MXPA00008431A - Metodo de modernizacion de un reactor de sintesis exotermica heterogenea. - Google Patents

Abstract

Un metodo de modernizacion " in situ" de un reactor de sintesis exotermica heterogenea, que comprende el metodo de colocar por lo menos una primera cama catalitica en una parte superior del reactor, se distingue por el hecho de proporcionar adicionalmente una pluralidad de camas cataliticas colocadas en una parte inferior del reactor, en forma paralela una con la otra, y por el hecho de cargar dichas camas cataliticas en la parte inferior del reactor con un catalizador que tiene una mayor actividad que la del catalizador cargado en la cama catalitica. Debido a los pasos anteriores, el metodo de la presente invencion permite obtener un reactor teniendo un rendimiento de conversion y una capacidad de produccion superiores.

Description

MÉTODO DE MODERNIZACIÓN DE UN REACTOR DE SÍNTESIS EXOTÉRMICA HETEROGÉNEA.

Campo del Invento. La presente invención se refiere a un método de modernización de un reactor de síntesis exotérmica heterogénea, que incluye un forro externo que comprende una pluralidad de camas catalíticas superimpuestas en una relación de espacio recíproca. Más en particular, la presente invención se refiere a un método de modernización de un reactor del tipo de apertura completa, que comprende el paso preliminar de: - proporcionar por lo menos una primera cama catalítica en una parte superior de dicho forro externo; Estando cargada dicha por lo menos primera cama con un primer catalizador que tiene actividad predeterminada. En la descripción que se encuentra a continuación y en las Reivindicaciones subsecuentes, por el término "modernización", se entiende la modificación de un reactor preexistente con el propósito de mejorar su desempeño para obtener, por ejemplo, una capacidad de producción y/o un rendimiento de conversión comparable con la de un reactor manufacturado recientemente. En la terminología del campo, este tipo de modernización también se le conoce con los términos de retroajuste o remiendo. En la descripción que se encuentra a continuación, y en las Reivindicaciones subsecuentes, por el término "parte superior del forro exterior", se entiende el espacio dentro del forro exterior definido en su parte superior. Más en particular, la parte superior generalmente toma aproximadamente del 20 al 50% del espacio interior del forro. Por el contrario, el 50-80% restante del espacio interno del forro definido en su parte inferior se le conoce como "parte inferior". Además, en el campo, por el término "reactor de apertura completa", normalmente se entiende un reactor que comprende un forro exterior el cual está cerrado en la parte superior por una cubierta para cerrar el diámetro de el cual corresponde substancialmente al diámetro del forro exterior. De acuerdo a otro aspecto adicional del mismo la presente invención también se refiere a un reactor, así como a un proceso para llevar acabo la síntesis heterogénea exotérmica. Como ya se sabe, en el campo de la síntesis heterogénea exotérmica y, más en particular en la producción de amonio y metanol, es importante cumplir con un requerimiento doble, esto es, por una parte incrementar la capacidad de producción de los reactores de síntesis ya existentes, y por otra parte, tener una mejoría en el rendimiento de conversión y una reducción de consumo de energía.

Antecedentes del Invento. Para el propósito de cumplir con el requerimiento anterior, la mencionada técnica de modernización de reactores ya existentes se ha mantenido en aumento dentro del campo, ya que se dirige a evitar un remplazo costoso del objetivo anterior, y al mismo tiempo el rendimiento de conversión máxima y el consumo de energía mínima compatibles con el espacio de reacción disponible. Para este propósito, la solicitud de patente EP-A-0 931 586 describe un método de modernización el cual está basado en el remplazo de la cama o camas catalíticas del reactor ya existentes con nuevas camas, preferentemente del tipo radial o axial - radial. En particular, dicho método está basado en la provisión de una cama catalítica más baja dentro del forro, teniendo un volumen de reacción pequeño, el cual es cargado con un catalizador en particular que tiene una alta actividad de reacción, por ejemplo, un catalizador basado en un rotenium soportado por grafito. No obstante que el método de modernización anterior es ventajoso, para los reactores tipo kellogg o reactores de cuello de botella mencionados, no está adaptado para llevarse acabo en todos los reactores ya existentes para la síntesis heterogénea exotérmica del tipo de apertura completa. En particular, en los reactores de apertura completa, el método anterior no permite el uso de cantidades relativamente grandes de catalizador de alta actividad, limitando de este modo el rendimiento de conversión y el incremento en la capacidad que se puede lograr a través de la modernización de un reactor existente. De hecho en este caso, el método no permite una óptima utilización con un catalizador de alta actividad del espacio de reacción en la parte inferior del reactor, en donde la reacción de conversión normalmente es más difícil. Esto se debe al hecho de que la estructura y las dimensiones de las camas catalizadoras en reactores de apertura completa - los cuales normalmente tienen una proporción peso/diámetro superior a 8 (diferentes a los reactores de cuello de botella, en donde dicha proporción es de aproximadamente 4) - no son adecuados para ser cargados con un catalizador que tiene una alta actividad de reacción, requiriendo por lo tanto el uso de un catalizador de baja actividad convencional. En este aspecto, se debe observar que a diferencia de los catalizadores tradicionales, los catalizadores que tienen una alta actividad de reacción, por ejemplo del tipo basado en rutenium, son ligeros y normalmente tienen una estructura frágil, no muy resistente a tensiones mecánicas. Por lo tanto, los catalizadores de alta actividad tienden a quebrarse, perdiendo de este modo su efectividad, si son sometidos a las fuerzas de trituración generadas por la masa catalítica que se encuentra dentro de las camas antes mencionadas. Estas fuerzas se deben a las variaciones de temperatura de los gases del reactivo, así como a una consecuencia de los ciclos de calentamiento y enfriamiento a los cuales dichas camas son sometidas. Este fenómeno es particularmente evidente en la cama o camas catalíticas localizadas en el área inferior de los reactores de apertura completa.

