitudinales de cestas (9, 10) y el montaje de cesta entero sigan siendo coincidentes con el eje longitudinal del recipiente (1). El exterior de la cesta interna concéntrica (9) y el interior de la cesta externa concéntrica (10) representa las paredes limitantes del lecho (8). Las cestas (9, 10) tienen secciones no permeables, sólidas que se fijan rígidamente a la tapa superior (3). Asimismo, las secciones sólidas cortas de las cestas (9, 10) pueden también utilizarse en la parte inferior del montaje de cesta donde las cestas se unen rígidamente a la placa de soporte inferior (7). El restante y mayoría del área superficial de las paredes de cesta (9, 10) son permeables al gas o de otra manera porosa como se describe más adelante. La tapa superior (3) tiene puertos (14) colocados y espaciados uniformemente sobre el lecho anular (8) para facilitar la carga del material activo. Uno de los puertos puede sustituirse por un pozo de acceso (16) como se muestra.

Las paredes verticales de las cestas (9, 10) están perforados sobre una mayoría de su longitud haciéndolas permeables al flujo de gas y para características estructurales divididas tal que las cestas logran flexibilidad axial y rigidez radial para minimizar el movimiento y controlar las tensiones y cargas que se inducen térmicamente durante operación. Las secciones permeables de las paredes de cesta se fabrican preferiblemente utilizando hojas de metal perforadas, sueldan y enrollan en cilindros. El metal es típicamente acero o aleación de acero, seleccionado basado sobre las propiedades físicas, la facilidad de perforación, la resistencia a corrosión, la soldabilidad y los requerimientos de costo. El espesor de los materiales de la pared de cesta depende de varias consideraciones estructurales, como se entiende por el experto en la técnica, y el material seleccionado y su espesor no necesitan ser igual para las cestas interna y externa. El espesor de la pared de cesta típico, sin embargo, estará entre 3 mm y 35 mm.

Un experto en la técnica reconoce que mientras las paredes de cesta deben ser permeables al gas o porosas (perforadas) para permitir el flujo de fluido, el tamaño particular, la forma y la orientación de los orificios o perforaciones influenciará la flexibilidad direccional de las paredes de cesta. Por ejemplo, y como mejor se ilustra en las Figuras 2 y 4, se conoce que un diseño de perforación ranurado con ranuras alargadas (40) escalonas y orientas horizontal o tangencialmente con relación al eje de recipiente (longitudinal) vertical proporciona flexibilidad axial (ver flecha 42) y rigidez radial (ver flecha 41). La rigidez radial se alcanza de las bandas o telas continuas e integrales periódicas de metal sólido que se extienden alrededor de la circunferencia de la pared de cesta. Inversamente, no hay tira o tela ininterrumpida del metal sólido de la pared de cesta en la dirección axial (vertical) debido al patrón escalonado de las ranuras alargadas horizontalmente orientadas (40). Tal configuración es importante cuando las cestas interna (9) y externa (10) son fijadas en la parte superior y parte inferior del recipiente (1) como en la presente invención. Así, a altas temperaturas las ranuras alargadas (40) son comprimidas para absorber la expansión axial, liberando parte del esfuerzo compresivo axial que resultaría de otra manera. Sin embargo, esta flexibilidad axial (como se determina por el módulo eficaz de elasticidad) no debe ser así mayor en cuanto a permitir la introflexión de la pared de cesta debido a esfuerzos de compresión axiales, en la presente también designado como "pandeo axial". Mientras que muchas diferentes geometrías de perforación son posibles, un experto en la técnica conoce que las geometrías deben seleccionarse para permitir suficiente área de flujo abierta mientras que simultáneamente crean un módulo efectivo de elasticidad del material de cesta para dar lugar a la flexibilidad axial y rigidez radial deseadas. Para los fines de la presente invención, la configuración de perforación ranurada general mostrada en la Figura 4 es preferida, pero las dimensiones específicas y separaciones de las ranuras deben seleccionarse basado en el material de cesta específico y el grado de flexibilidad estructural deseado.

También se ha encontrado a través de análisis estructurales que las nervaduras de refuerzo (32) se agregan y unen preferiblemente a la cesta interna (9) para atenuar la introflexión debido a la presión externa aplicada por el material activo, en la presente también llamado "introflexión radial". Las nervaduras de refuerzo (32) son soportes típicamente estructurales hechos de metal u otro material rígido (preferiblemente con las mismas características de expansión térmica que el material de cesta interno) que se coloca en la pared interior de la cesta interna (9) tal que cada nervadura se encuentra en un plano horizontal y se extiende continuamente alrededor de la circunferencia de la cesta interna (9). Los bordes de refuerzo (32) se separan a intervalos regulares para incrementar la rigidez de cesta para así resistir las fuerzas de opresión radiales que resultan del ciclo térmico de las cestas y el lecho incluidos.

