MXPA99010130A - Sistema de transferencia de calor mejorado - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método y aparato para el calentamiento o enfriamiento de un material sólido (93) en un recipiente para procesos (80). El método incluye el abastecimiento de un fluido de trabajo a un recipiente que contiene un lecho empacado (93) de un material sólido. El método se caracteriza por invertir el flujo del fluido de trabajo a fin de mejorar la transferencia de calor entre un fluido intercambiador de calor y el material sólido.

Description

SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE CALOR MEJORADO La presente invención se refiere al procesamiento de una carga de un material sólido para calentar o enfriar el material sólido. La presente invención se refiere específicamente, aunque no en forma exclusiva, al procesamiento de .una carga de un material sólido, teniendo la carga baja conductividad térmica, bajo condiciones que incluyen temperatura y presión altas. La presente invención se refiere más especificamente a: (i) el mejoramiento de materiales carbonáceos, por lo común carbón, bajo condiciones que incluyen temperatura y presión altas para incrementar el valor BTU de los materiales carbonáceos eliminando el agua de los materiales carbonáceos; y (ii) enfriar los materiales carbonáceos calentados. La Patente Estadounidense No. 5,290,523 de Koppel an describe un proceso para mejorar carbón por aplicación simultánea de temperatura y presión. Koppelman describe la deshidratación térmica del carbón calentando el carbón bajo condiciones que incluyen temperatura y presión elevadas para provocar los cambios físicos en el carbón lo cual da como resultado el agua eliminada del carbón por una reacción de "compresión".

Koppelman también describe el mantenimiento de la presión suficientemente alta durante el proceso de mejoramiento de modo que el agua subproducto sea producida principalmente como un liquido más que como un_ vapor. Koppelman también describe un intervalo de opciones diferentes del aparato para realizar el proceso de mejoramiento. En términos generales, las opciones se basan en el uso de un recipiente a presión que incluye una entrada cónica invertida, un cuerpo cilindrico, una salida cónica y una unidad de tubos intercambiadores de calor colocados en el sentido vertical u horizontal colocados en el cuerpo. En un propósito de utilizar el aparato tipo Koppelman, los T:ubos colocados verticalmente y el extremo de descarga se empacan con carbón, y se inyecta nitrógeno para presurizar los tubos y el extremo de descarga. El carbón se calienta por intercambio de calor indirecto con un fluido intercambiador de calor suministrado al cuerpo cilindrico externamente de los tubos. Además la transferencia de calor se favorece suministrando agua a los tubos, la cual posteriormente forma vapor que actúa como un fluido para la transferencia de calor. La combinación de las condiciones de presión y temperatura elevadas evapora algo del agua del carbón y después condensa algo del agua como un liquido. Una porción del vapor generado después de la adición de agua también se condensa como un liquido debido a la presión elevada. El vapor que no se condensa, y que está en exceso de los requisitos de la presurización óptima del lecho empacado, debe ser ventilado. Además, los gases no condensables (por ejemplo, CO, CO2) se desprenden y es necesario ventilarlos. El liquido drena periódicamente del extremo de descarga.. Por último, después de un tiempo de • estancia prescrito, el recipiente se despresuriza y el carbón mejorado se descarga por el extremo de descarga y posteriormente se enfria. Las solicitudes internacionales PCT/AU98/00005 titulada "Un reactor", PCT/AU98/00142 titulada "Recipiente de proceso y método de tratamiento de una carga de material", y PCT/AU98/00204 titulada "Separación liquido/gas/sólido" á nombre del solicitante describe entre otros un proceso mejorado para beneficiar carbón por la aplicación simultánea de presión y temperatura al descrito por Koppelman. La descripción en las solicitudes internaciones se incorpora en la presente como referencia. — La solicitud internacional del PCT/AU98/00142 es particularmente importante en el contexto de la presente invención. La solicitud internacional describe que el solicitante encontró que la transferencia de calor mejorada se puede obtener calentando o enfriando una carga de carbón u otro material sólido que tenga una conductividad térmica baja en un recipiente a presión utilizando un fluido operante que fluye a presión a través del recipiente desde un extremo de admisión a un extremo de descarga en virtud de una presión aplicada y recircula al extremo de admisión. La modalidad preferida que se muestra en la Figura 7 de la solicitud internacional se basa en el uso de un ventilador centrifugo colocado en el exterior del recipiente como el edio de aplicación de la presión necesaria para crear el flujo del fluido operante. Un objeto de la presente invención es proporcionar un proceso y aparato mejorados para beneficiar carbón por la aplicación simultánea de presión y temperatura en comparación con los descritos por Koppelman y en las solicitudes internacionales antes mencionadas. De acuerdo con la presente invención se proporciona un método de calentamiento y enfriamiento de un material sólido en un recipiente de proceso, el método comprende: (a) suministrar una carga de material sólido al recipiente para formar un lecho empacado; (b) suministrar un fluido operante al recipiente; (c) calentar o enfriar el material sólido por intercambio de calor con un fluido intercambiador de calor por las superficies internas de transferencia de calor en el lecho empacado, con lo cual ocurre el intercambio de calor indirecto entre el fluido para la transferencia de calor y la carga y entre el fluido para la transferencia de calor y el fluido operante, y con lo cual ocurre el intercambio de calor directo entre el fluido operante y la carga; y (d) mejorar el intercambio de calor durante el paso (c) de calentamiento o enfriamiento invirtiendo el flujo del fluido operante de la siguiente manera: (i) hacer que el fluido operante fluya en una primera dirección durante un primer periodo de tiempo; (ii) hacer que el fluido operante fluya en una segunda dirección durante un segundo periodo de tiempo; y (iii) repetir los pasos (i) y (ii) . El paso del mejoramiento del intercambio de calor antes descrito (d) en adelante se conocerá como "flujo inverso" del fluido operante. Se prefiere que la segunda dirección, sea opuesta a la primera dirección. La presente invención se basa en conseguir que el flujo invertido del fluido operante pueda mejorar significativamente el intercambio de calor indirecto entre el fluido intercambiador de calor y el material sólido y que los requisitos de energía para invertir el flujo del fl ido operante sean relativamente bajos.

