MXPA06012115A

MXPA06012115A - Reactor tipo placa con una estructura catalitica removible.

Info

Publication number: MXPA06012115A
Application number: MXPA06012115A
Authority: MX
Inventors: Michael Joseph Bowe
Original assignee: Compactgtl Plc
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2007-03-30
Also published as: CA2563852A1; CN1997447A; EP1737568A1; BRPI0510087A; JP2007533444A; RU2006140813A; GB0408896D0; US20050234138A1; AU2005234981A1; KR20070008648A; TW200539943A; NO20064725L; US7235218B2; WO2005102511A1

Abstract

Un reactor catalitico compacto comprende una pila de placas (72, 74, 75) para definir una pluralidad de primeros y segundos canales de flujo acomodados alternadamente en la pila; cada canal de flujo en el cual se efectua una reaccion quimica esta definido por canales de lado a lado, rectos a traves de al menos una placa, cada canal de lado a lado, recto contiene una estructura catalitica permeable al gas, removible (80) que incorpora un sustrato metalico. Los primeros canales de flujo (76) estan orientados en una direccion que es perpendicular a la de los segundos canales de flujo (77), y entre los segundos canales de flujo sucesivos en la pila, el reactor define al menos tres primeros canales de flujo uno junto al otro (76); y el reactor incorpora los medios de desviacion de flujo (80; 88) de modo tal que el primer fluido debe fluir a traves de al menos tres primeros canales de flujo (76) en sucesion, fluyendo desde una entrada hacia una salida. Todas las trayectorias de flujo por lo tanto pueden ser aproximadamente a favor de la corriente o contra la corriente.

Description

REACTOR TIPO PLACA CON UNA ESTRUCTURA CATALÍTICA REMOVIBLE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un reactor catalítico, adecuado para usarse en un proceso químico para convertir gas natural en hidrocarburos de cadena larga, y a una planta que incluye tales reactores catalíticos para llevar a cabo el proceso. En las . patentes mundiales WO 01/51194 y WO 03/048034 (Accentus pie) se describe un proceso en el cual se hace reaccionar metano con vapor, para generar monóxido de carbono e hidrógeno en un primer reactor catalítico; la mezcla de gas resultante luego se usa para efectuar la síntesis de Fischer-Tropsch en un segundo reactor catalítico. El resultado global es convertir metano en hidrocarburos de mayor peso molecular, los cuales comúnmente son líquidos o cerosos en condiciones ambientales. Las dos etapas del proceso, reformación de vapor/metano y síntesis de Fischer-Tropsch, requieren catalizadores diferentes, y se describen los reactores catalíticos para cada etapa. Los reactores catalíticos son capaces de calentarse para ser transferidos hacia o desde los gases de reacción, respectivamente, ya que las reacciones son endotérmicas y exotérmicas, respectivamente. Los reactores para las dos etapas diferentes pueden cumplir algunos requerimientos algo diferentes: la síntesis de Fischer-Tropsch se efectúa comúnmente a una mayor presión pero a una menor temperatura que la de reformación de vapor/metano; y en .los canales de transferencia de calor del reactor Fischer-Tropsch solamente se requiere un fluido refrigerante, mientras que el calor requerido para la reformación de vapor/metano típicamente se podría proporcionar mediante combustión, y se requeriría un catalizador adecuado. De acuerdo a la presente invención, se proporciona un reactor catalítico compacto que comprende una pluralidad de hojas metálicas, acomodadas como una pila y