El material activo puede además contenerse y/o dividirse dentro del lecho (8) utilizando metal u otros materiales porosos y flexibles. Por ejemplo, los tamices pueden utilizarse para alinear las paredes de metal perforadas de las cestas cuando las perforaciones o ranuras son mayores que el tamaño de partícula del material activo tal como se ilustra en la Figura 5. La Figura 5 muestra una configuración preferida en donde la pared de la cesta interna (9a) se hace de una hoja de metal perforada en contacto con un tamiz (30) en contacto con el lecho (8a) que contiene el material activo (17). Aunque no se muestra, el lado opuesto del lecho (8a) deberá estar en contacto con la pared interior de la cesta externa (10) la cuál puede también tener un tamiz entre la misma. Los tamices similares pueden también utilizarse para separar diferentes materiales activos en dos o más capas dentro del lecho (8a) si se desea. Los tamices son flexibles y no se desean para soportar cargas axiales significativas y pueden hacerse de tejido o materiales metálicos no tejidos o no metálicos tal como tamices de alambre, malla de tela, malla metálica expandida, espuma de célula abierta, materiales poliméricos.

Dependiendo del tipo de proceso de tratamiento de gas, el material activo puede necesitar ser regenerado a intervalos regulares de una manera cíclica de repetición. Durante este proceso, un gas de regeneración se introduce al recipiente y fluye radialmente a través del lecho de material activo antes de salir. La trayectoria del flujo de regeneración se invierte típicamente con relación a la trayectoria del flujo de alimentación. Para recipientes de reactor de la presente invención, los gases fluyen siempre radialmente a través del material activo, sin importar donde la alimentación y gases de regeneración entran en el recipiente.

De nuevo con referencia a la Figura 2, el gas de alimentación entra en la parte inferior del reactor (1) en la entrada (6) y se dirige en un canal externo formado entre la cubierta (2) y la pared exterior de la cesta externa (10). El gas de alimentación entonces fluye radialmente a través de la pared de la cesta externa (10), a través del lecho (8) y del material activo contenido en el mismo y sale a través de la pared de la cesta interna (9) en un canal central alineado con el eje vertical del recipiente (1). Según lo mostrado el gas de producto (o gas purificado) sale del recipiente de reactor (1) a trasvés de la salida (5) del recipiente (1). El recipiente de reactor (1) puede diseñarse para hacer que el gas de alimentación entre en la parte inferior, entrada (6), o parte superior, salida (5), del recipiente tal que el flujo radial del gas de proceso a través del lecho (8) puede ser hacia adentro o bien o hacia fuera, respectivamente. Los procesos cíclicos dirigen típicamente la alimentación y flujos de regeneración contracorriente entre sí. Por ejemplo, si el flujo de la alimentación se dirige radialmente hacia adentro entonces el flujo de regeneración se dirigirá radialmente hacia fuera.

Cuando los reactores de flujo radial como la presente invención se utilizan conjuntamente con una etapa de regeneración de oscilación térmica, o con otros procesos cíclicos térmicos para limpiar o reactivar el material catalítico, las cestas internas se contraen y expanden con la disminución e incremento en temperatura del proceso de tratamiento de gas, respectivamente, como se describe anteriormente. Tales extensiones y contracciones térmicas de las cestas ocurren radial y axialmente con relación al eje longitudinal del recipiente de reactor, induciendo tensiones en las cestas y todos los componentes internos y medios de fijación. En la presente invención, las cestas están contraídas en la parte superior y parte inferior del recipiente. Bajo tal soporte de contracción, las tensiones internas significativas se desarrollan dentro de las paredes de cesta porosas en respuesta a las variaciones de temperatura cíclicas.

Cuando las tensiones axiales térmicamente inducidas se acercan o exceden a los límites de tensión permisibles predeterminados para la introflexión axial, como se determina de las propiedades del material de cesta y geometría de perforación, después se prefiere pre-tensar las paredes porosas de la cesta interna para compensar los efectos de estas cargas axiales inducidas. Tal pre-tensión se aplica axialmente (paralela al eje longitudinal del recipiente de presión cilindrico) y de tal manera compensa la tensión térmicamente inducida. Debido a que las presentes cestas se contraen en la parte superior y la parte inferior, la tensión térmica inducida es compresiva. Pretensar las cestas compensa, por lo menos parcialmente, estas tensiones compresivas térmicamente inducidas. Así, la temperatura inicial elevada de la pared porosa sirve para liberar la pre-presión (pretensión) en la cesta puesto que la tensión compresiva axial térmicamente inducida actúa opuesta a la pre-tensión extensible. Una vez que la pre-tensión se releva totalmente, la tensión axial compresiva puede continuar desarrollándose en las paredes de cesta porosas mientras la temperatura se incrementa adicionalmente. Sin embargo, la tensión de compresión máxima resultante es menor de la que habría sido si la pre-tensión no hubiera sido aplicada, es decir la tensión de compresión es compensada por la cantidad de pre-tensión extensible. Dependiendo de la cantidad de pre-tensión aplicada a las cestas, es posible controlar la tensión resultante máxima en la condición calentada para que sea de cero, o para que sea extensible o compresiva.

