MXPA97007821A - Proceso y reactor para sintesis exotermica heterogenea de formaldehido - Google Patents

Abstract

Un proceso para la síntesis exotérmica heterogénea de formaldehído, en particular en un reactor (7) del tipo que comprende una pluralidad de lechos catalíticos adiabáticos (11a-11e) conectados en serie, proporciona el paso de alimentar el reactor el metanol necesario para la síntesis, distribuido en cuando menos dos porciones, cada una alimentada hacia lechos catalíticos distintos respectivos (11a- 11e).

Description

PROCESO Y REACTOR PARA SÍNTESIS EXOTÉRMICA HETEROGÉNEA DE FORMALDEHIDO DESCRIPCIÓN Campo de Aplicación La presente invención se refiere a un proceso para la síntesis exotérmica heterogénea de formaldehído en un exceso de oxígeno, en particular en un reactor de síntesis del tipo que comprende una pluralidad de lechos catalíticos adiabáticos conectados en serie, comprendiendo el proceso los pasos de: alimentar reactivos gaseosos que comprenden metanol y un exceso de oxígeno, hacia un primer lecho de los lechos catalíticos; hacer fluir los reactivos gaseosos a través de los lechos catalíticos, para someter al metanol a una oxidación parcial. La presente invención también se refiere a un reactor para la síntesis exotérmica heterogénea de formaldehído. En la descripción dada más adelante y en las siguientes reivindicaciones, el término: "lecho catalítico adiabático", se entiende para significar un lecho que contiene catalizador, en donde tiene lugar la reacción de síntesis a una presión sustancialmente constante sin remoción de calor. En el campo de la síntesis exotérmica heterogénea de formaldehído, crecientemente se está sintiendo el requerimiento, por una parte, de incrementar la capacidad productiva de los reactores de síntesis, y por otra parte, de reducir los riegos de explosión de los reactivos gaseosos que comprenden metanol y oxígeno en exceso, mientras que se mantengan bajos el consumo de energía y los costos de inversión y mantenimiento.

Técnica Anterior Para el propósito de satisfacer el requerimiento anteriormente mencionado, crecientemente se están llegando a aceptar reactores tubulares con remoción de calor mediante el paso de un líquido refrigerante que circula afuera de los tubos. Este tipo de reactor, que consiste en una pluralidad ' de tubos de diámetro pequeño rellenos con catalizador, es muy complicado de construir, y tiene una capacidad de producción limitada. En la segunda mitad de los 1980s, el Boreskov Institute of Catalysis de Novosibirsk, Rusia, había propuesto la adopción de un proceso de síntesis de formaldehído, en donde los reactivos gaseosos que comprendieran metanol y exceso de oxígeno, se hicieran reaccionar en una pluralidad de lechos catalíticos adiabáticos conectados en serie. Los reactivos gaseosos cruzan los lechos catalíticos con un flujo axial. Entre la salida desde un lecho y la entrada hasta el siguiente lecho, el flujo de gas se enfría apropiadamente mediante un intercambio de calor en intercambiadores de calor adecuados. El proceso anteriormente mencionado permite la provisión de reactores de tamaño grande, y que tienen una capacidad de producción más alta que la que se puede obtener con los reactores tubulares convencionales, ya que es posible incrementar el espacio de reacción y la velocidad de flujo de los reactivos gaseosos, y es posible mejorar la selectividad de la reacción de oxidación del metanol. Por una parte, si este tipo de solución es conveniente, comparándose con los reactores tubulares, por otra parte, la capacidad de producción del reactor de síntesis sigue siendo limitada por la concentración de metanol contenido en los reactivos gaseosos que entran al reactor. Como se sabe, esta concentración se debe mantener debajo de ciertos valores que generalmente no exceden del 6 por ciento al 9 por ciento por volumen, dependiendo de la concentración de oxígeno, que puede variar entre el 5 por ciento y el 21 por ciento por volumen, para evitar la posible formación de mezclas explosivas o inflamables con el oxígeno. También es preferible una concentración relativamente baja de metanol, para limitar la amplitud de las variaciones de temperatura en la masa catalítica. Realmente, a temperaturas mayores de 300°C, existe el riesgo de deterioro del catalizador, con una reducción resultante de su vida útil, y un incremento drástico en las reacciones secundarias indeseadas que conducen a una degradación directa del metanol o del formaldehído producidos. En adición, la modalidad de un reactivos de síntesis grande con velocidades de flujo de gas grandes del tipo desarrollado por el Boreskov Institute of Catalysis, implica dificultades técnicas considerables, altos costos de inversión, y alto consumo de energía.