Se prefiere que el método además comprenda la presurización del lecho empacado antes o durante el paso de calentamiento o enfriamiento (c) con gas suministrado en forma externa, vapor generado en el interior, o ambos. Se prefiere particularmente que el método además comprenda la presurización del lecho empacado antes o durante el paso de enfriamiento o calentamiento (c) a una presión operante de hasta 800 psig. Se prefiere que el fluido operante sea un gas. En situaciones donde el fluido operante es un gas, debido a que el fluido operante es compresible y el lecho empacado tiene resistencia al flujo, algo del flujo será almacenado como gas comprimido en el recipiente (y cualquier tubería asociada) . El grado de este efecto de capacitancia depende de una serie de factores, como puede ser el tamaño de partícula en el lecho empacado, la presión operante, el flujo de masa, la frecuencia y volumen compresible. Se prefiere que el sistema sea diseñado para que el efecto de la capacitancia represente menos que 10% del flujo de la masa del fluido operante. Se prefiere que el gas operante no sufra un cambio de fase en las condiciones operantes del método. Se observará que en algunos casos puede haber un beneficio en el uso de un gas operante que contenga un componente condensable. Los gases que pueden ser utilizados como el gas operante incluyen oxígeno, nitrógeno, vapor, SO2, C02, hidrocarburos, gases nobles, refrigerantes y mezclas de los mismos. Se prefiere que el fluido operante sea no reactivo con el lecho. Se prefiere que la frecuencia del flujo inverso sea menor que 10 HZ y, de mayor preferencia, que sea menor que 3 HZ. Se prefiere particularmente que la frecuencia del flujo inverso sea menor que 2 HZ . La duración del primero y segundo periodos de tiempo del flujo inverso puede ser la misma de modo que no haya un flujo neto del fluido operante a través del recipiente. De otra manera, la duración del primero y segundo periodos de tiempo puede ser diferente de modo que exista un gasto neto del fluido operante a través del recipiente lo cual produce un flujo circulante neto del fluido operante en el recipiente. El flujo inverso del fluido operante puede ser una serie de pasos sucesivos con el flujo en la segunda dirección fluyendo inmediatamente al flujo en la primera dirección, y estos pasos siendo repetidos inmediatamente después. El flujo inverso del fluido operante también puede ser cualquier variación adecuada. Por ejemplo, puede haber una pausa entre la inversión del flujo entre la primera y segunda direcciones. Por medio de otro ejemplo, puede haber una pausa después del flujo en una dirección y después de otro flujo en la misma dirección antes de invertir el flujo a la dirección opuesta. Por medio de otro ejemplo, puede haber un flujo en una dirección, seguido por una pausa, y otro flujo en la misma dirección. Esta variación produce un gasto circulante neto del fluido operante en el recipiente. Como se observa en lo anterior, la presente invención se dirige particularmente al calentamiento y enfriamiento del material carbonáceo, por lo común carbón. Durante el uso del método para este propósito, se prefiere que el paso de calentamiento consista en: (a) calentar el material carbonáceo a una temperatura i por intercambio de calor indirecto con el fluido intercambiador de calor y sin 'mejoramiento del intercambio de calor por la inversión del flujo del fluido operante; y (b) calentar el material carbonáceo a una temperatura superior T2 por intercambio de calor indirecto con el fluido intercambiador de calor y mejorando el intercambio de calor invirtiendo el flujo del fluido operante. Se prefiere particularmente que el paso de calentamiento consista en: (a) calentar el material carbonáceo a una temperatura T0 por intercambio de calor indirecto con el fluido intercambiador de calor y mejorando el intercambio de calor invirtiendo el flujo del fluido operante; (b) calentar el material carbonáceo a una temperatura Ti superior por intercambio de calor indirecto con el fluido intercambiador de calor y sin mejorar el intercambio de calor invirtiendo el flujo del fluido operante; y (c) calentar el material carbonáceo a una temperatura T2 superior por intercambio de calor indirecto con el fluido intercambiador de calor y mejorando el intercambio de calor invirtiendo el flujo del fluido operante. Se prefiere que la temperatura T0 sea o se aproxime a la temperatura a la cual el agua comienza a exudar del material carbonáceo . Se prefiere que la temperatura Tx sea o se aproxime al punto de ebullición del agua a la presión del proceso en el recipiente. Se prefiere que el flujo invertido del fluido operante sea causado por una unidad de bomba. Se prefiere que la unidad bomba consista en: (a) un alojamiento de bomba: (b) un pistón deslizable colocado en el alojamiento de la bomba que divida el alojamiento de la bomba en una primera cámara y una segunda cámara, cada cámara teniendo un orificio para que el fluido operante fluya hacia y desde la cámara; (c) un medio para mover el pistón en el sentido axial en direcciones opuestas en el alojamiento de la bomba para incrementar el volumen en una de las cámaras y disminuir el volumen en la otra de las cámaras; (d) un conducto conectado a cada orificio d.e cámara, teniendo cada conducto una entrada/salida en el recipiente, y la entrada/salida del conducto desde la primera cámara estando separado de la entrada/salida del conducto de la segunda cámara. Se puede apreciar fácilmente que con el arreglo antes descrito el movimiento axial del pistón ''en una dirección bombea el fluido operante desde la primera cámara hacia el recipiente a través de la entrada/salida asociadas y extrae el fluido operante del recipiente hacia la segunda cámara por la entrada/salida asociadas. Además, el movimiento axial subsecuente del pistón en la dirección opuesta bombea el fluido operante desde la segunda cámara hacia el recipiente a través de la entrada/salida asociadas y extrae el fluido operante desde el recipiente hacia la primera cámara a través de la entrada/salida asociadas. El movimiento axial sucesivo del pistón en direcciones opuestas provoca la inversión sucesiva del flujo del fluido operante en el recipiente.