Así, además de seleccionar las propiedades del material y geometría de perforación de las cestas, ahora se ha encontrado que pre-tensar por lo menos la cesta externa (10) es necesario asegurar de nuevo la introflexión axial debido a las tensiones compresivas que se desarrollan durante el calentamiento de la cesta (10) y sus componentes. Aunque la técnica no proporciona ninguna enseñanza específica en cuanto a los métodos para pre-tensar las cestas, la presente invención introduce un método simple basado en un diseño de soporte de columna dividida dentro del recipiente de reactor. Aunque varias metodologías mecánicas para pre-tensar las paredes de cesta porosas pueden aplicarse, el método preferido de esta invención es utilizar el peso inherente del material activo como se describe más adelante. Por lo tanto el diseño del presente recipiente de reactor proporciona los medios para un método fácil y efectivo para el alcance de tal pre-tensión.

Pre-tensar las cestas atenúa o elimina la tensión compresiva axial sobre las cestas causada por la expansión térmica durante la pieza de la temperatura elevada del ciclo de proceso. La cesta externa (10), debido a su diámetro más grande y espesor relativamente más pequeño, está particularmente sujeta a la introflexión axial a partir de las cargas térmicas inducidas y se pre-tensa en la presente. Preferiblemente, las cestas internas y externas son pre-tensadas simultáneamente. Alternativamente, la cesta externa (10) se puede pre-tensar independientemente para desconectar temporalmente la cesta interna (9) de la tapa superior (3) del recipiente (1), por ejemplo, como puede ser ventajoso en ciertos medios alternativos para cargar el material activo en el recipiente. Además de prevenir la introflexión axial, la pre-tensión de las cestas permite una construcción más delgada de la pared de cesta y/o puede ampliar la temperatura operacional máxima permitida si se desea.

Antes de describir el método de pre-tensión, es necesaria la descripción adicional del recipiente. Según lo mostrado en la figura 1, los extremos inferiores de las cestas (9, 10) se fijan a la placa de soporte inferior movible (7) que se hace del material de metal sólido no poroso. La placa de soporte (7) está conectada rígidamente con la tapa inferior (4) del recipiente (1) a través de las múltiples columnas de soporte divididas (12). Ahora con referencia a la figura 6a, una vista esquemática fragmentaria del recipiente (1) se muestra con una columna de soporte representativa (12a) dividida para formar un montaje de columna compuesto de dos miembros de soporte separados (12b y 12c) en donde cada uno tiene un reborde de oposición y conexión (60). En la siguiente descripción con respecto a a la figura 6, se debe entender que todas las columnas de soporte (12a) se comportan igual que la columna de soporte representativa mostrada en las figuras 6a-6d. El montaje que comprende las columnas de soporte (12a) también incluye un medio de guía cilindrico (50) para prevenir el movimiento lateral y mantener el montaje de cesta alineado de manera concéntrica a lo largo del eje del recipiente durante la fabricación y durante la operación. Los separadores (65), colocados entre los rebordes (60), son descritos adicionalmente más abajo. En la modalidad mostrada en la figura 6, el medio de guía (50) es una tubería simple insertada dentro de las columnas (12b y 12c). La parte inferior del miembro de soporte (12c) se fija a la tapa inferior (4) del recipiente (1) y el extremo superior del miembro de soporte (12b) se fija a la placa de soporte inferior (7). La placa de soporte inferior (7) se muestra esquemáticamente en la figura 6 como una placa plana por simplicidad, pero esta placa se diseña típicamente para ser cóncava hacia la tapa (4) según lo mostrado en la figura 1.

El montaje de la columna de soporte (12a) mostrado en la figura 6 se muestra más detalladamente en la figura 7. El miembro de guía cilindrico (50) se dimensiona para acoplar de manera deslizable el espacio interno del montaje de soporte de columna dividida (12a) en una configuración de tubería dentro de tubería y se fija a uno de los miembros de soporte (12b o 12c), para soportar preferiblemente el miembro (12b). El miembro de guía (50) acopla a ambos miembros de soporte (12b y 12c) y es de una longitud preferiblemente no mayor de 1/3 de la longitud total del montaje de soporte de columna dividida (12a). Juntos, los miembros de soporte (12b y 12c), los rebordes de oposición (60) y los medios de guía (50) forman la columna de soporte de división (12a). Otros métodos de acoplamiento deslizable de los miembros de soporte pueden también utilizarse. El número de columnas de soporte requeridas depende de las cargas estáticas y dinámicas combinadas a las cuales se somete el montaje de cesta, así como el diseño de las columnas individuales.