Ya que los métodos de modernización de reactores de síntesis exotérmica heterogénea existentes de acuerdo al arte previo, no permiten explotar al máximo el potencial de catalizadores con alta actividad de reacción en reactores de apertura completa, existe la necesidad de incrementar el rendimiento de producción y la capacidad de estos reactores.

Sumario del Invento. El problema señalado en la presente invención, es proporcionar un método para modernizar un reactor de síntesis exotérmica heterogénea, que permita incrementar sensiblemente el rendimiento de conversión y la capacidad con respecto a lo que se puede lograr con los métodos de modernización de acuerdo al arte previo, con bajos costos de operación y bajo consumo de energía. El problema anterior se resuelve debido a un método del tipo antes mencionado, el cual está caracterizado por que comprende los siguientes pasos: - proporcionar una pluralidad de camas catalíticas en una parte inferior del forro, colocadas en forma paralela una con la otra; - cargar las camas catalíticas en la parte inferior del forro, con un segundo catalizador que tiene una mayor actividad que la del primer catalizador cargado en dicha por lo menos primera cama. Convenientemente, el método de acuerdo a la presente invención permite obtener un reactor considerablemente más eficiente en términos de rendimiento de conversión, y por lo tanto, un incremento en la capacidad de producción, debido a la carga de un catalizador de alta actividad en toda la parte inferior de la misma. La estructura externa del reactor permanece sin alteración. Esto se hace posible debido a la provisión de una pluralidad de camas catalíticas colocadas en forma paralela una con la otra, en la parte inferior del reactor. De esta manera, es convenientemente posible explotar al máximo el espacio de reacción definido dentro de la porción inferior del reactor, dividiéndolo en varias camas que tienen dichas dimensiones para que sean adaptadas para cubrir un catalizador de alta actividad sin dañarlo. Todo esto para obtener una ventaja completa del rendimiento de conversión y de la capacidad de producción del reactor existente. Convenientemente, las camas catalíticas que se encuentran en la parte inferior del forro, están colocadas en forma paralela para ser comparables operativamente a una sola cama grande, por ejemplo del tipo presente en los reactores que serán modernizados, pero teniendo una actividad de reacción superior y mucho menos carga en el catalizador. Además, utilizando el catalizador de alta actividad en toda la parte inferior del reactor, se permite operar a temperaturas más bajas en dicha parte comparadas con las temperaturas convencionales, ahorrando también de este modo en los costos de operación y en el consumo de energía con respecto a los métodos antes mencionados del arte previo.