Los resultados del trabajo de modelado por computador realizados por el solicitante indican que la tasa del gasto de masa del fluido operante por área transversal unitaria del lecho empacado es el determinante primordial de la tasa de transferencia de calor. En una situación donde la inversión del flujo del fluido operante se realiza por la unidad de bomba descrita en los párrafos (a) a (d) anteriores, los factores que afectan la velocidad de flujo de masa del fluido operante incluyen, pero no se limitan a, la frecuencia del flujo invertido, el volumen de barrido de las cámaras, la velocidad del pistón y la densidad del fluido operante. Se puede observar fácilmente que estos factores pueden ser seleccionados como se "'requiera para una configuración de recipiente determinada a fin de aumentar al máximo la velocidad de transferencia de calor para este recipiente. La unidad de bomba puede estar ubicada dentro o fuera del recipiente. Cuando la unidad de bomba se ubica dentro del recipiente, el alojamiento de la bomba puede estar en cualquier ubicación adecuada en el recipiente. Por ejemplo, el alojamiento de la bomba puede estar ubicado en una sección superior del recipiente. Por medio de otro ejemplo, el alojamiento de la bomba puede estar colocado en una sección inferior del recipiente parcial o completamente sumergida en agua exudada del material sólido durante la operación del método. Cuando la unidad de bomba este ubicada fuera del recipiente, el alojamiento de la bomba puede estar en cualquier ubicación adecuada. Por ejemplo, el alojamiento de la bomba puede estar ordenada de modo que una de las cámaras este parcial o completamente llena con agua exudada del material sólido durante el funcionamiento del método. Se prefiere que las entradas/salidas de la primera y segunda cámaras estén separadas axialmente en el recipiente de modo que, en un sentido general (y teniendo en mente el flujo tortuoso localizado del fluido operante alrededor del material sólido en el lecho empacado) el flujo invertido en el lecho empacado sea axial. Se prefiere que las entradas/salidas de la primera y segunda cámaras estén ubicadas en las secciones superior e inferior, respectivamente, del recipiente. Se prefiere que haya una pluralidad de unidades bomba arregladas en serie con las entradas/salidas colocadas a lo largo de la longitud del lecho empacado de modo que cada unidad de bomba ocasione la inversión del flujo en una sección axial diferente del lecho. Con este arreglo se prefiere que las unidades de las bombas adyacentes estén ordenadas para operar fuera de la fase para proporcionar la inversión del flujo del fluido operante.