Sumario de la Invención El problema técnico subyacente a la presente invención, es incrementar la capacidad de producción de los reactores de síntesis de formaldehído, mientras que se reduzcan los riesgos de explosión de los reactivos gaseosos que comprende metanol y exceso de oxígeno, mientras que se mantienen bajos el consumo de energía y los costos de inversión y mantenimiento. Este problema se resuelve mediante un proceso del tipo anteriormente mencionado, que se caracteriza porque el metanol alimentado al reactor de síntesis se divide en cuando menos dos porciones, cada una alimentada a los distintos lechos catalíticos respectivos. De una manera conveniente, el proceso de conformidad con la presente invención comprende los pasos de: inyectar, en un flujo de gas que viene desde cuando menos uno de los lechos catalíticos, un flujo gaseoso o líquido que comprende metanol; - alimentar el flujo así obtenido hacia un siguiente lecho catalítico. Gracias al proceso de conformidad con la presente invención, entre la salida desde un lecho catalítico y la entrada hacia el siguiente lecho catalítico, los reactivos gaseosos se alimentan con un fluido que comprende metanol. De esta manera, en lugar de introducir en el flujo de gas alimentado hacia el primero de los lechos catalíticos la totalidad del metanol necesario para la reacción, el metanol convenientemente se introduce en el gas de síntesis durante su paso a través del reactor progresivamente a medida que tiene lugar la reacción de conversión. Al operar de esta manera, es posible controlar la operación del metanol en el flujo de gas que entra a los lechos catalíticos. Por lo tanto, esta concentración se puede mantener en valores óptimos que son en general entre el 6 por ciento y el 9 por ciento por volumen, y de esta manera se obtiene una alta capacidad de producción del reactor de síntesis, sin tener que incrementar de esta manera el riesgo de explosión de la mezcla de etanol/oxígeno. De una manera conveniente, los reactivos gaseosos se hacen fluir a través de cuando menos uno de los lechos catalíticos con un flujo sustancialmente radial, y de preferencia de tipo centrípeto. El flujo del gas de síntesis con un movimiento sustancialmente radial, permite tener una distribución uniforme del gas que impacta al lecho catalítico, y ésta es una característica importante para asegurar una distribución uniforme de temperatura, y por consiguiente, una alta selectividad en la conversión del metanol en formaldehído, y una utilización óptima de la masa catalítica. De esta manera, es posible obtener un incremento adicional en la capacidad de producción del reactor de síntesis. Además, gracias a un flujo radial de los reactivos gaseosos a través de los lechos catalíticos, es posible utilizar de la mejor manera el volumen interno del reactor, y esto ayuda a incrementar el espacio de reacción, y por consiguiente, la capacidad de producción. De una manera conveniente, la estructura del reactor resultante de este proceso, es técnicamente más simple y más compacta con respecto a aquella del reactor que se puede obtener mediante el proceso de acuerdo con la técnica anterior. De conformidad con otro aspecto de la presente invención, el proceso permite realizar el enfriamiento de cuando menos parte de un flujo de gas caliente que viene desde cuando menos uno de los lechos catalíticos, mediante intercambio de calor en un intercambiador de calor configurado en el centro del reactor, y que se extiende a lo largo de un eje longitudinal del mismo. De esta manera, es posible optimizar la utilización del volumen interno del reactor, para reducir hasta un mínimo los espacios entre los lechos catalíticos consecutivos. Al hacerlo así, el espacio de la reacción adentro del reactor de síntesis, y por consiguiente, su capacidad de producción, se incrementa adicionalmente, y al mismo tiempo la estructura del reactor se hace todavía más compacta y simple. En una modalidad preferida del proceso de conformidad con la presente invención, el oxígeno alimentado hacia el reactor de sintesis se divide en cuando menos dos porciones, alimentando cada una hacia distintos lechos catalíticos. Específicamente, el presente proceso también necesita el paso de inyectar en el flujo de gas que viene desde cuando menos uno de los lechos catalíticos, un flujo gaseoso o líquido que comprenda oxígeno. La entrada intermedia de oxígeno hacia el flujo de gas que recorre el reactor, permite lograr una ventaja doble. Por otra parte, es posible reducir la concentración de oxígeno en el flujo de gas de reacción alimentado hacia el primer lecho catalítico, para permitir el incremento de la concentración inicial de metanol, mientras que la mezcla de los dos reactivos permanece debajo del límite explosivo. Por otra parte, el oxígeno así distribuido en los lechos catalíticos, permite mantener el catalizador constantemente en el estado oxidado, para protegerlo de posibles pérdidas de actividad. Este fenómeno se encuentra en general en el paso final de la reacción de oxidación, cuando la concentración de oxígeno cae debajo de cierto umbral, tal como, por ejemplo, del 3 al 4 por ciento por volumen. En adición, el proceso de conformidad con la presente invención comprende convenientemente el paso de extraer del reactor, cuando menos parte de un flujo de gas que viene desde cuando menos uno de los lechos catalíticos. De esta manera, es posible obtener un flujo de formaldehído gaseoso que viene desde la salida del reactor de síntesis, sustancialmente exento de metanol, y adecuado para emplearse directamente para los usos requeridos, por ejemplo producción de resina, y uno o más flujos gaseosos intermedios que comprenden formaldehído y metanol, útiles para la preparación directa de soluciones acuosas de formaldehído, en donde el metanol, en concentraciones del 7 al 12 por ciento, actúa como un inhibidor de polimerización. De conformidad con otro aspecto de la presente invención, también se pone a disposición un reactor para la síntesis exotérmica heterogénea de formaldehído, del tipo que comprende una cubierta externa vertical de una forma sustancialmente cilindrica, en donde se soportan, en una relación mutuamente separada, una pluralidad de lechos catalíticos adiabáticos sobrepuestos, cuyo reactor se caracteriza porque comprende adicionalmente un distribuidor de un flujo gaseoso o líquido que contiene metanol, y soportado en la cubierta entre cuando menos dos lechos catalíticos consecutivos. Las características y ventajas de la presente invención se estipulan en la descripción de una modalidad de la misma dada más adelante a manera de ejemplo no limitante, con referencia a los dibujos adjuntos.

