MXPA05004010A - Metodo para realizar reacciones de oxidacion fuertemente exotermicas en condiciones pseudoisotermicas. - Google Patents

Abstract

Un metodo y aparato para la realizacion de reacciones catalizadas altamente exotermicas, como las llamadas reacciones de oxidacion, en condiciones pseudo-isotermicas, por ejemplo la reaccion para producir acido nitrico y la reaccion para producir formaldehido. Al menos parte del flujo continuo de reactivos es alimentado en diferentes puntos del lecho catalitico correspondiente a etapas sucesivas diferentes de la reaccion.

Description

MÉTODO PARA REALIZAR REACCIONES DE OXIDACIÓN FUERTEMENTE EXOTÉRMICAS EN CONDICIONES PSEUDO-ISOTÉRMICAS.

DESCRIPCIÓN Campo de la Invención En sus aspectos más amplios la presente invención se refiere a un método para la realización de reacciones químicas exotérmicas en condiciones pseudo-¡sotérmicas.

En el resto de la descripción y en las reivindicaciones subsiguientes, con el término condiciones pseudo-isotérmicas, queremos indicar aquellas condiciones en las cuales la temperatura de reacción es controlada dentro de un rango de valores limitado en tomo a un valor óptimo predeterminado.

En lo particular, esta invención se relaciona con un método para la realización, en condiciones pseudo-isotérmicas, reacciones catalizadas altamente exotérmicas, como son las reacciones oxidantes, por ejemplo oxidación de amoníaco para producir ácido nítrico y oxidación de metanol para producir formaldehído.

La invención presente también se refiere a un aparato para la realización del método antes mencionado.

Arte Previo Respecto de las reacciones de oxidación altamente exotérmicas es bien conocido que para poder evitar condiciones de operación claramente peligrosas, se requiere el control de una o más variables operativas, como la temperatura de reacción y la concentración de por lo menos un reactivo.

Por lo tanto, por ejemplo, en la producción de formaldehído a través de la oxidación de metanol, la alta concentración de los reactivos y la alta exotérmicidad de la reacción rápidamente conduce a operaciones en condiciones explosivas; y de aquí surge la necesidad de controlar de manera estricta, ambas la concentración de los reactivos y la temperatura de la reacción por debajo de valores bien determinados.

Además, cuando la temperatura de la reacción y la concentración de los reactivos exceden tales valores, pueden ocurrir los fenómenos de "envenenamiento" y la degeneración del catalizador, con la consecuente inevitable reducción en el rendimiento. Este es el caso de la oxidación de amoniaco para producir ácido nítrico, cuando el catalizador con base en Co304 sufre una reducción rápida a CoO, justo cuando la concentración del reactivo excede un umbral predeterminado a una temperatura predeterminada.

Para controlar la temperatura y la concentración de los reactivos, se ha sugerido la realización de reacciones del tipo considerado en reactores de lecho fluidizado.

Este tipo de reactor, sin embargo, sufre muchas desventajas reconocidas, tales como el consumo excesivo de energía causado por la necesidad de alimentar grandes cantidades de aire para poder mantener la concentración de amoniaco por debajo del umbral de explosión, complejidad constructiva mayor con respecto de reactores de lecho fijo y problemas de recuperación de polvo.

Además, el catalizador en movimiento dentro de dicho lecho fluidizado realiza una reacción corrosiva en las paredes de los reactores mismos.

Sumario de la Invención El problema técnico subyacente de la presente invención es el de suministrar un método para la realización de reacciones altamente exotérmicas, en condiciones pseudo-isotérmicas, entre reactivos alimentados en flujo continuo a un lecho catalítico predeterminado, capaz de superar las desventajas antes mencionadas respecto del arte previo. En otras palabras, para operar por debajo de los límites de explosividad de las mezclas de los reactivos y de los productos de reacción y para promover una vida más larga al catalizador.

El problema técnico antes mencionado se resuelve, según la presente invención, mediante un método caracterizado porque por lo menos parte de dicho flujo continuo de los reactivos se alimenta en diferentes puntos de dicho lecho catalítico que corresponden a etapas sucesivas diferentes de la reacción, a diferentes temperaturas y caudales de flujo predeterminados, cuando la concentración de los reactivos es baja.

En el caso no limitativo del uso del reactor pseudo-isotérmicos con un eje vertical, con un lecho catalítico cruzado axialmente por los reactivos, las etapas sucesivas de la reacción son definidas a diferentes alturas respectivas en el lecho catalítico, en la cual los reactivos son alimentados a un caudal de flujo y temperaturas predeterminados.

Las características y ventajas del método de la presente invención se evidencian con la siguiente descripción de un ejemplo de una modalidad del mismo, que se hace con referencia a las figuras anexas presentadas para propósitos indicativos y no limitativos.

Breve descripción de los dibujos La Fig. 1 muestra esquemáticamente un reactor químico para la realización de un método de acuerdo con la invención; La Fig. 2 muestra esquemáticamente, una perspectiva en detalle de un reactor de la Fig. 1.