En un arreglo alternativo se prefiere que exista una pluralidad de unidades bombas ordenadas en paralelo. En una variación de la unidad de bomba descrita antes, en lugar del medio que mueve el pistón ordenado para mover el pistón en forma alterna en direcciones opuestas en el alojamiento de la bomba, se prefiere que el medio que mueve el pistón este ordenado para mover el pistón solo en una dirección. Esta variación de una acción depende de la capacidad de compresión del fluido operante en el recipiente (o en una cámara asociada en comunicación hidráulica con el recipiente) para almacenar el fluido operante a una presión e impulsar la acción inversa del pistón. En la variación de una acción se prefiere que la unidad de bomba consista en: (a) un alojamiento de la bomba; (b) un pistón deslizable colocado en el alojamiento de la bomba, el alojamiento de la bomba y el pistón definiendo una cámara de la bomba, la cámara de la bomba teniendo un orificio para que el fluido operante fluya hacia y desde la cámara; (c) un medio para mover el pistón en el sentido axial en el alojamiento de la bomba para disminuir el volumen de la cámara, a fin de forzar por este medio el fluido operante desde la cámara; y (d) un conducto conectado al orificio de la cámara y con una entrada/salida en el recipiente. De acuerdo con la presente invención también se proporciona un aparato para el calentamiento o enfriamiento de una carga de material sólido, el aparato consiste en: (a) un recipiente que define un volumen interno, el recipiente tiene: (i) un extremo de admisión que tiene una entrada para el material sólido; y (ii) un extremo de descarga que tiene una salida para el material sólido; (b) una pluralidad de superficies para la transferencia de calor en el recipiente; (c) un medio para abastecer un fluido'' intercambiador de calor al recipiente para calentar o enfriar el material sólido en el recipiente por intercambio de calor indirecto a través de las superficies para la transferencia de calor; (c) un medio para mejorar el intercambio de calor durante el calentamiento o enfriamiento mediante: (i) hacer que un fluido operante fluya en contacto con el material sólido en el recipiente en una primera dirección durante un primer periodo de tiempo; (ii) hacer que el fluido operante fluya en contacto con el material sólido en el recipiente en una segunda dirección opuesta a la primera dirección durante un segundo periodo de tiempo; y (iii) invertir en forma sucesiva el flujo del fluido operante durante el primero y segundo periodos de tiempo. Se prefiere que el aparato además comprenda un medio para suministrar un fluido para presurizar el recipiente. Se prefiere que el medio para hacer la inversión del flujo del fluido operante consista en la unidad de bomba antes descrita. La presente invención se describe además por medio del ejemplo con referencia al dibujo que le acompaña el cual es un diagrama esquemático de una modalidad preferida de un aparato para el calentamiento de un material sólido de acuerdo con la presente invención. La siguiente descripción es en contexto de mejoramiento de carbón. Se observará que la presente invención no se limita a esta aplicación y se extiende al procesamiento de cualquier material sólido adecuado. Con referencia a la Figura, el aparato consiste en un recipiente a presión 80 que tiene una entrada cónica invertida 62, un cuerpo cilindrico 64, una salida cónica 66 y una unidad de placas intercambiadoras de calor colocadas en el sentido vertical 83 colocadas en el cuerpo 64 y la salida cónica 66. Las placas 83 son del tipo descrito en la solicitud internacional PCT/AU98/00005 y comprende canales y múltiples (no se muestran) para un fluido intercambiador de calor, como puede ser aceite. La entrada cónica 62 comprende: (i) una unidad de válvula 88 para permitir que el carbón sea suministrado al recipiente 80 para formar un lecho empacado 93 en el recipiente; (ii) un medio de admisión gas/líquido 91 para suministrar al recipiente 80 un gas operante para mejorar el intercambio de calor y un gas/líquido para presurizar el recipiente; y (iii) una descarga de gas 90 para permitir que el gas sea ventilado del recipiente 80 si la presión en el recipiente 80 llega a un nivel predeterminado. La salida cónica 66 consiste en una válvula 85 para permitir que el carbón procesado sea descargado del recipiente 80, y una salida