Preferentemente, las camas catalizadoras que se encuentran en la parte inferior del forro, son cargadas con un catalizador basado en rutenium soportado por grafito, ya que este tipo de catalizador tiene una actividad de reacción superior y, al mismo tiempo, una larga vida de operación. De hecho, este catalizador no es propenso a desgaste y tiene una excelente resistencia a las condiciones de temperatura y presión de operación presentes dentro del reactor. Además, de acuerdo a una modalidad en particular y conveniente del presente método de modernización, se proporcionan cinco camas catalizadoras. Una primera y una segunda cama catalizadora en la parte superior del forro, y una tercera, una cuarta y una quinta cama catalizadoras colocadas en forma paralela una con la otra respectivamente, en la parte inferior del forro. De este modo, se mejora tanto la configuración quinética del reactor como el uso de los volúmenes de reacción disponible. Por la expresión: "volumen de reacción", se entiende el volumen de una cama catalítica ocupada por el catalizador, y por lo tanto, el espacio dentro de la cama en donde ocurre normalmente la reacción de síntesis. De acuerdo a un aspecto adicional de la presente invención, también se proporciona un proceso para llevar acabo síntesis heterogénea exotérmica de alto rendimiento, del tipo que comprende los pasos de: - alimentar reactivos gaseosos para un reactor de síntesis que comprende un forro que soporta una pluralidad de camas catalíticas superimpuestas en una relación de espacio reciproca; - reacción de dichos reactivos gaseosos dentro de dichas camas catalíticas; lo cual es caracterizado porque comprende adicionalmente los pasos de: - alimentar una mezcla de reacción desde por lo menos una primera cama catalítica extendida en una parte superior de dicho forro hasta una pluralidad de camas catalíticas colocadas en forma paralela una con la otra dentro de una porción inferior del forro; - circular dicha mezcla de reacción en dichas camas catalíticas en la parte inferior del forro, a través de un catalizador que tiene una mayor actividad de reacción con respecto a la actividad del catalizador cargado en dicha por lo menos primera cama catalítica; - descargar del reactor de síntesis los productos de reacción, dejando dichas camas catalíticas en la parte inferior del forro. Las características y ventajas de la presente invención se volverán claras a partir de la descripción indicativa y no limitativa de una modalidad de la presente invención la cual se encuentra a continuación y se realiza con referencia a los dibujos adjuntos.

Breve Descripción de los Dibujos. En dichos dibujos: La Figura 1 muestra una vista en sección longitudinal de un reactor de apertura completa, para llevar acabo la síntesis heterogénea exotérmica de acuerdo al arte previo; La Figura 2 muestra una vista en sección longitudinal de un reactor obtenido, modificando el reactor que se encuentra en la Figura 1 con el método de modernización de acuerdo a la presente invención.

Descripción Detallada del invento. Con referencia a la Figura 1 , el signo de referencia 1 se refiere en su totalidad a un reactor de apertura completa de acuerdo al arte previo, para llevar acabo síntesis heterogénea exotérmica a una presión y alta temperatura de (50-300 bar, 300-550°C), por ejemplo para la producción de amonia. El reactor 1 comprende una cubierta o forro tubular 2, el cual está cerrado en la parte superior por medio de una cobertura para cerrar 3 que tiene un diámetro el cual corresponde substancialmente al diámetro del forro 2. Este último está proporcionado en el extremo inferior con boquillas 4 y 5 respectivas, para la entrada de los gases de reacción y la salida de los gases reactivados. Un cartucho 6, que comprende - en ejemplo de la Figura 1 -tres camas catalíticas 7a, 7b, y 7c, superimpuestas y en una relación de espacio reciproca, es soportada de una manera conocida dentro del forro 2.

Dentro de cada cama catalítica 7a-7c, está un catalizador de hierro convencional (magnético) de granulometría pequeña (no mostrada en la Figura). Las camas catalíticas 7a y 7c están abiertas en la parte superior y están proporcionadas con paredes laterales permeables al gas, representadas por las líneas punteadas referidas con el signo de referencia 8, así como con una parte del fondo 9, la cual no es permeable al gas para permitir un cruce axial-radial de los reactivos gaseosos dentro de las camas. La parte del fondo 9, de la última cama catalítica 7c también corresponde a la parte del fondo del cartucho 6. La línea punteada mostrada en correspondencia con la parte superior de las camas catalíticas 7a -7c delimitan el nivel superior alcanzado por el catalizador que se encuentra dentro de las camas, y, junto con las paredes laterales 8 y la parte del fondo 9, definen el volumen de reacción de dichas camas. Un espacio substancialmente anular 10, se obtiene entre el cartucho 6 y el forro 2, y se extiende desde la boquilla 4 hasta la cámara de recolección 1 1 de los gases de reacción, el cual está definido entre la cubierta 3 y la parte superior del cartucho 6. El espacio 10, el cual es atravesado por los gases de reacción fríos, tiene la función de proteger el forro 2 de las altas temperaturas de reacción que se desarrollan en el interior del reactor 1 y, al mismo tiempo, precalienta los reactivos gaseosos.