Típicamente, por lo menos tres columnas se requieren y se deben separar uniforme y simétricamente con relación al eje longitudinal del recipiente. Los miembros de guía se requieren por lo menos 50% de la columna de soporte, por ejemplo, si ocho columnas se utilizan como en el diseño de la figura 1, entonces por lo menos cuatro columnas deben incluir un medio de guía.

El proceso de pre-tensión se conduce al usar las soportes de columna dividida. En el método preferido, el peso sustancial del material activo cargado en el lecho (8) se utiliza para pre-tensar las cestas (9, 10). En esta modalidad, las cestas (9, 10) se fijan rígidamente en la tapa de la cubierta (2) a la tapa superior (3) y a la placa de soporte inferior (7). La placa de soporte inferior (7), las cestas (9, 10) y las columnas de soporte superiores (12b) se permiten mover temporalmente en la dirección axial al desconectar los pares de rebordes (60) y eliminando los separadores (65).

La implementación de la pre-tensión de las cestas ahora se describe más detalladamente en donde la función de la columna de soporte dividida se hará evidente. Las figuras 6a-6d ilustran las etapas en la aplicación del método de pre-tensión a las cestas (9, 10). La figura 6a representa la condición de la cesta y de las columnas de soporte al final de la fabricación del recipiente y antes de la carga del material activo. Los miembros de soporte (12b y 12c) y los rebordes integrales (60) se diseñan tal que cuando se fabrican e instalan las dos caras de oposición del reborde de cada miembro de soporte (12b y 12c) están en pares y separadas por la cantidad predeterminada del estiramiento axial (d) del montaje de cesta y las paredes de cesta individuales requeridos para la pre-tensión de las cestas al nivel de tensión extensible deseado.

Los rebordes de acoplamiento (60) y los miembros de soporte (12b y 12c) son concéntricos a los medios de guía internos (50). La guía interna se une rígidamente a uno de los miembros de soporte y se acopla de manera desplazable con el otro miembro de soporte del par. Cuando se fabrica el recipiente (1), un espacio inicial (d) se proporciona entre los rebordes (60) y el espacio entre los rebordes de acoplamiento (60) en la condición descargada se diseña para ser ¡guales o menores que a la cantidad prevista o calculada de desplazamiento axial de las paredes de cesta impuesto por la carga estática, es decir del peso combinado del montaje de cesta y del material activo. El medio de guía (50) permite que el miembro de soporte (12b) se mueve solamente paralelo al eje vertical. Los separadores (65) del espesor (d) igual a la separación del reborde se insertan entre cada par de rebordees según lo ilustrado en la figura 6a. Preferiblemente, los separadores se dividen en segmentos (dividido en varias partes iguales) para el retiro fácil. Los miembros de soporte entonces se conectan rígidamente (por ejemplo, empernados juntos) como se muestra esquemáticamente en la figura 6a y en mayor detalle mecánico en la figura 7. Ésta es la condición de los montajes de la cesta y de la columna de soporte al final de la fabricación del recipiente. Cuando el recipiente se coloca verticalmente el peso (WBA) del montaje de cesta ahora es soportado principalmente por las columnas de soporte 12(a) fijadas rígidamente entre la placa de soporte inferior (7) y la tapa inferior (4). La conexión de las cestas (9, 10) a la tapa superior (3) pueden también proporcionar un cierto soporte para una pequeña parte del peso del montaje de cesta. En esta condición, el lecho (8) permanece vacío o sin cargar con el material activo. La posición de la placa de soporte inferior (7) con relación a la cubierta de recipiente (2) y a una tapa inferior (4) se muestra por la línea de referencia (45) en la figura 6a.

Los separadores (65) del espesor (d) establecen el grado de pre-tensión permitido y cuando se aseguran firmemente entre los rebordes de oposición (60) mantienen el montaje de cesta soportado rígidamente en los extremos superior e inferior del recipiente de reactor durante las etapas finales del montaje y transporte del recipiente. Los separadores se pueden hacer de cualquier material tal como acero al carbono y cualquier número de separadores se puede utilizar según lo juzgado como necesario. En esta modalidad, cuatro separadores se utilizan entre cada par de rebordes. Un orificio se perfora a través de cada separador para permitir que los pernos pasen a través de los separadores y rebordes de acoplamiento.