Descripción detallada de la invención Con referencia a la Fig. 1 , un reactor químico, con un eje vertical, utilizado para realizar reacciones altamente exotérmicas, por ejemplo y preferiblemente reacciones oxidantes como la oxidación de amoníaco para producir ácido nítrico, es indicado de manera global y esquemática con 1 .

Tal reactor 1 comprende una carcaza cilindrica 2, placas de extremo opuestas, inferior 3 y superior 4. La placa de extremo superior 4 esta equipada con un acceso 5, mientras que la placa de extremo inferior 3 esta equipada con una apertura 6 para la descarga de los productos de la reacción.

En tal carcaza 2 se define una zona de reacción 7, representativamente situada entre una línea inferior 8 y una línea superior 9, para recibir un lecho catalítico predeterminado (L), con la intención de ser cruzado de manera axial por los gases reactivos y por los productos de la reacción.

El lecho catalítico (L) esta soportado de una manera conocida y por lo tanto no esta representado.

En el lecho catalítico (L) están inmersos y soportados una pluralidad de intercambiadores de calor 10 y una correspondiente pluralidad de dispositivos de distribución-suministro 12; tales intercambiadores de calor 10 son de forma de placa, rectangular, preferiblemente dispuestos radialmente, en muchas filas concéntricas y coaxiales a dicha carcaza y con lados largos 1 1 paralelos al eje de la carcaza misma.

De conformidad con una característica de la presente invención, y de acuerdo con una modalidad preferida, con cada intercambiador 10 se asocia, en particular se fija, un copie o conjunto de suministro y distribución 12, para el cuál se constituye un soporte apropiado, como se aclarará con el resto de la descripción.

En particular, con referencia a la Fig. 2, cada intercambiador de calor 10 comprende una pared 27 y una pared 28, yuxtapuestas, unidas en su perímetro, por ejemplo a través de soldadura apropiada, en una relación distanciada mutuamente, como para formar una primera cámara 18 entre las mismas.

Cerca del lado 1 1 de dicho intercambiador 1 y por medio de una línea de soldadura 25, entre dichas paredes 27 y 28 también se define una segunda cámara 19 teniendo una porción 32 paralela a dicho lado 1 1 y una porción 33 perpendicular al mismo, separada con aislamiento de liquido de dicha primera cámara 18.

La cámara 18 esta equipada con un adaptador de entrada 29, y con un adaptador de salida 31 , mientras que la cámara 19 solo comprende un adaptador de entrada 34.

Dos depósitos cárter con forma de cajón 20 y 22 están fijados a la pared 27 de cada intercambiador de calor 10, que se extienden perpendicularmente a dicho lado 1 por todo el ancho del respectivo intercambiador de calor 10.

Los cárteres 20 y 22 con la pared 27 definen respectivos conductos 21 y 23, en comunicación de líquido (fluida), en un lado, con dicha segunda cámara 19 a través de las aperturas 36 y 37, formadas en la pared 27 y, en el otro lado, con la parte exterior del ¡ntercambiador 10, y por lo tanto con el lecho catalítico (L) en el cual dicho intercambiador 10 esta inmerso, a través de una pluralidad de aperturas 26, formada en los cárteres mismos.

Preferiblemente, tales aperturas 26 son arregladas, en alineamientos rectilíneos, que se extienden longitudinalmente en los respectivos cárteres (20 y 22), Los cárteres 20 y 22, soportados por el intercambiador respectivo 10, esencialmente constituyen un dispositivo de distribución y suministro 12 para un líquido predeterminado, alimentado a tales cárteres a través de la cámara 18.

La pluralidad de intercambiadores 10 con los dispositivos de distribución y suministro relativos, 12, constituyen, de acuerdo con la invención presente, un aparato apropiado para controlar la temperatura y la concentración de los reactivos en el lecho catalítico (L), como llegará a ser evidente en el resto de la descripción.

El reactor 1 también comprende: Conductos de alimentación (13 y 14) para los productos de reacción que están en comunicación líquida con la cámara 18 y 19 respectivamente de cada intercambiador 10, a través de un sistema que incluye conductos (15 y 16) y adaptadores respectivos (30 y 35), Ductos colectores 17 para los productos de reacción, los cuales están en comunicación fluida en un lado con los adaptadores de salida 31 de cada intercambiador, y en el otro lado, con un ducto central 24provisto axialmente en el reactor.

Con referencia al aparato antes mencionado, en seguida se describe el método de la presente invención para la realización de reacciones de oxidación altamente exotérmicas en condiciones pseudo-isotérmicas, a través de un control simultáneo de la temperatura de la reacción y de la concentración de reactivos en torno de valores predeterminados respectivos.

Un flujo de reactivos, por ejemplo amoníaco y oxígeno para la producción de ácido nítrico, es alimentado continuamente al reactor 1 , y es separado en dos partes a su entrada.

Una primara parte o parte principal de dicho flujo es precalentada a la más apropiada temperatura para provocar la reacción deseada (oxidación de amoníaco) a través del intercambio de calor con el lecho catalítico (L); para tal propósito y en el caso específico ilustrado, dicha parte principal del flujo de reactivos se divide, a través del distribuidor 12, entre todos estos conductos 15 - acoplamientos 30, para la alimentación de las cámaras 18 de todos los intercambiadores 10.