Breve Descripción de los Dibujos En los dibujos: La Figura 1 muestra un diagrama de bloques del proceso de conformidad con la presente invención, para la sintesis exotérmica heterogénea de formaldehído. La Figura 2 muestra una vista en sección transversal longitudinal de un reactor para la síntesis exotérmica heterogénea del formaldehído, de conformidad con una modalidad preferida de la presente invención.

Descripción Detallada de una Modalidad Preferida La Figura 1 muestra un diagrama de bloques que ilustra los pasos del proceso para la síntesis exotérmica heterogénea de formaldehído a baja presión (1-3 bar absoluta) y a alta temperatura (200°C a 350°C) de conformidad con la presente invención. la-lc representan una pluralidad de etapas de reacción que definen el espacio de reacción adiabática, en donde tiene lugar la síntesis de formaldehído. Las etapas de reacción la-lc están cruzadas por una línea de flujo 2 de los gases reactivos que comprenden metanol y exceso de oxígeno. El número de referencia 3 representa las líneas de flujo de un fluido líquido o gaseoso que comprende metanol, que se agregan a la línea de flujo 2 entre las etapas de reacción consecutivas la-lc. La Figura 1 también muestra una pluralidad de etapas de enfriamiento 4a-4b, para remover cuando menos parte del calor producido durante la reacción de síntesis. Las etapas de enfriamiento 4a-4b pueden consistir en una pluralidad de intercambiadores de calor configurados entre las etapas de reacción consecutivas la-lc, o, convenientemente, de un solo intercambiador de calor. De conformidad con el proceso de acuerdo con la presente invención, los reactivos gaseosos se alimentan a través de la línea de flujo 2 hasta una primera etapa de reacción la, para luego fluir a través de las etapas de reacción la-lc, con la conversión en formaldehído del metanol sometido a oxidación parcial. De conformidad con otro paso de la presente invención, el metanol necesario para la reacción de síntesis se divide en cuando menos dos porciones, cada una alimentada hacia las etapas de reacción distintas respectivas la-lc. De esta manera, es posible controlar la concentración del metanol alimentado hacia la siguiente etapa catalítica, que se mantiene en el nivel óptimo deseado, para incrementar de esta manera la producción total de formaldehído obtenido en el reactor de síntesis. De una manera conveniente, la concentración de metanol en el gas de síntesis se puede mantener considerablemente debajo del límite de explosión, sin tener que limitar de esta manera la productividad del reactor. La Figura 1 también muestra (en líneas punteadas) las líneas de flujo 5 y 6, que son respectivamente para la adición al flujo 2, de un flujo gaseoso o líquido que comprende oxígeno, y la remoción desde el reactor 1, de un flujo gaseoso que comprende formaldehido y metanol. De conformidad con una primera modalidad, el proceso de acuerdo con la presente invención también proporciona el paso de enriquecer el flujo gaseoso que recorre el reactor, con un flujo que comprende oxígeno, por ejemplo aire. De esta manera, es posible realizar una introducción óptima del oxígeno en el flujo gaseoso 2 que recorre el reactor, para hacer posible de esta manera un incremento, tanto de la cantidad total de metanol alimentado al reactor, como de la concentración inicial del metanol en el gas de síntesis alimentado hacia el primer lecho catalítico. En adición, se obtiene una oxidación constante del catalizador contenido en las etapas de reacción la-lc. Como una alternativa, el oxígeno se puede alimentar hacia el mismo fluido que comprende metanol agregado al flujo gaseoso que pasa a través del reactor de síntesis. En este caso, en la Figura 1, la línea de flujo 5 corresponde a la línea de flujo 3. El metanol y/o el oxígeno alimentado al gas de síntesis en forma gaseosa, de preferencia tiene una temperatura entre 70°C y 250°C, y entre 0°C y 250°C, respectivamente. Convenientemente, el metanol y/o el oxígeno, se alimentan por separado al gas de síntesis en forma líquida, de tal manera que se realiza la función auxiliar de remover el calor del flujo de gas caliente 2 que viene desde una etapa de reacción, para enfriarlo. La presencia de este enfriamiento permite reducir o inclusive eliminar las etapas de enfriamiento 4a-4b. De conformidad con otra modalidad, el presente proceso proporciona el paso de extraer el formaldehído progresivamente a medida que se produce en las etapas de reacción la-lc. Gracias a este paso del proceso de conformidad con la invención, es posible obtener un flujo de gas 2 que sale del reactor de síntesis 1 sustancialmente exento de metanol, y los flujos de gas 6 que vienen desde las zonas intermedias del reactor, y que comprenden formaldehído y metanol, útiles para la preparación directa de soluciones acuosas de formaldehído estabilizadas. De una manera conveniente, el paso de agregar un flujo que comprende oxígeno, y el paso de extracción intermedia de un flujo que comprende formaldehído, se realizan dentro del mismo proceso de síntesis, corriente abajo de una o más etapas de reacción. Con referencia a la Figura 2 , un reactor 7 para la síntesis exotérmica heterogénea del formaldehído a baja presión (1 a 3 bar absoluta) y a alta temperatura (200°C -350°C) , comprende una cubierta tubular vertical 8 equipada en sus extremos con aberturas 9 y 10, para la entrada de los reactivos gaseosos apropiadamente precalentados, y la salida de los productos de reacción, respectivamente. Los reactivos pasan a través del reactor 7 en la forma de una fase gaseosa que comprende metanol y exceso de oxígeno. En la cubierta 8, se soportan, en una relación mutuamente separada, una pluralidad de lechos catalíticos anulares sobrepuestos lla-lle, y un intercambiador de calor 12, configurado en el centro del reactor 7, y que se extiende a lo largo de su eje longitudinal. Los lechos catalíticos lla-lle se rellenan con catalizador granular del tipo con una base de Fe-Mo, por ejemplo de molibdato férrico, con posibles adiciones de elementos tales como por ejemplo Mn, Cr, Ti, ó Co. En el ejemplo de la Figura 2, los lechos catalíticos lla-lle comprenden paredes laterales permeables al gas opuestas 13 y 14, delimitadas debajo y arriba por un fondo anular 15 impermeable al gas, y una cubierta anular 16 impermeable al gas, respectivamente.