Después de que el recipiente (1) esté en la posición para el uso, los separadores (65) se retiran antes de cargar el material activo en el lecho (8). La etapa 2 del proceso de pre-tensión es ilustrada en la figura 6b por la aplicación de una fuerza de elevación (Fj) en donde el montaje de cesta se eleva solo ligeramente para liberar la presión sobre los separadores (65) para poderlos retirar al usar un gato hidráulico o por otros medios que incluyen pero no se limitan a gatos mecánicos unidos a los rebordes (60). La placa de soporte inferior (7) mueve solamente una pequeña cantidad (típicamente no más de 1 mm-5 mm) hacia arriba y esencialmente permanece alineada con la posición de referencia original. El gato se puede colocar en el suelo o en la base del recipiente para la elevación y después fijarse en la posición una vez que se retiran los separadores. En este punto, ninguna pre-tensión se ha aplicado y el gato hidráulico soporta todo el peso del montaje de cesta. En este estado, las columnas de soporte no proporcionan el soporte al montaje de cesta mientras que los rebordes de cada columna de soporte se separan físicamente.

En la etapa 3, el lecho (8) se rellena con material activo y el peso (WA ) de este material se acumula contra el mecanismo de elevación. El gato hidráulico soporta el peso adicional de material activo y mantiene la posición de la placa de soporte inferior (7) a la posición de referencia original. La etapa 4 implica lentamente el descenso del gato hidráulico de modo que el montaje y las paredes de cesta se estiren debido a la fuerza descendente aplicada resultante del peso del material activo. Este proceso continúa mientras las caras de los rebordes superiores (60) unidos a las columnas de soporte (12b) se mueven hacia abajo hasta que entren en contacto con las caras opuestas de los rebordes inferiores (60) de las columnas de soporte (12c). A través de esta etapa, los miembros de guía (50) mantienen la alineación de los miembros de soporte superior e inferior (12b y 12c). La placa de soporte inferior (7) se mueve a la misma distancia según lo predeterminado y permitido por el espesor del separador (d). La distancia de estiramiento (d) determina la cantidad de pre-tensión aplicada, típicamente de menos del máximo disponible como es inherente al peso total combinado del material activo y del montaje de cesta, es decir las caras de los pares de rebordes entrarán en el contacto antes de la conclusión de la carga de todo el material activo.

Así, una cantidad predeterminada de pre-tensión axial se puede aplicar hasta una cantidad que corresponda al peso de material activo cargado. Una vez que las caras de los rebordes (60) de cada miembro de soporte son cerradas y están en contacto, el peso del lecho (8) y del montaje de cesta es soportado por el casquillo inferior (4) con las paredes de la cesta ahora en tensión. En la posición cargada final y con los rebordes (60) en contacto firme entre sí, las cestas (9, 10) se contraen en la parte superior e inferior. Los rebordes (60) se pueden fijar por soldadura o mediante el uso de los medios sujetadores tal como pernos, aunque la combinación del peso de montaje de cesta y del material activo y la presencia del miembro de guía (50) proporcionen la limitación adecuada contra el movimiento lateral del montaje de cesta.

Alternativamente, la etapa 3 se puede realizar con el gato hidráulico retirado de modo que los rebordes se cierren lentamente de acuerdo con el índice de carga o acumulación del material activo en el lecho (8). La pre-tensión neta de las cestas (9, 10) será idéntica en ambos panoramas.

Como se muestra y describe, las columnas de soporte de separación (12a) se extienden entre la placa de soporte inferior (7), unida a las cestas (9, 10), y la tapa inferior (4) del recipiente (1). Estas columnas de soporte se pueden construir de varios tipos de miembros estructurales, por ejemplo, las columnas o tuberías cilindricas, vigas doble T, canales, vigas huecas, etc. Los miembros estructurales no tienen que ser circulares en la sección transversal y otras configuraciones tal como cuadrada o rectangular, etc., pueden utilizarse. Similarmente, los medios de guía no se limitan a una configuración de tubería concéntrica. Por ejemplo, otros medios de guía potencialmente eficaces pueden incluir varios miembros formados acomodados como manguitos externos o insertos internos a las columnas formadas similarmente o el uso de pernos a través de uno o más de los orificios entre los rebordes de acoplamiento, etc. Aunque la configuración cilindrica simple equipada con rebordes y un miembro de guía cilindrico según lo mostrado sea un diseño preferido, otros diseños se pueden proporcionar para lograr la misma función y se juzgan como equivalentes operables, con la condición de que; (a) las columnas de soporte sean fijadas rígidamente entre la placa de soporte inferior y la tapa inferior del recipiente, (b) los medios de guía se utilicen en las múltiples columnas de soporte para prevenir el movimiento lateral de cualquier miembro de la columna de soporte de separación mientras se mantiene la concentricidad del montaje de cesta dentro del recipiente, y (c) los medios ajustables, tal como separadores desprendibles, se utilicen para disminuir la longitud eficaz de la columna mientras que permiten que el peso del material activo sólido estire axialmente las cestas para aplicar la tensión a las paredes de cesta. Al final de la pre-tensión, el montaje de cesta se soporta rígidamente entre las tapas superior (3) e inferior (4) del recipiente.