unidas entre sí, la pila define una pluralidad de primeros canales de flujo para un primer fluido, que se alternan en la pila con una pluralidad de segundos canales de flujo para un segundo fluido, con el fin de asegurar un buen contacto térmico entre el primero y el segundo fluidos, cada canal de flujo está definido entre un respectivo par de hojas adyacentes; cada canal de flujo en el cual se va a realizar una reacción química se extiende de manera recta a través de la pila y contiene una estructura catalítica permeable al gas, removible, que incorpora un sustrato metálico; y una entrada y una salida para el primer fluido; los primeros canales de flujo están orientados en una dirección que es perpendicular a la de los segundos canales de flujo; entre los sucesivos segundos canales de flujo en la pila, el reactor define al menos tres primeros canales de flujo, uno junto al otro; y el reactor incorpora un medio de desviación de flujo de tal modo que el primer fluido debe fluir a través de al menos tres primeros canales de flujo en sucesión, fluyendo desde la entrada hacia la salida. En una modalidad, el medio de desviación de flujo comprende colectores acoplados a superficies opuestas de la pila. Alternativa o adicionalmente, el medio de desviación de flujo puede comprender la unión de las trayectorias de flujo que proporciona comunicación entre las porciones extremas de los primeros canales de flujo, uno al lado del otro, sucesivos, la unión de las trayectorias de flujo proporciona flujo en una dirección generalmente paralela a la orientación de los segundos canales de flujo. Estas uniones de las trayectorias de flujo pueden definirse por orificios o aberturas, o por medios que definen la unión de segmentos de flujo. En donde se proporciona comunicación entre porciones extremas de los primeros canales de flujo, uno al lado del otro, sucesivos, mediante la unión de las trayectorias de flujo, no es necesario algún flujo a través de los colectores para enlazar los primeros canales de flujo sucesivos. En cada caso, el patrón global de flujo es de un flujo en zigzag o serpentino que es al menos parcialmente en contra de la corriente o a favor de la corriente con respecto al flujo en los segundos canales de flujo. Esto puede mejorar la transferencia de calor entre los primeros y los segundos canales de flujo de gas. El reactor puede comprender una pila de placas planas con los primeros y los segundos canales de flujo definidos por muescas en las placas. Alternativamente, los canales de flujo pueden estar definidos por hojas metálicas delgadas que están almenadas y apiladas alternadamente con hojas planas; los bordes de los canales de flujo pueden estar definidos por tiras de sellado. Para asegurar el buen contacto térmico requerido, tanto los primeros como los segundos canales de flujo de gas pueden tener entre 10 mm y 2 mm de profundidad, preferentemente menos de ß mm de profundidad, más preferentemente en el intervalo de 2 mm a 5 mm. La pila de placas que forman el módulo reactor se une conjuntamente por ejemplo mediante unión por difusión, soldadura con latón, o prensado isostático en caliente. El material del que está fabricado el reactor dependerá de la temperatura de operación, y de los gases a los que se exponga. Por ejemplo, en el caso de un reactor para reformación de vapor, los metales adecuados son aleaciones de hierro/níquel/cromo para uso a alta temperatura, tales como Haynes HR-120 o Inconel 800HT (marcas registradas) , o materiales similares .