De conformidad con una característica particularmente conveniente del proceso de acuerdo con la presente invención, los reactivos gaseosos que comprenden metanol y exceso de oxígeno, se hacen fluir a través de cuando menos uno de los lechos catalíticos lla-lle, con un flujo sustancialmente radial. De esta manera, la masa catalítica contenida en los lechos es impactada uniformemente por los flujos de gas, para obtener una distribución de temperatura uniforme, y por consiguiente, una alta selectividad en la conversión de metanol en formaldehído, y una utilización óptima de la masa catalítica, con la ventaja de un incremento en la capacidad de producción del reactor de síntesis. En una modalidad adicional del presente proceso (no mostrada) , el flujo gaseoso que cruza los lechos catalíticos, podría ser de tipo axial-radial. En este caso, la cubierta superior 16 de los lechos catalíticos lla-lle, no se utilizaría, o se haría permeable al gas. Como se muestra en la Figura 2 , el fondo 15 se extiende en un extremo hasta la pared interna de la cubierta 8 , con la que define un espacio hueco 17 para la entrada de gas hacia los lechos catalíticos lla-lle. En algunos de los lechos catalíticos lla-lld, por ejemplo, el lecho catalítico 11b, el fondo 15 se extiende también hasta una pantalla anular 18 configurada entre el lecho catalítico 11b y el intercambiador de calor 12. Por consiguiente, se define un espacio hueco 19 para la salida del gas desde el lecho catalítico 11b, en comunicación de fluido, a través de la abertura 20, con el intercambiador de calor 12 y el espacio hueco 17, para la entrada de gas del siguiente lecho catalítico 11c. En la salida desde el lecho catalítico lie, se proporciona una cámara 21 para recolectar los productos de la reacción, en comunicación de fluido con la abertura 10 para su expulsión desde el reactor 7. Gracias a esta configuración particular del reactor de la Figura 2, es posible realizar el proceso de conformidad con la presente invención, con un paso en donde se hace que el gas de síntesis fluya a través de los lechos catalíticos lla-lle, con un flujo sustancialmente radial del tipo centrípeto desde afuera hacia adentro del reactor 7. El gas de síntesis agregado al reactor 7 a través de la abertura 9 para la entrada de gas, fluye en un primer espacio hueco 17, y cruza radialmente el primer lecho catalítico lia, para recolectarse entonces en el espacio hueco 19, desde donde se hace pasar a través de la abertura 20 hasta el espacio hueco 17, para la entrada de gas del siguiente lecho catalítico llb. El gas de síntesis fluye de una manera similar a través de los lechos catalíticos restantes llb-lle, para recolectarse entonces en la cámara 20, y salir del reactor 7 a través de la abertura 10 para la salida de gas. La reacción de oxidación del metanol se conduce en los lechos catalíticos lla-lle, mediante etapas sucesivas en serie, y en cada una de éstas, el grado de conversión está limitado a valores de preferencia no mayores del 25 por ciento de la cantidad total de metanol alimentado al reactor de síntesis 7. Este control del grado de conversión del metanol en los lechos catalíticos individuales, se obtiene convenientemente mediante la limitación apropiada del volumen de catalizador en cada lecho. La reacción de síntesis en los lechos catalíticos lla-lle, tiene lugar bajo condiciones adiabáticas sin remover el calor desarrollado durante el paso de los reactivos gaseosos a través de la masa catalítica. El calor de la reacción entonces incrementará la temperatura del gas de síntesis que viene desde cada uno de los lechos catalíticos lla-lle. El incremento de temperatura de la mezcla gaseosa en el lecho catalítico, es proporcional a la cantidad de metanol oxidado, que por consiguiente, se mantiene dentro de valores tales para no ocasionar el desarrollo en el lecho catalítico de temperaturas excesivamente altas, por ejemplo mayores de 330°C - 350°C, lo cual sería