Posteriormente, sé acompleta el precalentamiento de los reactivos gaseosos dentro de los dos intercambiadores de calor gas -gas 12 y 13, los cuales están soportados de manera convencional dentro de las camas catalíticas 7a y 7b respectivamente. Posteriormente, se proporciona un ducto 14 para proporcionar los reactivos gaseosos procedentes de la cámara 1 1 a la parte del fondo 13a del intercambiador de calor 13, el cual está en comunicación fluida con la entrada de la primera cama catalítica 7a a través de los tubos de los intercambiadores 13 y 12. Los intercambiadores de calor 12 y 13, están conectados recíprocamente en serie en tubo - lado, por ejemplo a través de una unión de laberinto 13b. El precalentamiento de los reactivos gaseosos se lleva acabo a través del intercambio en calor en directo con los gases calientes, dejando las camas catalíticas 7a y 7b las cuales, a su vez se enfrían.

Por el contrario, los productos de reacción que dejan la última cama catalítica 7c no son enfriados. El reactor 1 comprende adicionalmente ductos 15 y distribuidores 16, los cuales tienen una forma toroidal para la introducción de corriente ascendente de gases reactivos enfriados o "apagados" de la primera cama catalítica 7a, con el propósito de controlar la temperatura de los gases de reacción. Finalmente, se proporciona dentro del reactor 1 un ducto o múltiplo 17, el cual se extiende en forma coaxial hacía la última cama catalítica 7b, para la extracción de los productos de reacción procedentes de dicha cama catalítica y la descarga final del reactor 1 a través de la boquilla 5. En la Figura 1 , las flechas F muestran las diferentes trayectorias del gas a lo largo del espacio 10, a través de las camas 7a - 7c y los intercambiadores de calor 12-13. La Figura 2, muestra en su totalidad un reactor para síntesis heterogénea exotérmica, obtenido modificando el reactor que se encuentra en la Figura 1 , de acuerdo con el método de modernización de la presente invención. En esta Figura, los detalles del reactor 1 cuya estructura o función es equivalente a los mostrados previamente con referencia a la Figura 1 , serán descritos con los mismos signos de referencia y no serán descritos en forma adicional . La presente invención, no está limitada a la modernización de los reactores de apertura completa con cubierta para cerrar que tiene substancialmente el mismo diámetro al de él forro, pero puede ser implementado convenientemente para modernizar cualquier tipo de reactor con una o más camas catalíticas para la síntesis heterogénea exotérmica, y por lo tanto, también para modernizar "in situ" reactores del tipo kellogg o tipo de cuello de botella mencionados, esto es con una cubierta que tiene un diámetro más pequeño que el del forro. De acuerdo a un paso preliminar del método de la presente invención, al cartucho 6 del Reactor 1 se le vacía su contenido previamente, y una primera cama catalítica 18 y una segunda cama catalítica 19 - de bajo de la primera - están colocadas dentro de este en una parte superior 2a del forro 2. Las camas catalíticas 18 y 19 son equivalentes a las camas 7a y 7b del reactor de acuerdo al arte previo, el cual se encuentra en la Figura 1 . En una paso adicional del método de modernización de la presente invención , se proporciona convenientemente una pluralidad de camas catalíticas 20-22 dentro de una porción inferior 2b del forro 2, y dichas camas están colocadas en forma paralela una con la otra. Además, de acuerdo a la presente invención, un primer catalizador (no mostrado en la Figura) que tiene actividad predeterminada, es cargado dentro de la primera y segunda cama catalítica, 18 y 19 respectivamente, mientras que un segundo catalizador (no mostrado en la Figura) que tiene una actividad de reacción superior con respecto a la del primer catalizador cargado dentro de la otras camas, está cargado dentro de las camas catalíticas 20-22 que se encuentran en la parte inferior 2b del forro 2. El catalizador del primer tipo cargado en las camas 18 y 19, está elaborado, por ejemplo, de un catalizador con base de hierro convencional de granulometría pequeña (magnético), mientras que el catalizador del segundo tipo cargado en las camas catalíticas 20-22, es convenientemente un catalizador con base de rutenium, y preferentemente, un catalizador con base de rutenium soportado por grafito.