de gas/líquido 92 para descargar el gas y el líquido del recipiente 80. Una configuración de la salida cónica 66 con respecto a la separación de gas/líquido/sólidos es como se describe en la solicitud internacional PCT/AU98/00204. El aparato se adapta para procesar carbón en lotes. No obstante, se observará que la presente invención no se limita y se extiende al procesamiento continuo de carbón (y otros materiales sólidos) . El aparato además comprende un medio para mejorar el intercambio de calor entre el fluido intercambiador de calor que fluye a través de los canales (no se muestra) en las placas 83 y el carbón en el lecho empacado 93 provocando una inversión del flujo del fluido operante en el recipiente 80. En el contexto de la modalidad preferida, la inversión del flujo es el movimiento sucesivo hacia arriba y hacia abajo del gas operante en el lecho empacado 93 durante periodos de tiempo relativamente cortos. Se observará que la descripción del movimiento del gas operante como "hacia arriba" y "hacia abajo" debe entenderse en el sentido general que el arreglo del carbón en el lecho empacado 93 hace que el gas operante se mueva en un camino tortuoso a nivel local. En cualquier caso, como se señaló antes, el solicitante ha encontrado en el trabajo de modelado por computadora que el flujo invertido del gas operante en el recipiente 80 mejora significativamente la transferencia de calor a un nivel comparable con el logrado por el flujo circulante del fluido operante como se propone en la solicitud internacional PCT/ÁU98/00142. En particular, el trabajo de modelado en computador indica que el flujo invertido de frecuencia relativamente baja (de preferencia <10HZ, de mayor preferencia <3HZ, por lo común 2HZ) proporciona mejoramiento óptimo de la transferencia de calor en el procesamiento del carbón. El medio para el mejoramiento del intercambio de calor consiste en una unidad de bomba que incluye un pistón de doble acción 101 ubicado en un alojamiento de la bomba 100. El pistón 101 divide el alojamiento de la bomba 100 en dos cámaras 72, 74. El pistón 101 está conectado por una varilla conectora 103 a una unidad hidráulica de pistón/cilindro con movimiento de traslación 102 que es energizada por una bomba hidráulica 107. La bomba hidráulica 107 puede ser energizada por cualquier medio adecuado. Por ejemplo, la bomba hidráulica 107 puede ser energizada cuando menos en parte por la presión del gas ventilado del recipiente 80 a través de la descarga de gas 90. El fluido hidráulico es suministrado a la unidad de pistón/cilindro 102 por la tubería 106. El arreglo es tal que la bomba hidráulica 107 hace que el pistón 101 se mueva hacia abajo y hacia arriba en forma alterna en el alojamiento de la bomba 100 para incrementar y disminuir alternativamente el volumen de las cámaras 72, 74. La cámara 72 esta conectada a la entrada cónica 62 del recipiente 80 por un conducto 104, y la cámara 74 esta conectada a la salida cónica 66 del recipiente 80 por un conducto 95. El arreglo es tal que, en el uso, el movimiento del pistón 101: (i) empuja el gas operante de la cámara 72 hacia la entrada cónica 62 del recipiente 80 conforme la cámara 72 se contrae; y (ii) extrae el gas operante hacia la cámara 74 desde la salida cónica 66 del recipiente 80 a medida que la cámara 74 se expanda. De la misma manera, el movimiento sucesivo hacia abajo del pistón 101 empuja el gas operante desde la cámara 74 hacia la salida cónica 66 conforme la cámara 74 se contrae, y extrae el gas operante hacia la cámara 72 desde la entrada cónica 66 del recipiente 80 a medida que la cámara 72 se expande . El efecto neto del movimiento alterno hacia arriba y hacia abajo del pistón 101 es hacer un flujo alterno hacia arriba y hacia abajo (es decir, se invierte el flujo) del gas operante en el recipiente 80. El uso del flujo invertido del gas operante tiene diversas ventajas. Por ejemplo, los requisitos del equipo para obtener el flujo invertido pueden ser significativamente menos complejos que para el flujo circulante del gas operante por medio de un ventilador centrífugo como se propone en la solicitud internacional PCT/AU98/00142. Por ejemplo, la unidad de bombeo mostrada en la figura puede ser una bomba de desplazamiento positivo sin válvula con requisitos mínimos para las juntas para alta presión que podría esperarse relativamente libre de mantenimiento.