Si los primeros canales de flujo están definidos por muescas en las placas respectivas, estas muescas están separadas por bordes, entonces las ranuras u orificios pueden estar definidos a través de los bordes cerca del extremo de cada muesca con el fin de definir trayectorias de flujo de unión entre las muescas adyacentes. La estructura catalítica de preferencia tiene un sustrato metálico para proporcionar resistencia y para mejorar la transferencia térmica dentro de la estructura catalítica por conducción para prevenir problemas. Comúnmente el sustrato metálico estaría cubierto con un recubrimiento cerámico en el cual se incorpora un material catalítico activo. Preferentemente, el sustrato metálico para la estructura catalítica es una aleación de acero que forma un recubrimiento superficial adherente de óxido de aluminio cuando se calienta, por ejemplo un acero ferrítico que lleva aluminio (por ejemplo Fecralloy ÍMR) ) . Cuando este metal se calienta en el aire, forma un recubrimiento óxido adherente de alúmina, que protege a la aleación contra la posterior oxidación y contra la corrosión. Si el recubrimiento cerámico es de alúmina, éste parece unirse al recubrimiento de óxido sobre la superficie. De preferencia, cada estructura catalítica está conformada para subdividir el canal de flujo en una pluralidad de subcanales de flujo paralelos, con material catalítico sobre las superficies dentro de cada subcanal de este tipo. El sustrato puede ser un papel de aluminio, una malla de alambre o una hoja de fieltro, el cual puede estar corrugado, con depresiones o plisado; el sustrato preferido es un papel de aluminio metálico delgado, por ejemplo de espesor menor a 100 µm. Por lo tanto, en una modalidad, la estructura catalítica incorpora un papel de aluminio metálico corrugado. La estructura catalítica no es estructural, es decir no contribuye significativamente a la resistencia mecánica del reactor, de modo que tal estructura catalítica puede estar insertada en cada canal de flujo, con un catalizador adecuado para la reacción correspondiente. Las estructuras catalíticas son removibles desde los canales en el reactor, de modo que pueden ser reemplazadas si el catalizador se llega a agotar. Los reactores adecuados para la reacción de reformación de vapor/metano o para la síntesis de Fischer-Tropsch se pueden construir de acuerdo con la invención. En consecuencia, una planta para procesamiento de gas natural, para obtener hidrocarburos de cadena larga puede incluir un reactor de reformación de vapor/metano de la invención, para hacer reaccionar el metano con vapor con el fin de formar gas de síntesis, y también un reactor de Fischer-Tropsch de la invención para generar hidrocarburos de cadena larga. En el reactor de reformación de vapor/metano, tanto los primeros como los segundos canales de flujo de gas preferentemente tienen una profundidad menor a 5 mm, más preferentemente una profundidad menor a 3 mm; en el caso del reactor de Fischer-Tropsch los canales para la reacción preferentemente tienen una profundidad menor a 10 mm. Los reactores de este tipo proporcionan longitudes cortas de trayectoria de difusión, de manera que las velocidades de transferencia de calor y de masa pueden ser altas, y por ello las velocidades de las reacciones químicas pueden ser altas también. Tal reactor por lo tanto puede proporcionar una gran densidad de potencia. En cada caso, las direcciones del flujo preferentemente son al menos parcialmente a favor de la corriente. En el caso de un reactor para la reformación de vapor/metano, se prefiere tener la temperatura máxima en la salida de los canales de reformación, y esto se logra más fácilmente con el flujo a favor de la corriente. Con un reactor de Fischer-Tropsch es preferible tener el refrigerante más caliente adyacente a la salida de los canales de Fischer-Tropsch, para suprimir el depósito de cera, de manera que se prefiere nuevamente el flujo a favor de la corriente. Preferentemente, los medios de desviación de flujo son tales que el primer fluido debe fluir a través de no más de diez primeros canales de flujo en sucesión, por ejemplo cinco canales de flujo en sucesión.

