MXPA06015178A - Metodo para controlar la temperatura de las reacciones cataliticas exotermicas. - Google Patents

Abstract

Se describe un metodo para controlar la temperatura de una reaccion exotermica y la produccion simultanea de vapor, esta basado en el uso de intercambiadores de calor (5a) atravesados por agua de ebullicion a lo largo de una trayectoria interna, que se extiende entre la apertura de entrada (5h) para agua de ebullicion y la apertura de salida (5f).

Description

"MÉTODO PARA CONTROLAR LA TEMPERATURA DE LAS REACCIONES CATALÍTICAS EXOTÉRMICAS".

DESCRIPCIÓN El presente invento, en su aspecto más general, se refiere al método para efectuar reacciones químicas exotérmicas en condiciones seudo-isotérmicas, en otras palabras, condiciones en donde la temperatura de reacción es controlada dentro de rango limitado de valores alrededor de un valor óptimo predeterminado.

En particular, este invento concierne con un método para controlar la temperatura de una reacción del tipo antes mencionada, basada en el uso de intercambiadores de calor de haz de tubos o en forma de placas, insertados o embebidos en el lecho catalítico en la cual dicha reacción toma lugar.

Más específicamente, este invento se refiere al método del tipo considerado arriba, para controlar la temperatura de una reacción exotérmica y la producción de vapor simultánea.

Estado de la técnica Es conocido controlar la temperatura de una reacción catalítica que se desea efectuar en condiciones seudo-isotérmicas, en casi todos los casos, uno usa un intercambio de calor entre un fluido operativo predeterminado, que corre dentro de un intercambio de calor apropiado, y el lecho catalítico en el cual dichos intercambiadores son insertados y en la cual las reacciones antes mencionadas se llevan a cabo.

También es conocido, en el caso de reacciones exotérmicas o altamente exotérmicas, que generalmente se usa agua como fluido operativo para obtener, con el antes mencionado intercambio de calor, a una producción substancial de vapor así como para el control deseado de la temperatura de reacción. En particular, en este caso, el fluido operativo de intercambio de calor es agua de ebullición que hierve.

El agua de ebullición, cruza los intercambiadores de calor, absorbe cierta cantidad de calor, generando vapor. En la salida del intercambiador de calor, el vapor se separa del agua de ebullición, recuperado y usado en una variedad de servicios de la planta en la cual la reacción exotérmica en consideración, esta activa.

El agua de ebullición, por el otro lado, es reciclada al intercambiador de calor para llevar a cabo su función de fluido operativo de intercambio de calor.

Esta técnica, aunque con ventajas y ampliamente aplicada en el campo, tiene una reconocida desventaja debido precisamente al hecho que la temperatura del fluido operativo que entra en el intercambio de calor, es la temperatura de ebullición del agua.

Sumario de la invención El problema técnico subyacente en el presente invento es el de proporcionar un método de control de temperatura de una reacción exotérmica y la producción simultanea de vapor, el cual permite superar las desventajas citadas con referencia al estado de la técnica.

Tal problema técnico se resuelve, de acuerdo con el invento, por medio de un método del tipo antes mencionado, basado en el uso de intercambiadores de calor cruzados por agua de ebullición, a lo largo de una trayectoria interna, extendiéndose entre una apertura de entrada para agua de ebullición y una apertura de salida, caracterizada porque se alimenta a por lo menos por uno de dichos intercambiadores una corriente adicional de agua que tiene, en la entrada de dicho intercambiador, una temperatura más baja que la temperatura de dicha agua de ebullición.

Ventajosamente, dicha corriente adicional de agua es alimentada en por lo menos uno de estos intercambiadores, en por lo menos una posición del mismo agua arriba de dicha apertura de entrada para agua de ebullición, con referencia a dicha trayectoria interna.

Las ventajas y características de este invento llegarán a ser más claras a partir de la descripción de una modalidad del método de acuerdo con lo encontrado, hecha en lo sucesivo con referencia a los dibujos adjuntos, solo dados para propósitos indicativos y no limitativos.