perjudicial para el buen progreso de la reacción de conversión del metanol en formaldehído, y para la vida útil del catalizador. Entre un lecho catalítico lla-lld y el siguiente llb-lle, se hacen pasar los reactivos gaseosos a través del intercambiador de calor 12 sobre el lado de la cubierta, y se enfrían por medio de intercambio de calor hasta una temperatura tal que la reacción de oxidación puede reasumirse espontáneamente cuando el gas que comprende metanol y oxígeno entre en contacto con el catalizador del siguiente lecho llb-lle; en general, esta temperatura es entre 200°C y 250°C. El intercambiador de calor 12 convenientemente es del tipo de tubo anidado que comprende una pluralidad de tubos 22 mantenidos en una posición fija mediante dos placas de tubo 23 configuradas en sus extremos. El fluido refrigerante que remueve el calor de la reacción, se alimenta hacia el reactor 7 a través del conducto de entrada 25, en comunicación de fluido con la placa de tubo inferior 23, y de allí se hace pasar interna-mente a los tubos 22, para luego salir del reactor 7 apropiadamente calentado a través del conducto de salida 24, en comunicación de fluido con la placa de tubo superior 23. En general, el fluido refrigerante consiste en un mineral diatérmico o aceite sintético, una mezcla de sales fundidas, un líquido de evaporación tal como Dowthern, o un gas. De preferencia, se utiliza agua supercalentada o en evaporación, para producir vapor, el cual es útil en una planta industrial . Al proporcionar al nido de tubos, los tubos 22 del tipo denominado de bajas aletas, se pueden reducir considerablemente las dimensiones del intercambiador de calor 12, proporcionando la ventaja de un mayor espacio de reacción, y por consiguiente, un incremento en la capacidad productiva del reactor de síntesis. Como se muestra en la Figura 2, el flujo gaseoso que viene desde el último lecho catalítico lie, no se enfría, sino que se pone a disposición a su máxima temperatura para el propósito de precalentar el gas fresco que se va a alimentar hacia el primer lecho catalítico lia. El intercambio de calor entre el flujo gaseoso caliente y los reactivos gaseosos fríos, puede tener lugar en un intercambiador de calor o en un precalentador, de un tipo conocido, y por consiguiente no mostrado, configurado afuera de la cubierta 8, o adentro de ella. Como una alternativa, adentro del reactor de la Figura 2, se puede configurar un solo intercambiador de calor 12 que se extienda centralmente a lo largo de todos los lechos catalíticos lla-lle, para enfriar el flujo de gas caliente que surge desde los mismos. En otra modalidad (no mostrada) , el intercambiador de calor se puede configurar afuera de la cubierta 8. En este caso, el flujo de gas de síntesis a través de los lechos catalíticos, de preferencia será del tipo centrífugo radial desde el interior hacia el exterior del reactor 7. Los números de referencia 26 y 27 indican distribuidores toroidales para la entrada hacia los lechos catalíticos subyacentes, de un flujo líquido o gaseoso que comprende metanol u oxígeno, respectivamente. Las características funcionales de estos distribuidores, y las ventajas asociadas resultantes de la entrada intermedia de metanol y oxígeno, se describieron anteriormente con referencia a las líneas de flujo 3 y 5 de la Figura 1. Los distribuidores 26 y 27 se configuran entre los lechos catalíticos consecutivos cerca del espacio hueco 17 para la entrada de gas. De conformidad con la modalidad de la Figura 2, en la entrada hacia el segundo y el tercer lechos catalíticos 11b y 11c, convenientemente se inyecta un fluido que comprende metanol, mientras que, en la entrada hacia el último lecho catalítico lie, se inyecta un fluido que comprende oxígeno. El número y la configuración de los distribuidores 26 y 27 en la cubierta 8, puede variarse libremente en cualquier caso, dependiendo de los requerimientos específicos del reactor de síntesis.