El diseño del soporte de columna de separación como se muestra y describe son los rebordes preferido debido a que proporcionan los medios simples para proporcionar los rebordes de acoplamiento plano horizontal y los medios de guía integrales colocados a un nivel de trabajo conveniente entre la placa de soporte inferior y la tapa inferior del recipiente. Sin embargo, las características básicas de la invención se pueden lograr con los soportes de columna continuos (no separados). Tales columnas de soporte no separadas se unirían permanentemente en un extremo en la placa de soporte inferior (7) o en la tapa inferior (4), preferiblemente por lo menos a la placa de soporte inferior. El espacio o separación necesarios permitidos para la pre-tensión serían creados entre la columna opuesta (sin unir) y su componente opuesto, es decir la tapa inferior (4) o la placa de soporte inferior (7). Los medios de guía entonces se unirían entre el extremo de columna sin unir y directo a la cara de la placa inferior opuesta (7) o a la tapa inferior (4), es decir opuesta a la cara sin unir del soporte de columna y con el espacio predeterminado (d) para la pre-tensión permitida entre y con los medios de guía acoplados con la columna. Alternativamente, una almohadilla de soporte con medios de cara horizontales se podrían unir rígidamente a la placa de soporte inferior (7) o a la tapa inferior (4) directamente opuestas a las caras sin unir de las columnas de soporte y los medios de guía se podrían entonces colocar integralmente entre el extremo de columna y la almohadilla de soporte. En esta última configuración, la almohadilla de soporte o el pedestal se podrían proporcionar como otra forma de la sección superior o inferior de la columna en el diseño de columna de separación. La implementación de la pre-tensión ser realizará de manera similar según lo ilustrado en las figuras 6a-6d y según lo descrito anteriormente.

También se proporcionan los medios alternativos y equivalentes de pre-tensión y aseguramiento de las cestas bajo una carga de tracción. En un ejemplo, las cestas internas, una vez montadas dentro del recipiente de reactor, se pueden pre-tensar mecánicamente al usar las barras roscadas en combinación con un mecanismo de bloqueo interno o externo. Los ejemplos de mecanismos de bloqueo internos incluyen los orificios perforados y punzados en la parte superior del recipiente o en las cestas de soporte soldados al recipiente y también a la parte inferior de las cestas o placa de soporte inferior; las tuercas de bloqueo usadas para capturar la barra roscada en los soportes unidos a la cesta y a la pared de recipiente; y un torniquete ubicado entre dos barras roscadas unidas permanentemente a la cesta y a la pared de recipiente. La pre-tensión se ajusta por dentro del recipiente. Los ejemplos de los mecanismos de bloqueo externos incluyen orificios perforados y punzados a través de la tapa de recipiente y unidos a la parte inferior de las cestas o placa de soporte inferior y las tuercas de bloqueo usadas para capturar la barra roscada en los soportes unidos a la cesta y a través de la pared de recipiente. Estos métodos permiten que la pre-tensión se realice externamente al recipiente. La pre-tensión interna y externa se puede asistir por el peso del amortiguador cargado en las cestas.

Alternativamente, un gato hidráulico se puede colocar contra un soporte fijo fuera del extremo superior del recipiente de reactor con el extremo opuesto del gato unido a una viga insertada a través del reactor a lo largo de su eje y en contacto con la placa que forma la parte inferior de las cestas concéntricas. Ei gato entonces se utiliza para empujar la placa de soporte inferior en la posición contra la columna de soporte inferior o para empujar juntos los rebordes de acoplamiento de una columna de separación. La placa de soporte inferior o los rebordes en el soporte de columna de separación entonces se asegura por soldadura o pernos mientras que se mantiene la carga hidráulica. El gato hidráulico y la viga entonces se retiran y las paredes de cesta permanecen bajo tensión y conectadas firmemente con la tapa inferior del recipiente de reactor.

En todos los métodos de pre-tensión anteriores, la cantidad de pre-tensión se debe predeterminar para prevenir la introflexión axial de las cestas mediante la compensación completa o parcial de la tensión compresiva térmica inducida.

El reactor de flujo radial de esta invención se puede utilizar en la purificación de gas, procesos de separación o reacción al usar los lechos de materiales activos como es bien conocido en la técnica. Los procesos preferidos son aquellos que requieren una operación cíclica de repetición. Más preferiblemente, el presente reactor se utiliza en procesos cíclicos de adsorción tal como procesos de PSA, de VPSA, y TSA y más preferiblemente en procesos de pre-purificación en el extremo delantero de las ASU.

El material activo sólido puede ser un material absorbente, catalizador o reactivo que consiste de partículas sólidas de flujo libre en la forma de esferas, cilindros, gránulos irregulares, etc. El material activo se selecciona para el proceso particular utilizado y se conoce una amplia gama de materiales.