En una modalidad preferida del método de la presente invención para calentar carbón utilizando el aparato que se muestra en la figura, el lecho empacado 93 de carbón se forma en el recipiente 80 suministrando una carga de carbón por la válvula de admisión 88 y el gas operante por la entrada de gas/líquido 91. Después, el recipiente 80 es presurizado suministrando un gas adecuado por la entrada de gas/líquido 91, y el fluido intercambiador de calor a una temperatura elevada pasa a través de los canales (no se muestran) en las placas 83. Como consecuencia, el carbón se calienta y el agua se "exprime" del carbón por los mecanismos descritos por Koppelman y en las solicitudes internacionales antes referidas. En una primera fase, antes de que el agua sea exudada del carbón, la unidad de bomba opera para hacer el flujo invertido del gas operante en el recipiente para mejorar la transferencia de calor. En una segunda fase, durante la cual el agua es exudada del carbón por los mecanismos de "compresión", no se requiere flujo invertido del gas operante y por tanto no opera la unidad de _bomba. En una tercera fase, después de la eliminación substancial del agua del carbón, la unidad de bomba opera para mejorar la transferencia de calor invirtiendo el flujo del gas operante a medida que el carbón se calienta hasta una temperatura final del proceso.

Múltiples modificaciones pueden hacerse a la modalidad preferida descrita antes sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. Por ejemplo, mientras que la modalidad preferida del medio para el mejoramiento del intercambio de calor antes descrito incluye un pistón de doble acción 101 ubicado en un alojamiento de bomba 100 externo al recipiente 80 y conectado con las secciones superior e inferior del recipiente 80, es evidente que la presente invención no se limita y se extiende a cualquier dispositivo adecuado para causar la inversión del flujo del fluido operante. Las alternativas adecuadas incluyen: (i) múltiples dispositivos en paraleló para invertir el flujo, operando en fase; (ii) dispositivos automáticos para invertir el flujo los cuales ventilan el fluido operante para impulsar el pistón; (iii) una sola conexión para el recipiente a fin de proporcionar el flujo invertido almacenando el fluido operante en el lecho empacado y en una cámara en el extremo alejado del lecho; y (iv) válvulas en la unidad de bomba para hacerla unidireccional ; (v) incorporar una válvula sin retorno en el pistón para permitir un flujo invertido muy lento que puede ser utilizado para mejorar el drenado del lecho empacado con el flujo del fluido operante; y (vi) una bomba con el medio válvula separado para crear el flujo invertido. Por medio de otro ejemplo, dentro del alcance de hacer el flujo invertido por medio de opciones diferentes a las basadas en bombas antes descritas. Una alternativa es despresurizar y/o presurizar el recipiente 80 con inyección de agua y la ventilación adecuada del recipiente. Por medio de otro ejemplo, aunque la modalidad preferida del medio para el mejoramiento del intercambio de calor antes descrito se describe el contexto de un solo recipiente 80, se puede apreciar fácilmente que la presente invención no se limita a esto y se extiende a los arreglos en los cuales los medios para el mejoramiento del intercambio de calor están conectados a una serie de recipientes 80.