El flujo líquido o gaseoso alimentado hacia los lechos catalíticos 11b, 11c, convenientemente tiene un contenido de metanol entre el 6 por ciento y el 8 por ciento por volumen. De conformidad con una modalidad adicional de la presente invención (no mostrada) , entre cuando menos dos lechos catalíticos consecutivos, también se proporciona un conducto de salida de gas para la extracción desde el reactor 7 de parte del flujo gaseoso que cruza los lechos catalíticos, y que comprende formaldehído, como se describió anteriormente con referencia a la línea de flujo 6 de la Figura 1. La extracción intermedia de formaldehído, igual que la distribución en los lechos catalíticos de porciones de metanol y/u oxigeno, se puede realizar como una alternativa en equipo especial configurado afuera del reactor 7. De conformidad con otra modalidad del reactor de la Figura 2, parte del flujo gaseoso que viene desde un lecho catalítico lla-lld, convenientemente se transporta a través de un conducto de derivación (no mostrado) directamente hacia el siguiente lecho catalítico llb-lle, sin pasar a través del intercambiador de calor 12. De esta manera, es posible tener influencia de un modo controlado, sobre la temperatura del flujo gaseoso alimentado hacia el siguiente lecho catalítico llb-lle. Convenientemente, el reactor representado en el ejemplo de la Figura 2, con una pluralidad de lechos catalíticos radiales y un solo intercambiador de calor central, permite obtener al mismo tiempo una estructura muy compacta y técnicamente simple, que sería muy económica, y con una utilización óptima del volumen interno del reactor, con la ventaja de un incremento en el espacio de reacción, y por consiguiente, en la capacidad productiva. En adición, el hecho de dividir el espacio de reacción en una pluralidad de lechos catalíticos conectados en serie, permite un control óptimo del progreso de la reacción de oxidación del metanol, permitiendo una minimización de las reacciones secundarias indeseables, y extendiendo la vida útil del catalizador. Al cambiar el número de los lechos catalíticos configurados en el reactor de la Figura 2 , y el volumen del catalizador contenido en los mismos, es posible controlar la reacción mientras está teniendo lugar, para ayudar, por ejemplo, en la conversión del metanol, inclusive en donde la concentración reducida de los reactivos tienda a hacerla más lenta. De una manera conveniente, el número de los lechos catalíticos es en general entre 4 y 10. Se obtuvieron resultados particularmente satisfactorios con reactores que tenían de 5 a 6 lechos catalíticos. En particular, se descubrió que, con un reactor con 5 lechos catalíticos del tipo ejemplificado en la Figura 2, es posible limitar el grado de conversión del metanol en cada lecho catalítico a aproximadamente el 20 por ciento de la cantidad total de metanol alimentado al reactor de síntesis. De esta manera, es posible obtener en los lechos una temperatura dé reacción óptima entre 220°C y 310°C, que es menor que aquella, por ejemplo, de un reactor que tenga cuatro lechos catalíticos, en donde el grado de conversión en cada lecho sea de aproximadamente el 25 por ciento, con un incremento resultante en la selectividad, y por consiguiente, en la capacidad productiva del reactor. Finalmente, gracias a la estructura especial simple y compacta del reactor de conformidad con la presente invención, las operaciones de mantenimiento y de carga y descarga de la masa catalítica, son considerablemente más simples y más rápidas, comparándose con la técnica anterior. En los siguientes ejemplos, se hace una comparación para propósitos indicativos y no limitantes de la capacidad de producción obtenida de algunas modalidades de un reactor de conformidad con la presente invención, y un reactor de acuerdo con la técnica anterior. EJEMPLO 1 Se compara la capacidad de producción de un reactor de conformidad con la presente invención, con la entrada intermedia de metanol, con la capacidad de producción de un reactor de un tipo convencional, con lechos catalíticos axiales. Adentro de los dos reactores examinados, se configuraron en una relación mutuamente separada, cuatro lechos catalíticos adiabáticos. Los reactores tienen las siguientes dimensiones: - diámetro interno de la cubierta: 3.0 metros Altura total del reactor: 20.0 metros Volumen interno del reactor: 140 metros cúbicos Volumen del catalizador del primer lecho: 1,300 litros - Volumen del catalizador del segundo lecho: 1,400 litros Volumen del catalizador del tercer lecho: 1,600 litros Volumen del catalizador del cuarto lecho: 2,800 litros Las condiciones operativas son como sigue: presión promedio: 1.3 atmósferas absolutas Temperatura en la entrada del lecho catalítico: 230°C Temperatura en la salida del lecho catalítico: 330°C Concentración de metanol 6.5 por ciento por (entrada del primer lecho) : volumen. - Concentración de oxígeno 8.0 por ciento por (entrada del primer lecho) : volumen.