La actividad de reacción de este último catalizador, normalmente está dentro del rango de cinco a veinte veces la actividad de un catalizador basado en hierro convencional. Para este propósito, las camas 20-22 están dimensionadas de manera adecuada para cubrir el catalizador de alta actividad sin dañarlo. De acuerdo con las investigaciones llevadas a cabo por el solicitante, es preferible que la altura de dichas camas catalíticas no exceda de 4 metros, de modo que la presión o fuerza de trituración ejercida sobre el catalizador dentro de estas, permanezcan dentro de los rangos tolerables. Por ejemplo, se han logrado resultados particularmente ventajosos con las camas catalíticas 20-22 que se encuentran en la parte inferior del reactor modernizado 1 , teniendo una altura dentro del rango de 2.5 y 3.5 metros. Debido a los pasos de abastecer la parte inferior del forro con una pluralidad de camas catalíticas, y a los pasos de cargar dichas camas con un catalizador de alta actividad, es posible obtener un incremento en el rompimiento de conversión de hasta el 130%, con respecto al rendimiento que se puede lograr con el reactor que se encuentra en la Figura 1 . Además, también se pueden obtener ahorros desde el punto de vista de costo de operación y consumo de energía. Dicho incremento en el rendimiento, el cual brinda convenientemente un incremento importante en la capacidad de producción del reactor modernizado, justifica completamente los costos de inversión necesarios para llevar acabo el método de modernización de acuerdo a la presente invención , en particular el gasto por el uso de un catalizador que tiene una alta actividad de reacción, tal como el catalizador de rutenium, el cual normalmente es mucho más caro que el catalizador de baja actividad convencional. Las ventajas proporcionadas por la presente invención, se refieren principalmente al hecho de utilizar un catalizador con una alta actividad de reacción en toda la parte inferior del forro, en donde la velocidad de reacción es considerablemente más baja que la de la parte superior, debido a la provisión en dicha parte de una pluralidad de camas catalíticas dimencionadas en forma adecuada y colocadas en forma paralela una con la otra. Tal como se muestra en la Figura 2, de acuerdo a una modalidad particularmente ventajosa del método de la presente invención, se obtiene una óptima distribución de los volúmenes de reacción y, por lo tanto del catalizador (tanto del tipo convencional como del tipo de alta actividad), proporcionando dos camas catalíticas 18 y 19 en serie, en la parte superior 2a del forro y tres camas catalíticas 20-22 en forma paralela en la porción inferior 2b. En cualquier caso, el número de camas catalíticas dentro del reactor 1 puede ser diferente del que se muestra en la Figura 2, de acuerdo con las características estructurales del reactor que será modernizado y de acuerdo con las condiciones de operación. Por ejemplo, es posible proporcionar de 2 a 5 camas catalíticas en la parte inferior 2b del forro 2, cargadas con un catalizador que tiene una alta actividad de reacción. De acuerdo a una característica adicional de la presente invención, cada cama catalítica 20-22 que se encuentra en la parte inferior 2b del forro 2, está abastecida con medios - conocidos por si mismos - para obtener un flujo de gas radial o axial - radial a través de ellos. Dichos medios pueden, por ejemplo, comprender paredes permeables al gas opuestas adecuadamente perforadas 23 para la entrada y salida del gas, y una parte del fondo 24 la cual no es permeable al gas. Haciendo esto, las pérdidas de carga originadas por el flujo de la mezcla de reacción a través de las camas catalíticas 20-22, se reducen convenientemente, reduciendo de este modo también el consumo de energía y los costos de operación. Los medios de este tipo para ia realización de un flujo de gas axial - radial dentro de las camas catalíticas están descritos, por ejemplo, en la patente Norteamericana 4, 755,352, cuya descripción se incluye en la presente invención como referencia. En el caso de un flujo axial - radial a través de las camas catalíticas 20-22, es posible obtener una óptima utilización de la masa catalítica con alta actividad de reacción, de modo que todas las porciones del catalizador sean tocadas por la mezcla de reacción y ninguna de ellas permanezca sin usar, lo cual causaría una pérdida en el rendimiento de la reacción y en los costos de inversión.

Convenientemente, tal como se señala en la Figura 2, las camas catalíticas 20-22 que se encuentran en la parte inferior 2b del forro 2, comprenden superficies permeables al gas respectivas para la entrada de gases de reacción, referida por las paredes laterales permeables al gas externas 23. Las paredes 23, están en comunicación fluida con la segunda cama catalítica 19 que se encuentra en la parte superior 2b del forro 2. Además, las camas catalíticas 20-22 comprenden superficies permeables al gas respectivas para la salida de los gases de reacción, referidos por las paredes laterales permeables al gas internas 23, que están en comunicación fluida con el múltiple 17 para la salida de los gases. Además de ser extremadamente ligero y frágil, el catalizador con alta actividad de reacción, por ejemplo del tipo basado en rutenium soportado por grafito, también es muy sensible a la temperatura. De hecho, se ha observado que, a diferencia de los catalizadores convencionales con baja actividad de reacción, si el catalizador de alta actividad es calentado a temperaturas de aproximadamente 450°C durante la reacción de síntesis exotérmica, sufre daños irreversibles causados por la reacción de metanación entre el carbono de grafito y él hidrógeno presente en la mezcla de reacción. Para este propósito, en el ejemplo de la figura 2 con camas catalíticas axial - radial, se ha descubierto que es preferible cargar las camas catalíticas 20-22 que se en encuentran en la parte inferior 2b del forro 2, con el primer catalizador que tiene actividad predeterminada - por ejemplo, un catalizador basado en hierro (magnético) en una parte superior 25 de dichas camas, atravesado por los gases de reacción con un movimiento substancialmente axial, y con el segundo catalizador que tiene una mayor actividad que la del primer catalizador - por ejemplo, rutenium soportado por grafito - en la parte restante de las camas 20-22 atravesadas por los gases de reacción con un movimiento substancialmente radial. De hecho, en la parte superior de la masa catalítica atravesada por los gases de reacción con un movimiento substancialmente axial, es posible que el tiempo de residencia de dichos gases junto con ciertas condiciones de operación (por ejemplo, una presión de aproximadamente 200 bars o más) sea suficiente para realizar una elevación de la temperatura hasta aproximadamente 450°C o más. Esto causaría daños irreversibles a un catalizador con una alta actividad de reacción, causando de este modo también pérdidas en términos del rendimiento de conversión y de los costos de inversión.