Para los procesos de purificación o separación de aire, el material absorbente se utiliza y es típicamente un material de tamiz molecular de tipo zeolita como es conocido y está comercialmente disponible. El material absorbente usado dentro de la unidad de lecho absorbente modular se puede componer de un material de una sola capa o, una configuración de material de dos o más capas donde la primera capa (tal como, alúmina activada) más cercana a la entrada de alimentación elimina el agua del gas de alimentación y la segunda capa (tal como, el tamiz molecular de zeolita) absorbe un componente de gas seleccionado tal como dióxido de carbono en la purificación o nitrógeno en la separación de aire. El material absorbente preferiblemente se rellena densamente para minimizar el asentamiento de absorbente y otro movimiento de partícula y para maximizar las eficacias de proceso.

Será evidente para los expertos en la técnica que la presente invención no está limitada por los ejemplos proporcionados en la presente que se han proporcionado para demostrar simplemente la operabilidad de la presente invención. El alcance de esta invención incluye las modalidades, modificaciones, y variaciones equivalentes que se encuentran dentro del alcance de las reivindicaciones anexadas.

Claims (26)

REIVINDICACIONES

1. Un reactor de lecho radial, que comprende: a) una cubierta de recipiente sustancialmente cilindrica que tiene un eje longitudinal vertical, una tapa superior y una tapa inferior; b) una cesta externa porosa sustancialmente cilindrica colocada de manera concéntrica dentro de la cubierta a lo largo del eje longitudinal y unida a la tapa superior de la cubierta; c) una cesta interna porosa sustancialmente cilindrica colocada de manera concéntrica dentro de la cesta externa porosa a lo largo del eje longitudinal y unida a la tapa superior del recipiente, d) una placa de soporte inferior colocada dentro de la cubierta y conectada con la parte inferior de las cestas interna y externa para formar una superficie inferior sólida de las cestas; y e) por lo menos tres columnas de soporte colocadas entre la placa de soporte inferior y la tapa inferior del recipiente con medios para mover la placa de soporte inferior y las cestas a lo largo del eje longitudinal para proporcionar una tensión longitudinal predeterminada a las cestas.

2. El reactor de lecho radial de la reivindicación 1, en donde las columnas de soporte comprenden dos miembros de soporte de acoplamiento capaces de la separación a lo largo del eje longitudinal para proporcionar un espacio entre los mismos.

3. El reactor de lecho radial de la reivindicación 2, en donde por lo menos una de las columnas de soporte tiene un medio de guía para proporcionar la alineación para los miembros de soporte.

4. El reactor de lecho radial de la reivindicación 3, en donde el medio de guía se coloca dentro de los miembros de soporte.

5. El reactor de lecho radial de la reivindicación 4, en donde las columnas de soporte y los medios de guía son cilindricos.

6. El reactor de lecho radial de la reivindicación 1, en donde los medios ajustables se colocan en las columnas de soporte que permiten a las cestas ser descendidas a lo largo del eje longitudinal.

7. El reactor de lecho radial de la reivindicación 1, en donde las columnas de soporte continuas se unen a la placa de soporte inferior, la tapa inferior, o ambos y el movimiento longitudinal es creado por los medios para mover la placa de soporte inferior, la tapa inferior, o un espacio predeterminado a lo largo de un medio de guía acoplado internamente y fijado a las columnas de soporte.

8. El reactor de lecho radial de la reivindicación 2, en donde los medios ajustables se colocan entre los miembros de soporte que permiten que por lo menos la cesta externa se descienda a lo largo del eje longitudinal.

9. El reactor de lecho radial de la reivindicación 8, en donde los medios ajustables son separadores desprendibles.

10. El reactor de lecho radial de la reivindicación 1, en donde las paredes de las cestas son flexibles axialmente y rígidas radialmente.

11. El reactor de lecho radial de la reivindicación 10, en donde las cestas tienen paredes que se hacen de las hojas de metal perforadas.

12. El reactor de lecho radial de la reivindicación 11, en donde las hojas de metal perforadas incluyen las ranuras alargadas que se escalonan y orientan de manera horizontal con relación al eje vertical del recipiente.

13. El reactor de lecho radial de la reivindicación 1, en donde los tamices se colocan entre por lo menos el lecho y la cesta interna, las pantallas tienen una abertura de malla más pequeña que el diámetro promedio del material activo.

14. El reactor de lecho radial de la reivindicación 1 con por lo menos una capa de material activo distribuida alrededor del eje longitudinal en el espacio anular formado entre las cestas concéntricas.

15. El reactor de lecho radial de la reivindicación 1, en donde las nervaduras de refuerzo se colocan en la pared interior de la cesta interna en un plano horizontal y que se extienden alrededor de la circunferencia de la cesta interna.