Ahora la invención se describirá adicionalmente y de manera más particular, a manera de ejemplo solamente, y con referencia a los dibujos anexos, en los cuales: La figura 1 muestra un diagrama de flujo de una planta química que incluye reactores de la invención; La figura 2 muestra una vista seccional de un reactor adecuado para la reformación de vapor/metano; La figura 3 muestra una vista en planta de parte del reactor de la figura 2, mostrado parcialmente en despiece; La figura 3a muestra a una escala mayor, parte del reactor de la figura 2; y La figura 4 muestra una vista en planta diagramática de un reactor adecuado para la síntesis de Fischer-Tropsch. La invención es de importancia para un proceso químico para convertir gas natural (principalmente metano) en hidrocarburos de cadena larga. La primera etapa de este proceso implica la reformación de vapor, es decir mezclar el gas natural con vapor, de modo que éste sufre una reacción del tipo: H20 + CH4 - CO + 3 H2 Esta reacción es endotérmica, y puede ser catalizada por un catalizador de rodio o de platino/rodio en un primer canal de flujo de gas. El calor requerido para provocar esta reacción puede proporcionarse por la combustión de un gas inflamable tal como metano o hidrógeno, el cual es exotérmico y puede ser catalizado por un catalizador de paladio en un segundo canal de flujo de gas adyacente. En ambos casos, el catalizador está preferentemente sobre un soporte de alúmina estabilizada que forma un recubrimiento típicamente con espesor menor de 100 µm sobre el sustrato metálico. La reacción de combustión puede efectuarse a presión atmosférica, pero la reacción de reformación puede efectuarse entre 4 y 5 atmósferas. El calor generado por la combustión se conduciría a través de la hoja metálica, separando los canales adyacentes. La mezcla de gas producida por la reformación de vapor/metano después se utiliza para realizar una síntesis de Fischer-Tropsch con el fin de generar un hidrocarburo de cadena larga, es decir: n CO + 2n H2 - (CH2)n + n H20 la cual es una reacción exotérmica, y sucede a una temperatura elevada, típicamente entre 190°C y 280°C, por ejemplo 210 °C, y a una presión elevada típicamente entre 1.8 MPa y 2.1 MPa (valores absolutos), por ejemplo 2.0 MPa, en presencia de un catalizador tal como hierro, cobalto o magnetita fundida, con un promotor de potasio. El catalizador preferido para la síntesis de Fischer-Tropsch comprende un recubrimiento de gamma-alúmina de área superficial específica de 140-230 m2/g con aproximadamente 10-40% de cobalto (en peso comparado a la alúmina) , y con un promotor tal como rutenio, platino o gadolinio que es menor al 10% del peso del cobalto. Haciendo referencia ahora a la figura 1, el proceso químico global se muestra como un diagrama de flujo en el cual se presentan los componentes de la planta. La alimentación de gas natural 5 consiste principalmente de metano, en este ejemplo, un porcentaje de hidrocarburos superiores C2 a Cu. Típicamente estos hidrocarburos superiores están presentes hasta el 10% v/v, dependiendo de la fuente de gas natural. La alimentación de gas 5 por ejemplo puede estar a una presión de 1.0 MPa (10 atmósferas) . La presión del gas se regula mediante una válvula desde 8 hasta 0.6 MPa y luego el gas 5 se precalienta hasta aproximadamente 400 °C en un intercambiador de calor 10, utilizando el gas descargado caliente proveniente de la combustión catalítica, y después se alimenta a un sistema de desulfuración de lecho sólido 12 que reduce el contenido de azufre en el gas hasta 0.1 ppm o menos. El gas natural desulfurado 5 entonces se mezcla con vapor, por ejemplo en un mezclador de torbellino fluido 14. La mezcla de gas/vapor se calienta en un intercambiador de calor 16 utilizando el gas descargado caliente proveniente de la combustión catalítica, de tal manera que la mezcla de gas está a una temperatura de 500°C. La mezcla entra a un prerreformador de lecho fijo adiabático 18, en donde se pone en contacto con un catalizador de metanación de níquel o uno a base de platino/rodio. Los hidrocarburos superiores reaccionan con el vapor para formar metano y CO. El gas sale del prerreformador 18 a una temperatura menor, típicamente a 450 °C. La presión entonces se baja mediante una válvula 19 a 0.45 MPa (presión absoluta) antes de entrar a un reformador 20. El reformador 20 es un reactor catalítico compacto del tipo descrito anteriormente, fabricado de una pila de placas que definen trayectorias de flujo para las reacciones endotérmicas y exotérmicas que están en buen contacto térmico, y que contienen catalizadores apropiados sobre soportes de papel de aluminio metálico corrugado. Los canales reformadores en el reformador 20 contienen un catalizador de platino/rodio, y el vapor y el metano reaccionan para formar monóxido de carbono e hidrógeno. La temperatura en el reformador se incrementa desde 450 °C en la entrada hasta aproximadamente 800-850°C en la salida. Las velocidades de flujo del vapor y el gas suministrados al mezclador 14 son tales que la proporción molar de vapor: carbono alimentados al reformador 20 se encuentra entre 1.2 y 1.6, y preferentemente entre 1.3 y 1.5. Dependiendo del contenido de hidrocarburo superior en el gas 5, la proporción de vapor a carbono en la entrada con respecto al prerreformador 18 por lo tanto necesitará ser mayor a éste. El calor para las reacciones endotérmicas en el reactor de reformación 20 se proporciona por la combustión catalítica de una mezcla de hidrocarburos de cadena corta e hidrógeno, el cual es el gas final 22 de la síntesis de Fischer-Tropsch; este gas final 22 se combina con un flujo de aire provisto por un ventilador de aire 24. La combustión se efectúa sobre un catalizador de paladio/platino dentro de los canales de flujo adyacentes, en el reactor de reformación 20. La trayectoria del gas de combustión es a favor de la corriente con relación a la trayectoria del gas reformador. El catalizador puede incluir gamma-alúmina como un soporte, recubierto con una mezcla de paladio/platino 3:1, que es un catalizador efectivo en un amplio intervalo de temperatura. La mezcla de gas combustible se puede suministrar en etapas a lo largo del reactor 20, para asegurarse de que ocurra la combustión en toda la longitud de los canales de combustión.