Consecuentemente, contrario a lo que se podría esperar, en algunas situaciones el uso de pequeñas capas de catalizador de baja actividad convencional - por ejemplo un catalizador basado en hierro (magnético) - localizado en la parte superior 25 de las camas catalíticas 20-22, puede ser más ventajoso que cargar dichas camas únicamente con un catalizador de alta actividad. Esto se debe al hecho de que el catalizador convencional no se daña por las altas temperaturas que se pueden desarrollar en la parte axial de las camas 20-22 garantizando de este modo en todos los casos, un cierto rendimiento de conversión. Por el contrario, este problema no se presenta en la mayor parte de las camas catalíticas 20-22 que están atravesadas por la mezcla de reacción con un movimiento substancialmente radial, y por lo tanto, son cargadas convenientemente con un catalizador que tiene una alta actividad de reacción. Además, debido a la presencia de estas capas de catalizador convencional con baja actividad de reacción es posible proteger el catalizador de alta actividad caro y frágil, de posibles altas velocidades de los gases de reacción que entran a las camas catalíticas 20-22. A manera de ejemplo, las capas catalizadoras del tipo convencional con baja actividad de reacción localizadas en la parte superior 25 de las camas catalíticas 20-22, atravesadas por los gases de reacción con un movimiento substancialmente axial, pueden estar dentro del rango del 5% al 30% del peso total de dichas camas.

Los pasos del método de modernización de acuerdo a la presente invención, se pueden llevar acabo independientemente del orden en el cual estén en listados en la presente descripción y en las Reivindicaciones que se encuentran a continuación, de acuerdo con los requerimientos técnicos particulares de implementación, los cuales pueden cambiar de caso a caso. De acuerdo a un aspecto adicional de la presente invención, se puede obtener un reactor para llevar acabo síntesis heterogéneas exotérmicas mediante el método de modernización anterior, o puede ser fabricado convenientemente como una marca nueva. Hasta este punto, un reactor 1 que comprende un forro externo 2 y por lo menos una primera cama catalítica (18-19), la cual se extiende en la parte superior 2a del forro 2, está caracterizado por que comprende adicionalmente una pluralidad de camas catalíticas 20-22 colocadas en forma paralela una con la otra en una parte inferior 2b del forro 2. Las características y ventajas del reactor obtenido con el método de modernización anterior y descrito con referencia a la Figura 2, también se pueden encontrar en el reactor manufacturado recientemente, y por lo tanto, no se repetirán en la siguiente descripción. Cuando un reactor se fabrica como nuevo, como cuando se obtiene mediante la modernización de un reactor ya existente, el reactor 1 que se muestra en el ejemplo de la Figura 2, permite llevar acabo la síntesis heterogénea exotérmica con rendimiento de conversión y capacidad de producción superiores y con bajo consumo de energía, de acuerdo con el proceso que se encuentra a continuación. Los reactivos gaseosos - tales como, por ejemplo, hidrógeno y nitrógeno o metano y vapor - alimentan al reactor 1 a través de la boquilla 4, son calentados previamente en el espacio 10 y en los intercambiadores de calor 13 y 12. Posteriormente son alimentados a la primera cama catalítica 18 que comprende catalizador convencional, por ejemplo, un catalizador basado en hierro (magnético). La temperatura de los reactivos gaseosos alimentados a la primera cama catalítica 18, es controlada en los valores deseados mediante una primera parte de reactivos gaseosos enfriados o "apagados" suministrados al reactor 1 a través del distribuidor 16, y mediante una segunda parte de reactivos gaseosos fríos suministrados al reactor 1 a través del ducto 15 y precalentados en el intercambiador de calor 12. Posteriormente, la mezcla de reacción deja la cama catalítica 18, atravesada con un flujo centripetal, axial - radial, es recolectada centralmente y es alimentada - en el forro lateral - al intercambiador 12, en donde es parcialmente enfriada por el intercambio de calor en directo con el flujo de gases de reacción fríos que fluyen en el tubo lateral. La mezcla de reacción enfriada de este modo, posteriormente es suministrada a la cama catalítica 19 siguiente, la cual está cargada con un catalizador convencional, por ejemplo, un catalizador basado en hierro (magnético). Una segunda mezcla de reacción deja la cama catalítica 13, cruzada con un flujo axial -radial centripetal. Dicha mezcla de reacción es enriquecida con productos de reacción, y es alimentada en el forro lateral - al intercambiador 13, en donde es parcialmente enfriada por intercambio de calor en directo con el flujo de gases de reacción fríos que fluyen en el tubo lateral.