16. Un proceso cíclico de reacción de gas conducido en un reactor de lecho radial, que comprende: a) una cubierta de recipiente sustancialmente cilindrica que tiene un eje longitudinal vertical, una tapa superior y una tapa inferior; b) una cesta externa porosa sustancialmente cilindrica colocada de manera concéntrica dentro de la cubierta a lo largo del eje longitudinal y unida a la tapa superior de la cubierta; c) una cesta interna porosa sustancialmente cilindrica colocada de manera concéntrica dentro de la cesta externa porosa a lo largo del eje longitudinal y unida a la tapa superior del recipiente; d) una placa de soporte inferior colocada dentro de la cubierta y conectada con la parte inferior de las cestas interna y externa para formar una superficie inferior sólida de las cestas; e) por lo menos una capa de material activo distribuida alrededor del eje longitudinal en el espacio anular formado entre las cestas concéntricas; y f) por lo menos tres columnas de soporte colocadas entre la placa de soporte inferior y la tapa inferior del recipiente con los medios para mover la placa de soporte inferior y las cestas a lo largo del eje longitudinal para proporcionar la tensión longitudinal a las cestas, y en donde un gas de alimentación entra en el reactor y se dirige a un canal externo formado entre la cubierta y la pared exterior de la cesta externa, fluye a través de la pared de la cesta externa en una dirección radial a través del lecho, sale a través de la pared de la cesta interna a un canal central alineado con el eje longitudinal del reactor, y sale del reactor.

17. El proceso de separación de gas de la reivindicación 16 utilizado en un proceso seleccionado del grupo que consiste de un proceso de PSA, VPSA y TSA.

18. El proceso de separación de gas de la reivindicación 17, en donde el proceso es un proceso de pre-purificación para tratar el aire de alimentación entrante antes de un proceso de destilación criogénica.

19. Un método para pre-tensar por lo menos la cesta externa en un reactor de flujo radial del tipo que tiene: a) una cubierta sustancialmente cilindrica del recipiente que tiene un eje longitudinal vertical, una tapa superior, y una tapa inferior; b) una cesta externa porosa sustancialmente cilindrica colocada de manera concéntrica dentro de la cubierta a lo largo del eje longitudinal y unida a la tapa superior de la cubierta; c) una cesta interna porosa sustancialmente cilindrica colocada de manera concéntrica dentro de la cesta externa porosa a lo largo del eje longitudinal y unida a la tapa superior del recipiente; d) una placa de soporte inferior colocada dentro de la cubierta y conectada con la parte inferior de las cestas interna y externa para formar una superficie inferior sólida de las cestas; e) espacio anular formado entre las cestas concéntricas para aceptar por lo menos una capa de material activo distribuida alrededor del eje longitudinal en el espacio anular; y f) por lo menos tres columnas de soporte colocadas entre la placa de soporte inferior y la tapa inferior de la cubierta del recipiente con los medios para mover la placa de soporte inferior y las cestas a lo largo del eje longitudinal, el método comprende activar los medios para mover las cestas hacia abajo en una dirección longitudinal predeterminada para proporcionar la tensión longitudinal a las cestas.

20. El método de la reivindicación 19, en donde la activación ocurre al cargar el material activo en el espacio anular.

21. El método de la reivindicación 20, en donde las cestas se descienden a una distancia predeterminada para proporcionar una tensión predeterminada a las cestas.

22. El método de la reivindicación 19, en donde el medio para mover las cestas es a través del uso de las columnas de soporte movibles que comprenden dos miembros de soporte y un separador desprendible entre los mismos por lo cual la columna de soporte se mueve hacia abajo cuando se retira el separador.

23. El método de la reivindicación 19, en donde la activación ocurre a través del uso de medios mecánicamente capaces de proporcionar la tensión a las cestas.

24. El método de la reivindicación 23, en donde los medios mecánicos son una o más barras roscadas en combinación con un mecanismo de bloqueo para descender las cestas de tal modo que proporcionan la tensión predeterminada a las cestas.

25. El método de la reivindicación 19, en donde los medios para mover las cestas hacia abajo ocurren cuando el peso del material activo mueve las cestas hacia abajo para de tal modo proporcionar la tensión a las paredes de cesta.

26. Una estructura de columna de soporte dividida orientada sustancialmente de manera vertical usada en un recipiente de reactor de lecho radial para soportar una o más cestas concéntricas dentro del recipiente y usada para confinar el material activo en el espacio anular entre las cestas, que comprenden: a) un primer miembro de soporte que tiene una parte superior y una parte inferior con la parte superior conectada con el recipiente y la parte inferior que tiene un primer reborde; b) un segundo miembro que tiene una parte superior y una parte inferior con la parte inferior que tiene un segundo reborde y diseñado para acoplar de manera desprendible el primer reborde; y c) un miembro de guía fijado a uno del primer o segundo miembros de soporte que puede acoplar de manera movible el primer miembro de soporte al segundo miembro de soporte a lo largo del eje vertical, en donde uno o más separadores desprendibles se colocan entre el primer reborde y el segundo reborde los cuales se pueden retirar para el contacto del primer y segundo rebordes para de tal modo mover las cestas hacia abajo.