Una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno a más de 800 °C emerge del reformador 20 y se apaga a menos de 400 °C mediante el paso a través de un' intercambiador de calor de elevación de vapor 26. El agua se suministra a este intercambiador de calor 26 por una bomba 28, y el vapor para el proceso de reformación aquí se suministra a través de una válvula de control 30 al mezclador 1 . La mezcla de gas se enfría también en un intercambiador de calor 32 con agua fría hasta aproximadamente 60 °C, de tal manera que el exceso de agua se condensa y se separa mediante el paso a través de un ciclón 33 y un recipiente separador 34. La mezcla de gas se comprime por un compresor 36 hasta aproximadamente 2.5 veces la presión, y se enfría nuevamente por un intercambiador de calor 40 antes de pasar a través de un segundo ciclón 41 y un recipiente separador 42 para eliminar cualquier agua que se condense. El agua separada es reciclada de regreso al circuito de elevación de vapor. El gas entonces se comprime a 20 atmósferas en un segundo compresor 44. La corriente del monóxido de carbono e hidrógeno a alta presión después se alimenta a un reactor catalítico Fischer-Tropsch 50, que es nuevamente un reactor catalítico compacto, formado de una pila de placas como se describe anteriormente; la mezcla reactiva fluye a través de un grupo de canales, mientras que un refrigerante fluye a través del otro grupo. Los productos de reacción de la síntesis de Fischer-Tropsch, predominantemente agua e hidrocarburos tales como parafinas, se enfrían para condensar los líquidos mediante el paso a través de un intercambiador de calor 54 y un separador ciclón 56 seguido por una cámara de separación 58 en la cual se separan las tres fases separadas de agua, hidrocarburos y gases finales, y se estabiliza el producto hidrocarburo a presión atmosférica. Los hidrocarburos que permanecen en la fase gaseosa y el gas hidrógeno en exceso (los gases finales de Fischer-Tropsch 22) se recolectan y se separan. Una proporción pasa a través de una válvula de reducción de presión 60 para proporcionar el combustible para el proceso de combustión catalítica en el reformador 20 (como se describe anteriormente) . Los gases finales remanentes 62 - se alimentan a una turbina de gas 63 que impulsa un generador de energía eléctrica 64. La turbina de gas 64 genera toda la energía para la planta y tiene la capacidad de exportar un excedente. Las necesidades mayores de energía eléctrica de la planta son de los compresores 36 y 44, y las bombas 24 y 28; la electricidad también se puede utilizar para operar una unidad de destilación a vacío con el fin de proporcionar el agua del proceso para la generación de vapor y proporcionar agua para beber. Será evidente, a partir de las ecuaciones descritas anteriormente, que la etapa de reformación de vapor forma más hidrógeno que el que se requiere para la síntesis de Fischer-Tropsch. Por lo tanto, los gases finales 22 contienen una cantidad significativa de hidrógeno, así como los alcanos inferiores (o sea Ci a C5) . Sin embargo, los gases finales 22 también contienen una cantidad significativa de monóxido de carbono. Por lo tanto éstos se pueden someter a una segunda síntesis de Fischer-Tropsch mediante el paso a través de un segundo reactor de ese tipo (no mostrado) , de manera que se incrementa la conversión de monóxido de carbono total, y se obtiene un poco más del producto buscado. Haciendo referencia ahora a las figuras 2 y 3, se muestra un reactor 70 adecuado para usarse como el reactor de reformación de vapor 20. Con referencia primero a la figura 2 que muestra partes del reactor 70 en sección y con los componentes separados por razones de claridad, el reactor 70 está fabricado de una pila de placas que son rectangulares en vista en planta, cada placa tiene 1 mm de espesor y es de acero inoxidable (por ejemplo 316L o Inconel 800HT) . Las placas planas 72 están acomodadas alternadamente con placas almenadas 74, 75 en las cuales las almenas son tales como para definir los canales rectos de lado a lado 76, 77 desde un lado de la placa hacia el otro. Las placas almenadas 74 y 75 están acomodadas en la pila alternadamente, de modo que los canales 76, 77 están orientados en direcciones ortogonales en placas almenadas alternadas 74, 75. La altura de las almenas (típicamente en el intervalo de 2 a 10 mm) es de 4 mm en este ejemplo, y se proporcionan a lo largo de los lados, tiras 78 de borde sólido con 4 mm de espesor. La pila se ensambla como se describe anteriormente, y se une conjuntamente por soldadura con latón a alta temperatura; los portadores 80 catalizadores de papel de aluminio metálico corrugado (solamente se muestran dos de ellos) luego se insertan en los canales, portando