Convenientemente, la mezcla de reacción enfriada de este modo, después es alimentada en forma simultanea a las camas catalíticas 20-22, las cuales están colocadas en forma paralela en la parte inferior 2b del forro 2. De acuerdo con la presente invención, las camas catalíticas 20-22 están cargadas con un catalizador que tiene una alta actividad de reacción, preferentemente un catalizador basado en rutenium soportado por grafito. Debido a la presencia de un catalizador de alta actividad en las camas catalíticas 20-22, es convenientemente posible operar de manera correcta con temperaturas de reacción comparativamente bajas, menores a la de mezcla de reacción que entra a las camas catalíticas 18 y 19 anteriores, ahorrando de este modo los costos de operación y consumo de energía. Finalmente, la mezcla de reacción final emerge de las camas catalíticas 20-22, atravesadas con un flujo axial - radial centripetal. Dicha mezcla de reacción final es recolectada en él múltiple central 17, antes de ser descargada definitivamente del reactor 1 a través de la boquilla 5. De acuerdo a una modalidad preferida, el proceso de acuerdo a la presente invención comprende adicionalmente el paso de elaborar una primera parte de la mezcla de reacción para fluir en una parte superior 25 de las camas catalíticas 20-22, que se encuentran en la parte inferior del forro con un movimiento substancialmente axial a través de un primer catalizador que tiene una actividad predeterminada, y una segunda parte de la mezcla de reacción a través de la parte restante de dichas camas 20-22, con un movimiento substancialmente radial a través de un segundo catalizador que tiene una mayor actividad que la del primer catalizador.

Las varias ventajas que resultan de la presente invención, son inmediatamente evidentes a partir de la descripción anterior; en particular, es posible incrementar considerablemente el rendimiento de conversión y la capacidad de producción de un reactor ya existente, disminuyendo al mismo tiempo tanto los costos de operación como el consumo de energía.

Claims (13)

R E I V I N D I C A C I O N E S Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguiente REIVINDICACIONES:

1 .- Método de modernización "in situ" de un reactor de síntesis exotérmica heterogénea, que incluye un forro exterior que comprende una pluralidad de camas catalíticas superimpuestas en una relación de espacio reciproca, comprendiendo dicho método el paso preliminar de: - proporcionar por lo menos una primera cama catalítica en una parte superior de dicho forro; estando cargada dicha por lo menos primera cama con un primer catalizador que tiene actividad predeterminada, caracterizado además por que comprende adicionalmente los siguientes pasos: - proporcionar una pluralidad de camas catalíticas en una porción inferior del forro, colocada en forma paralela una con la otra; - cargar dichas camas catalíticas que se encuentran en la parte inferior del forro, con un segundo catalizador que tiene una mayor actividad que la del primer catalizador cargado en dicha por lo menos primera cama;

2.- El método tal como se describe en la Reivindicación 1 , caracterizado además por el hecho de cargar dichas camas catalíticas en dicha parte inferior del forro, con un catalizador basado en rutenium soportado por grafito.

3.- El método tal como se describe en la Reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente el paso de: - abastecer dichas camas catalíticas que se encuentran en la parte inferior del forro, con medios para alimentarlas con un flujo radial o axial - radial de gases de reacción.

4.- El método tal como se describe en la Reivindicación 3, caracterizado además por el hecho de cargar dichas camas catalíticas que se encuentran en la parte inferior del forro, con dicho primer catalizador que tiene actividad predeterminada en una parte superior de la misma, atravesadas por los gases de reacción con un movimiento substancialmente axial, y con dicho segundo catalizador que tiene una mayor actividad que la del primer catalizador que se encuentra en la parte restante de las camas atravesadas por los reactivos gaseosos con un flujo substancialmente radial.