En el caso del reactor de acuerdo con la técnica anterior, la cantidad total de metanol alimentado al reactor, es equivalente a la cantidad total de metanol alimentado al primer lecho catalítico, que es de 3,130 kilogramos/hora. En el reactor de conformidad con la presente invención, en adición a los 3,130 kilogramos/hora alimentados al primer lecho catalítico, convenientemente se alimentan 750 kilogramos/hora adicionales de metanol al segundo lecho, para una cantidad total de metanol de 3,835 kilogramos/hora. El metanol se alimenta a los dos reactores en fase gaseosa, y cruza los lechos catalíticos con un flujo axial. La cantidad de formaldehído producido por los dos reactores se muestra en seguida: reactor convencional: 2,720 kilogramos/hora Reactor de acuerdo con la invención: 3,360 kilogramos/hora Un incremento de 640 kilogramos/hora de formaldehído producido por el reactor de conformidad con la presente invención, corresponde a un incremento en la capacidad de producción del 23.5 por ciento, que es un resultado muy considerable, si se considera también una reducción en el consumo de energía por unidad de producto de aproximadamente el 24 por ciento.

EJEMPLO 2 Se compara la capacidad de producción de un reactor del tipo mostrado en la Figura 2 , con la capacidad de producción de un reactor convencional con lechos catalíticos axiales. Los datos para el reactor de acuerdo con la técnica anterior, corresponden a aquellos indicados en el Ejemplo 1, con referencia al reactor convencional. El reactor de conformidad con la presente invención comprende, en lugar de eso, 5 lechos catalíticos cruzados radialmente por el gas de síntesis. El volumen total de catalizador en el reactor de síntesis, suma en este caso hasta 8,450 litros, mientras que la temperatura en la salida de los lechos catalíticos es de aproximadamente 310°C. Los demás datos para las condiciones operativas corresponden a aquellos indicados en el Ejemplo 1, con referencia al reactor de conformidad con la invención. La cantidad de formaldehído producido por este reactor es de 3,430 kilogramos/hora. Gracias a la estructura particular del reactor de conformidad con la presente invención, la capacidad de producción se incrementa adicionalmente por el 1.9 por ciento con respecto al Ejemplo 1, con una reducción del volumen del reactor de aproximadamente tres veces.

EJEMPLO 3 El reactor de conformidad con la presente invención, descrito en el Ejemplo 2, comprende adicionalmente un distribuidor de gas para la adición de aire, configurado corriente arriba del quinto lecho catalítico, como se muestra en la Figura 2. La cantidad de aire alimentado al último lecho catalítico es de 4,000 Nm3/hora. Con respecto al Ejemplo 2, la adición de un flujo gaseoso que comprende oxígeno, permite tener una conversión prácticamente completa del metanol, lo cual da como resultado un incremento en la cantidad de formaldehído producido (3,470 kilogramos/hora en lugar de 3,369 kilogramos/hora) , y una reducción en el volumen del catalizador en el último lecho catalítico del 12 por ciento.

Claims (17)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la invención que antecede, se considera como una novedad, y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un proceso para la síntesis exotérmica heterogénea de formaldehído, en un reactor (7) del tipo que comprende una pluralidad de lechos catalíticos adiabáticos (lla-lle) conectados en serie, comprendiendo este proceso los pasos de: alimentar reactivos gaseosos que comprenden metanol y un exceso de oxígeno al reactor (7) , en donde el metanol alimentado al reactor de síntesis (7) se distribuye en una pluralidad de porciones, una primera de las cuales se alimenta hacia un primer lecho catalítico, mientras que cuando menos una segunda se alimenta hacia un lecho catalítico distinto dispuesto corriente abajo del primer lecho catalítico; hacer que los reactivos gaseosos fluyan a través de los lechos catalíticos adiabáticos (lla-lle) , para someter al metanol a una oxidación parcial; caracterizado porque la primera porción es una porción mayor del metanol alimentado hacia el reactor de síntesis (7) .