los catalizadores para las dos reacciones diferentes. Se pueden agregar colectores apropiados al exterior de la pila. El papel de aluminio metálico es preferentemente de una aleación de acero que contiene aluminio tal como Fecralloy. Con referencia ahora a la figura 3, que muestra una vista seccional a través del reactor 70 que presenta en el plano una placa 74 almenada de este tipo, y en corte parcial para mostrar las almenas en sección, se efectúa la reacción de reformación de vapor/metano en los canales definidos por esta placa 74. La reacción de combustión se efectúa en los canales 77 en las placas alternadas 75 (no mostradas en la figura 3) entre los colectores apropiados (no mostrados), la dirección del flujo de combustión se indica por las flechas A. En cada canal 76 se encuentra un papel de aluminio 80 que lleva el catalizador, de forma de paralelogramo en el plano, y éstos se insertan en posiciones diferentes en los canales 76 de modo que los extremos de los papeles de aluminio se alinean entre sí. Los extremos de los papeles de aluminio 80 por lo tanto definen un zigzag. Las porciones extremas de las paredes que separan los canales adyacentes 76 están perforadas por los orificios 82, como se muestra más claramente en la figura 3a (que muestra una vista expandida de la parte de la figura 3 dentro del círculo B) de manera que los gases pueden fluir entre los canales adyacentes 76 en las regiones extremas en las cuales no existe el papel de aluminio 80. Progresivamente hay más orificios 82 mientras más cerca estén del centro del triángulo formado por estas regiones extremas, de modo que el área de flujo de gas por longitud unitaria de pared expuesta es una constante. Los colectores cilindricos parcialmente están acoplados a lo largo de los lados de la pila para permitir el acceso a los canales 76; se encuentra un colector de entrada 84 que se comunica con cuatro canales adyacentes 76 en un extremo del reactor 70, un colector de salida 85 se comunica con cuatro canales adyacentes 76 en el extremo opuesto diagonalmente del reactor 70, y los colectores vacíos 86 cubren las otras partes de los lados de la pila. La trayectoria de flujo para la mezcla de vapor/metano se indica por las flechas C, entra a través del colector de entrada 84, fluye a lo largo de los cuatro canales adyacentes 76 de derecha a izquierda (como se muestra) , luego fluye a través de los orificios 80 al siguiente grupo de cuatro canales 76; después fluye a través de esos canales 76 de izquierda a derecha (como se muestra, y así a través de los orificios 80 en el último grupo de canales 76; y a través de ese último grupo de canales 76 hacia el colector de salida 85. Por lo tanto, la mezcla de vapor/metano conforme se somete a la reacción sigue una trayectoria, la cual, globalmente, está a favor de la corriente respecto al flujo de gas de combustión A, aunque cada sección de flujo individual 76 es transversal. Será evidente que no existe necesidad de algún flujo de gas a través de los colectores vacíos 86, de manera que éstos pueden ser de una forma y tamaño diferentes a los mostrados. Por supuesto, estos colectores 86 se pueden reemplazar por placas vacías, o por un gran número de colectores vacíos de un radio de curvatura más pequeño. Estos colectores se necesitan para proporcionar el acceso a los canales 76 que contienen papeles de aluminio 80 que llevan catalizador,, de modo que el catalizador se puede reemplazar cuando se ha agotado. En una modificación más, cada papel de aluminio 80 tiene un extremo cuadrado, los papeles de aluminio 80 están insertados de modo que los extremos forman un zigzag escalonado (por ejemplo los extremos de tales papeles de aluminio con extremo cuadrado pueden estar en las posiciones de los puntos medios de los extremos escalonados mostrados en la figura 3) , de manera que existe nuevamente un vacío entre el extremo de cada papel de aluminio 80 y el extremo del canal correspondiente 76, para que pueda ocurrir el flujo a través de los orificios 82 entre los canales adyacentes 76. Como otra alternativa, cada papel de aluminio 80 individual podría tener un extremo inclinado escalonado. En otro reactor alternativo, los pares de colectores adyacentes 86 se reemplazan por colectores 88 más grandes que tienen el doble de la anchura (indicada por las líneas discontinuas en la figura 3) , y en este caso no hay necesidad de los orificios 82, y los papeles de aluminio 80 de catalizador pueden extenderse en toda la longitud de los canales 76. En este caso, los colectores 88 originan el cambio de dirección de los gases, de modo que nuevamente la mezcla de vapor/metano sigue una trayectoria la cual, globalmente va a favor de la corriente con respecto al flujo A de gas de combustión.