Breve descripción de los dibujos La Fig. 1 muestra una vista de la sección esquemática del reactor para llevar a cabo el invento.

La Fig. 2 muestra una sección transversal esquemática del reactor de la Fig. 1.

Descripción detallada de una modalidad del invento.

Con referencia en la Fig. 1 , un reactor para llevar a cabo el método de acuerdo al presente invento es indicado de manera global con en número 1.

Tal reactor 1 consta de una coraza cilindrica 2, teniendo un eje vertical X-X, una extremo superior 3, equipado con una apertura de entrada 3a para reactivos, y un extremo inferior 4 equipado con una apertura de salida 4a para productos.

Dentro del reactor 1 , entre los planos horizontales marcados con una A y B en la Fig. 1 , está ubicada una pluralidad del ¡ntercambiadores de calor 5 en forma de placas, dispuesto en planos paralelos uno al otro y paralelos al eje X-X de la coraza cilindrica 2 (como en el ejemplo de la Fig. 2; una alternativa frecuente consiste en que los intercambiadores en forma de placas están ordenados radialmente), insertado en el lecho catalítico 6, soportado de una forma ya conocida per se y por tanto no representada. Estos intercambiadores tienen una configuración de paralelepípedo aplanada y comprenden un par de paredes largas preferentemente hechas de metal, substancialmente planas y yuxtapuestas, y perimetralmente unidas, definiendo la cámara dentro de ellas para el paso de un fluido operativo de intercambio de calor adecuado y en comunicación con el exterior gracias a apropiadas conexiones de suministro y descarga.

En cada intercambiador en forma de plato 5a de la pluralidad de intercambiadores 5 se define un lado corto superior 5b, un lado corto inferior 5c y dos lados largos verticales 5d y 5e.

La pluralidad de los intercambiadores de calor 5 está en comunicación fluida con el exterior, gracias a un ducto de abastecimiento 7, un ducto de reciclaje 8, y un ducto de descarga 9.

El ducto de abastecimiento 7 está en comunicación fluida con cada intercambiador de calor 5a a través de una conexión 5g ubicada en el lado largo vertical 5e cerca del lado corto inferior 5c mientras el ducto de descarga 9 está en comunicación fluida con cada uno de los intercambiadores de calor 5a, a través de una conexión 5f ubicada en el lado largo vertical 5e cerca del lado corto superior 5b.

Por otra parte, el ducto de reciclaje 8 está en comunicación con cada uno de los intercambiadores de calor 5a, a través de una conexión adecuada 5h, ubicada en el lado largo vertical 5d a una distancia predeterminada del lado corto inferior 5c.

A través del ducto de reciclaje 8 y el ducto de descarga 9, la pluralidad de intercambiadores de calor 5 está en comunicación con el tambor de vapor 10, fuera del reactor.

De acuerdo con el método del presente invento, una corriente de reactivos es alimentado dentro del reactor 1 a través de la apertura de entrada 3a y la corriente fluye hacia la salida 4a de manera paralela al eje X-X, atravesando el lecho catalítico 6 donde ésta reacciona exotéricamente para dar los productos de reacción. Tales productos de reacción (los cuales pueden ser, por ejemplo, amoniaco o metanol), saliendo del lecho catalítico 6, pasan por el extremo inferior 4, desde donde son descargados a través de la apertura de salida 4a.

Una corriente de agua de ebullición, proveniente del tambor de vapor 10 y alimentada al reactor 1 a través del ducto 8, cruza la pluralidad de intercambiadores de calor 5, a lo largo de unan trayectoria interna, extendiéndose entre la apertura de entrada correspondiente a la conexión 5h y la apertura de salida correspondiente a la conexión 5f. En el ejemplo no-limitativo ilustrado en la Fig. 1 , el agua de ebullición fluye en contracorriente con respecto a la corriente de reactivos dentro del lecho catalítico 6.