Saliendo de la pluralidad de intercambiadores 10, los reactivos de esta manera son precalentados y recolectados por los colectores 20, los cuales los conducen a la parte inferior del conducto central 24. Saliendo desde el extremo superior de tal conducto 24, los reactivos precalentados son distribuidos por encima del lecho catalítico (L) que al cruzar inician la reacción oxidante altamente exotérmica deseada.

Una segunda parte de tal flujo de los reactivos, o el flujo de control, se divide entre todas las cámaras 18 de la pluralidad de intercambiadores 10, desde cada de uno de los cuales se alimenta a los respectivos dispositivos de distribución y suministro 19, 20.

Como se describe anteriormente, dichos dispositivos de distribución suministro 19, 20 están posicionados en la masa catalítica del lecho (L), en las alturas estrictamente correspondientes a las etapas de la reacción que tienen lugar respectivamente, con lo cual se prevé el control de la concentración y temperatura de los reactivos.

De acuerdo con la presente invención tal control es sustancialmente posible mediante la inyección en puntos predeterminados del lecho catalítico de un flujo fresco de reactivos, la concentración de los cuales se regula continuamente ajusfando de manera apropiada y con un caudal de flujo conocido per se de la segunda parte de dicho flujo de reactivos.

Los productos de la reacción se descargan desde el reactor 1 a través de la apertura 6.

La invención de esa manera concebida es susceptible a variantes y modificaciones, todos las cuales están cubiertas por el alcance de la protección de la presente invención definida por las siguientes reivindicaciones.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1 . Un método para realizar reacciones de oxidación altamente exotérmicas en condiciones pseudo-isotérmicas, entre reactivos alimentados en flujo continuo a un lecho catalítico predeterminado, caracterizado en que por lo menos una parte de dicho flujo continuo de reactivos es alimentado en puntos diferentes de dicho lecho catalítico correspondientes a diferentes etapas sucesivas de la reacción, a diferentes respectivas temperaturas y caudales de flujo predeterminados.

2. Un método para realizar reacciones de oxidación altamente exotérmicas en condiciones pseudo-isotérmicas, entre reactivos alimentados en flujo continuo a un lecho catalítico predeterminado, (L), en el cual están inmersos y soportados una pluralidad de intercambiadores de calor (10) , caracterizado en que: - una pluralidad de dispositivos de distribución y suministro (20, 22) están posicionados en dicho lecho catalítico (L), en diferentes puntos del mismo estrictamente correspondientes a diferentes etapas predeterminadas de dicha reacción de oxidación; - dicho flujo continuo de reactivos se divide en una primera parte o flujo principal y una segunda parte o flujo de control con una temperatura y caudal de flujo predeterminados; - dicha primera parte o flujo principal se precalienta a través del intercambio de calor con dicho lecho catalítico (L), alimentándolo a través de dicha pluralidad de intercambiadores (10); dicho flujo principal de reactivos precalentados se recupera y se alimenta continuamente a dicho lecho catalítico (L); y dicha segunda parte o flujo de control es alimentada a dicha pluralidad de dispositivos de distribución y suministro (20, 22) para inyectar al lecho catalítico (L) flujos frescos respectivos de reactivos a una temperatura y caudal de flujo predeterminados.

3. Un aparato para realizar una reacción de oxidación altamente exotérmica en condiciones pseudo-isotérmicas de conformidad con el método de las reivindicaciones 1 y 2, comprendiendo una pluralidad de intercambiadores de calor (10), caracterizado en que con cada uno de dichos intercambiadores se asocia por lo menos un dispositivo de distribución y suministro (20, 22) apropiado para la alimentación continua de un flujo de reactivos a una temperatura y caudal de flujo predeterminados.

4. Un aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado en que dicho por lo menos un dispositivo de distribución y suministro (20, 22) está soportado fijamente en dicho intercambiador de calor respectivo (10).

5. Un aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado en que dicho intercambiador de calor (10) tiene configuración de placa y sustancialmente rectangular, dentro de cual se definen una primera cámara (18), orientada para ser cruzada por un flujo respectivo de reactivos a ser precalentados, y una segunda cámara (19), separada y aislada de dicha primera cámara (18) y en comunicación líquida con dicho por lo menos uno de tales dispositivos de distribución y suministro (20, 22).

6. Un aparato de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado en que dicho dispositivo de distribución y suministro (20, 22) comprende un cárter fijado a la pared del respectivo intercambiador de calor de configuración de placa, con el cual define sustancialmente un conducto en comunicación líquida, por una parte, con dicha segunda cámara (19) del intercambiador (10) y, por el otro lado, con la parte externa del intercambiador (10) mismo, a través de una pluralidad de aperturas formadas en dicho cárter.

7. Un reactor para realizar reacciones de oxidación altamente exotérmicas en condiciones pseudo-isotérmicas, que comprende una carcaza en la cual se define una zona de reacción ocupando por lo menos parcialmente un lecho catalítico (L), caracterizado en que comprende un aparato de conformidad con las reivindicaciones 3 a 6, inmerso en dicho lecho catalítico (L).