Considerando ahora el reactor de Fischer-Tropsch 50, no se requieren catalizadores en los canales enfriadores, por ello no existe la necesidad del acceso a esos canales. Con referencia ahora a la figura 4, un reactor 90 adecuado para usarse como el reactor 50, está construido de una manera similar al reactor 70 de las figuras 2-3. Éste comprende una pila de placas planas que se alternan con placas almenadas, con las orientaciones de los canales definidas por las almenas que son ortogonales en placas almenadas alternadas, como se describe anteriormente con relación a la figura 2. Los canales (no mostrados en la figura 4) para la reacción de Fischer-Tropsch contienen papeles de aluminio que llevan catalizador, y se extienden de manera recta a través del reactor 90 entre los colectores apropiados (no mostrados) , el flujo a lo largo de estos canales se indica por las flechas F. Los canales enfriadores están construidos a partir de una tira larga de hoja de 1 mm de espesor, formada en almenas que corren a lo largo de su longitud. Como se muestra, la tira almenada está cortada en tramos y éstos se colocan uno al lado del otro para definir las trayectorias de flujo 91 transversales a la dirección de las flechas F, tres de tales tramos 92 de la tira almenada forman un rectángulo, con tiras de borde 94 a lo largo de los bordes, con el fin de proporcionar las trayectorias entre una compuerta de entrada 95 y una compuerta de salida 96. Los extremos de la tira almenada cerca de la compuerta de entrada 95 y la compuerta de salida 96 están cortados cuadrados, mientras que los otros extremos están cortados a 45°, y las piezas triangulares 97 de la tira almenada proporcionan las uniones entre las trayectorias de flujo 92. En una modificación, también se proporcionan tiras de sellado adicionales como las tiras de borde 94 entre los bordes uno junto al otro de los tramos 92 de la tira almenada. Como con el reactor 70, la pila se ensambla como se describe anteriormente, y luego se une conjuntamente por ejemplo mediante soldadura con latón a alta temperatura. La transferencia de calor en y a través de los canales enfriadores 91 se puede mejorar por medio de la inserción de papeles de aluminio corrugados (no mostrados), similares a los papeles de aluminio 80 del reactor 70 pero sin incluir un catalizador, y sin ser removibles. Tales papeles de aluminio insertados pueden estar perforados. En una modificación, las almenas que definen los canales de flujo 91 pueden no seguir las trayectorias rectas a lo largo de la longitud de la tira, pero pueden seguir una trayectoria sinuosa o en zigzag, y también pueden estar perforadas. Será evidente que el reactor 90 permite que el refrigerante pase tres veces a través de la anchura de los canales Fischer-Tropsch, pasando entre la entrada 95 y la salida 96; alternativamente el refrigerante puede pasar más de tres veces. También se apreciará que en ambos reactores 70 y 90, uno o varios de los canales que contienen catalizador, pueden estar definidos por muescas maquinadas en placas de acero grueso, en vez de estar formados por almenas en una placa delgada.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Reactor catalítico compacto que comprende una pluralidad de hojas metálicas acomodadas como una pila y unidas entre sí, la pila define una pluralidad de primeros canales de flujo para un primer fluido, que se alternan en la pila con una pluralidad de segundos canales de flujo para un segundo fluido con el fin de asegurar el buen contacto térmico entre el primero y el segundo fluidos, cada canal de flujo está definido entre un par respectivo de hojas adyacentes; cada canal de flujo en el cual se efectúa una reacción química se extiende de manera recta a través de la pila y contiene una estructura catalítica permeable al gas, removible que incorpora un sustrato metálico; y una entrada y una salida para el primer fluido; los primeros canales de flujo están orientados en una dirección que es perpendicular a la de los segundos canales de flujo; caracterizado porque entre los segundos canales de flujo sucesivos en la pila, el reactor define al menos tres primeras trayectorias de flujo, cada una está definida por una pluralidad de primeros canales de flujo uno junto al otro; y el reactor incorpora un medio de desviación de flujo de tal modo que el primer fluido debe fluir a través de al menos tres primeras trayectorias de flujo en sucesión, fluyendo desde la entrada hacia la salida; el medio de desviación de flujo comprende un medio de unión dentro de la pila que permite el flujo del fluido entre las porciones extremas de trayectorias de flujo sucesivas en una dirección generalmente transversal a la de los primeros canales de flujo.