2. Un proceso de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 1, caracterizado porque la primera porción es aproximadamente el 82 por ciento del metanol alimentado hacia el reactor de síntesis (7) .

3. Un proceso de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 1, caracterizado porque los reactivos gaseosos se hacen fluir a través de cuando menos uno de los lechos catalíticos (lla-lle) con un flujo sustancialmente radial.

4. Un proceso de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 3, caracterizado porque los reactivos gaseosos se hacen fluir a través de cuando menos uno de los lechos catalíticos (lla-lle) con un flujo axial-radial.

5. Un proceso de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 3, caracterizado porque el flujo sustancialmente radial es del tipo centrípeto.

6. Un proceso de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 5, caracterizado porque además comprende el paso de enfriar cuando menos parte de un flujo de gas caliente que viene desde cuando menos uno de los lechos catalíticos (lla-lle) mediante intercambio de calor en un intercambiador de calor (12) configurado centralmente al reactor (1) , y que se extiende a lo largo de un eje longitudinal del mismo.

7. Un proceso de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 1, caracterizado porque el oxígeno alimentado hacia el reactor de síntesis (7) , se distribuye en cuando menos dos porciones, cada una alimentada hacia los lechos catalíticos distintos respectivos (lla-lld) .

8. Un proceso de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 7, caracterizado porque comprende el paso de: - inyectar en un flujo gaseoso que viene desde cuando menos uno de los lechos catalíticos (lla-lld) , un flujo gaseoso o líquido que comprende oxígeno.

9. Un proceso de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 1, caracterizado porque comprende el paso de: extraer el reactor (1) , cuando menos parte de un flujo de gas que viene desde cuando menos uno de los lechos catalíticos (lla-lld) .

10. Un reactor para la síntesis exotérmica heterogénea de formaldehído, del tipo que comprende: una cubierta externa vertical (8) de una forma sustancialmente cilindrica; una pluralidad de lechos catalíticos adiabáticos (lla-lle) sobrepuestos y soportados en una relación mutuamente separada en la cubierta (8) ; un distribuidor (26) de un flujo gaseoso o líquido que comprende metanol, soportado en la cubierta (8) , entre cuando menos dos lechos catalíticos consecutivos (lla-lle) ; caracterizado porque cuando menos uno de los lechos catalíticos (lla-lle) comprende paredes laterales opuestas (13, 14) que son permeables al gas, para la entrada y salida de gas, y un fondo (15) impermeable al gas.

11. Un reactor de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 10, caracterizado porque comprende un medio refrigerante (12) para enfriar cuando menos una parte del flujo gaseoso que viene desde cuando menos uno de los lechos catalíticos (lla-lle) .

12. Un reactor de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 11, caracterizado porque el medio refrigerante comprende un intercambiador de calor (12) configurado centralmente al reactor de síntesis (7) , y que se extiende a lo largo de un eje longitudinal del mismo.

13. Un reactor de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 12, caracterizado porque el intercambiador de calor (12) es de un tipo de nido de tubo o de bayoneta.

14. Un reactor de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 13, caracterizado porque el intercambiador de calor (12) es del tipo de nido de tubo, con tubos de aletas.

15. Un reactor para la síntesis exotérmica heterogénea de formaldehído, del tipo que comprende: una cubierta externa vertical (8) de una forma sustancialmente cilindrica; una pluralidad de lechos catalíticos adiabáticos (lla-lle) sobrepuestos y soportados en una relación mutuamente separada en la cubierta (8) ; un distribuidor (26) de un flujo gaseoso o líquido que comprende metanol, soportado en la cubierta (8) entre cuando menos dos lechos catalíticos consecutivos (lla-lle) ; caracterizado porque comprende un distribuidor (27) de un flujo gaseoso o líquido que comprende oxígeno, y soportado en la cubierta (8) , entre cuando menos dos lechos catalíticos consecutivos (lla-lle) .

16. Un reactor para la síntesis exotérmica heterogénea de formaldehído, del tipo que comprende: una cubierta externa vertical (8) de una forma sustancialmente cilindrica; una pluralidad de lechos catalíticos adiabáticos (lla-lle) sobrepuestos y soportados en una relación mutuamente separada en la cubierta (8) ; un distribuidor (26) de un flujo gaseoso o líquido que comprende metanol, soportado en la cubierta (8) , entre cuando menos dos lechos catalíticos consecutivos (lla-lle) ; caracterizado porque comprende un elemento para extraer del reactor cuando menos parte de un flujo gaseoso que viene desde cuando menos uno de los lechos catalíticos (lla-lld) .

17. Un reactor de conformidad con lo reclamado en la reivindicación 16, caracterizado porque dicho elemento comprende un conducto de salida de gas soportado en la cubierta, entre dos lechos catalíticos consecutivos (lla-lle) .