5.- El método tal como se describe en la Reivindicación 1 , caracterizado además por que dichas camas catalíticas que se encuentran en la parte inferior del forro, comprenden una superficie permeable al gas para la entrada de gases de reacción, la cual está en comunicación fluida con dicha por lo menos primera cama catalítica que se encuentra en la parte superior del forro, y una superficie permeable al gas para la salida de los gases reactivados, la cual está en comunicación fluida con un múltiple de salida de gas igual .

6.- El método tal como se describe en la Reivindicación 1 , caracterizado además por el hecho de proporcionar cinco camas catalíticas, una primera y una segunda cama catalítica en dicha parte superior del forro, y una tercera, una cuarta y una quinta cama catalítica colocadas en forma paralela una con la otra, en dicha parte inferior del forro, respectivamente.

7.- Un reactor para llevar a cabo síntesis heterogéneas exotérmicas, del tipo que comprende: - un forro exterior; - por lo menos una primera cama catalítica que se extiende en una parte superior de dicho forro; caracterizado además porque comprende adicionalmente una pluralidad de camas colocadas en forma paralela una con la otra en una parte inferior del forro.

8.- El reactor tal como se describe en la Reivindicación 7, caracterizado además porque dichas camas catalíticas que se encuentran en la parte inferior del forro, están abastecidas con paredes permeables al gas verticales opuestas para la entrada y salida de gases.

9.- El reactor tal como se describe en la Reivindicación 7, caracterizado además porque dichas camas catalíticas que se encuentran en la parte inferior del forro, comprenden una superficie permeable al gas para la entrada de gases de reacción, en comunicación fluida con dicha por lo menos primera cama catalítica que se encuentra en la parte superior del forro, y una superficie permeable al gas para la salida de los gases reactivados en comunicación fluida con un distribuidor de salida de gas igual.

10.- El reactor tal como se describe en la Reivindicación 7, caracterizado además porque comprende cinco camas catalíticas, una primera y una segunda cama catalítica en dicha parte superior del forro, y una tercera, una cuarta y una quinta cama catalítica colocadas respectivamente en forma paralela una con la otra en dicha parte inferior del forro.

1 1 .- Un proceso para llevar acabo síntesis heterogénea exotérmica de alto rendimiento, del tipo que comprende los pasos de: - alimentación de reactivos gaseosos a un reactor de síntesis que comprende un forro que soporta una pluralidad de camas catalíticas superimpuestas en una relación de espacio reciproca; - reacción de dichos reactivos gaseosos en dichas camas catalíticas; el cual está caracterizado además porque comprende adicionalmente los pasos de: - alimentar una mezcla de reacción desde por lo menos una primera cama catalítica que se extiende en una parte superior de dicho forro hasta una pluralidad de camas catalíticas, colocadas en forma paralela una con la otra en una parte inferior del forro; - circular dicha mezcla de reacción en dichas camas catalíticas que se encuentran en la parte inferior del forro, a través de un catalizador que tiene una mayor actividad de reacción con respecto a la actividad del catalizador cargado en dicha por lo menos primera cama catalítica; - descargar del reactor de síntesis los productos de reacción, dejando dichas camas catalíticas en la parte inferior del forro.

12.- El proceso tal como se describe en la Reivindicación 1 1 , caracterizado además porque dicha mezcla de reacción es elaborada para fluir en dichas camas catalíticas que se encuentran en la parte inferior del forro a través de una masa catalítica basada en rutenium soportado por grafito.

13.- El proceso tal como se describe en la Reivindicación 1 1 , caracterizado además porque comprende el paso de elaborar una primera parte de dicha mezcla de reacción, para fluir en una parte superior de dichas camas catalíticas que se encuentran en la parte inferior del forro, con un movimiento substancialmente axial a través de un primer catalizador que tiene una actividad predeterminada, y una segunda parte de dicha mezcla de reacción para fluir a través de la parte restante de dichas camas, con un movimiento substancialmente radial a través de un segundo catalizador que tiene una mayor actividad que la del primer catalizador. R E S U M E N Un método de modernización "in situ" de un reactor de síntesis exotérmica heterogénea, que comprende el método de colocar por lo menos una primera cama catalítica en una parte superior del reactor, se distingue por el hecho de proporcionar adicionalmente una pluralidad de camas catalíticas colocadas en una parte inferior del reactor, en forma paralela una con la otra, y por el hecho de cargar dichas camas catalíticas en la parte inferior del reactor con un catalizador que tiene una mayor actividad que la del catalizador cargado en la primera cama catalítica. Debido a los pasos anteriores, el método de la presente invención permite obtener un reactor teniendo un rendimiento de conversión y una capacidad de producción superiores.