2. Reactor según la reivindicación 1, en donde el medio de desviación de flujo también comprende colectores acoplados a superficies opuestas de la pila.

3. Reactor según la reivindicación 1, en donde se efectúa una reacción química en cada primer canal de flujo y en donde el reactor también comprende elementos vacíos unidos a superficies opuestas de la pila, los elementos vacíos son removibles para proporcionar acceso a los primeros canales de flujo.

4. Reactor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde los medios de unión están definidos por orificios o aberturas.

5. Reactor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde los medios de unión definen la unión de segmentos de flujo.

6. Reactor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde los canales de lado a lado, rectos están definidos por muescas maquinadas en una placa gruesa.

7. Reactor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde los canales de lado, rectos están formados por almenas que se extienden a lo largo de una placa delgada.

8. Reactor según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde cada estructura catalítica está conformada como para subdividir el canal de flujo en una pluralidad de subcanales de flujo paralelos, con material catalítico sobre las superficies dentro de cada subcanal .

9. Reactor catalítico compacto para efectuar una reacción de reformación que comprende una pluralidad de hojas metálicas acomodadas como una pila y unidas entre sí, la pila define una pluralidad de primeros canales de flujo para un primer fluido, que se alternan en la pila con una pluralidad de segundos canales de flujo para un segundo fluido con el fin de asegurar el buen contacto térmico entre el primero y el segundo fluidos, cada canal de flujo está definido entre un par respectivo de hojas adyacentes; cada canal de flujo se extiende de manera recta a través de la pila y contiene una estructura catalítica permeable al gas, removible que incorpora un sustrato metálico; y una entrada y una salida para el primer fluido; los primeros canales de flujo están orientados en una dirección que es perpendicular a la de los segundos canales de flujo; caracterizado porque entre los segundos canales de flujo sucesivos en la pila, el reactor define al menos tres primeras trayectorias de flujo, cada una está definida por una pluralidad de primeros canales de flujo uno junto al otro; y el reactor incorpora un medio de desviación de flujo de tal modo que el primer fluido debe fluir a través de al menos tres primeras trayectorias de flujo en sucesión, fluyendo desde la entrada hacia la salida; los primeros canales de flujo contienen un catalizador para una reacción de reformación endotérmica, y los segundos canales de flujo contienen un catalizador para una reacción de combustión exotérmica.

10. Planta para procesamiento de una corriente de gas que comprende metano para obtener hidrocarburos de cadena larga, la planta comprende un primer reactor para la reformación de vapor/metano y un segundo reactor para la síntesis de Fischer-Tropsch, en la que cada reactor comprende un reactor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

11. Planta para procesamiento de una corriente de gas que comprende metano para obtener hidrocarburos de cadena larga, la planta comprende un primer reactor para la reformación de vapor/metano y un segundo reactor para la síntesis de Fischer-Tropsch, en la que el primer reactor comprende un reactor según la reivindicación 9 y el segundo reactor comprende un reactor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.