Además, a través del ducto de abastecimiento 7 y las conexiones 5g, se inyecta una corriente adicional de agua a una temperatura más baja que la del agua de ebullición antes mencionada, dentro de la pluralidad de intercambiadores de calor 5 aguas arriba de la conexión 5h con respecto a dicha trayectoria interna.

La corriente de agua adicional y la corriente de agua de ebullición se mezclan entonces dentro del intercambiador de calor 5a.

El agua que fluye dentro del intercambiador de calor 5a absorbe, por medio de las paredes de dichos intercambiadores, el calor de reacción desarrollado por la reacción exotérmica en el lecho catalítico 6, y se sujeta a un cambio de fase parcial , dando lugar a la generación de vapor.

En la salida de los intercambiadores de calor 5a, se envía una corriente de agua de ebullición y vapor, a través del ducto de descarga 9, al tambor de vapor 10, en donde el agua de ebullición y el vapor son separados. El agua de ebullición es reciclada al reactor 1 gracias al ducto de reciclaje 8, mientras que el vapor es llevado a través del ducto de descarga de vapor 11.

Con el método del presente invento es posible alcanzar, dentro del intercambiador de calor 5a, una temperatura mínima del fluido operativo de intercambio de calorque es menor que la temperatura de ebullición del agua, en particular en la zona entre las conexiones 5g y 5h, es decir, en la zona entre el abastecimiento de agua a una temperatura menor que la temperatura de ebullición y el abastecimiento del agua de ebullición, respectivamente.

Haciendo esto, la parte inferior del reactor opera a temperatura más baja que la temperatura de ebullición, dicha la temperatura también varia según se requiera; la parte superior del reactor, por otra parte, opera a una temperatura más alta que la temperatura de ebullición.

De esta manera es posible, con el método del presente invento, resolver los problemas del estado de la técnica arriba citados.

La ventaja principal resultante del presente invento está dada por la posibilidad de enfriar más el lecho catalítico 6 en el extremo inferior 4, es decir, en la ultima parte de la lecho catalítico cruzada, por los reactivos, este enfriamiento permite que el rendimiento de la conversión se mejore para reacciones de equilibrio limitado, como por ejemplo reacciones de síntesis de amoniaco o metanol.

Una ventaja adicional del método, de acuerdo con el invento es que, en el caso en que la circulación de agua del tambor de vapor se produce por una circulación natural, la inyección de la corriente adicional de agua en la parte inferior del intercambio en forma de placa a una cierta velocidad que es, en la entrada de la corriente de agua que proviene del tambor de vapor, más alta que la corriente de agua misma, facilita el establecimiento de la convección natural en la dirección correcta.

Por supuesto, una persona con conocimientos medios en la materia, puede traer numerosas modificaciones y variaciones al método para el control de la temperatura de las reacciones catalíticas exotérmicas descritas, con el fin de satisfacer algunos requerimientos específicos y contingentes, todas estas modificaciones y variantes, en todos los casos estando cubiertas por el alcance de la protección del invento, como es definido en las siguientes reivindicaciones.

Claims (3)

REIVINDICACIONES.

1. Un método para controlar la temperatura de una reacción exotérmica y la simultanea producción de vapor basada en el uso de ¡ntercambiadores de calor (5a) atravesados por agua de ebullición a lo largo de una trayectoria interna, extendiéndose entre una apertura de entrada (5h) para agua de ebullición y una apertura de salida (5f), caracterizada en que una corriente adicional de agua, teniendo en la entrada (5g) de dicho intercambiador (5a), una temperatura menor que la temperatura de dicha del agua de ebullición, es alimentada al menos a uno de dichos ¡ntercambiadores (5a).

2. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado en que dicha corriente adicional de agua es alimentada en dicho por lo menos un intercambiador (5a) en por lo menos una posición (5g) del mismo aguas arriba de dicha apertura de entrada abierta (5h) de agua de ebullición, con referencia de dicha trayectoria interna.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado en que dicho por lo menos un intercambiador (5a) es un intercambiado llamado intercambio de calor formado en placas.