Claims (22)

REIVINDICACIONES

1. Un método de calentamiento o enfriamiento de un material sólido en un recipiente de proceso, cuyo método consiste en: (a) suministrar una carga del material sólido al recipiente para formar un lecho empacado; (b) suministrar un fluido operante al recipiente; (c) calentar o enfriar el material sólido por intercambio de calor con un fluido intercambiador de calor a través de las superficies internas para transferencia de calor en el lecho empacado, por este medio ocurre el intercambio de calor indirecto entre el fluido para la transferencia de calor y la carga y entre el fluido para la transferencia de calor y el fluido operante, y por este medio ocurre el intercambio de calor directo entre el fluido operante y la carga; y (d) mejorar el intercambio de calor durante el paso de calentamiento o enfriamiento (c) invirtiendo el flujo del fluido operante por medio de: (i) hacer que el fluido operante fluya en una primera dirección durante un primer periodo de tiempo; (ii) hacer que el fluido operante fluya en una segunda dirección durante un segundo periodo de tiempo; y (iii) repetir los pasos (i) y (ii) .

2. El método definido en la reivindicación 1, en donde la segunda dirección es opuesta a la primera dirección.

3. El método definido en la reivindicación 1 o la reivindicación 2 además comprende presurizar el lecho empacado antes o durante el paso de calentamiento o enfriamiento (c) con gas suministrado desde el exterior, vapor generado en el interior o ambos .

4. El método definido en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el fluido operante es un gas .

5. El método definido en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la frecuencia del flujo invertido es menor que 10 HZ .

6. El método definido en la reivindicación 5, en donde la frecuencia del flujo invertido es menor que 3 HZ .

7. El método definido en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la duración del primero y segundo periodos de tiempo de la inversión del flujo es la misma de modo que no hay un gasto neto del fluido operante a través del recipiente.

8. El método definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la duración del primero y segundo periodos de tiempo de la inversión del flujo es diferente de modo que hay un gasto neto del fluido operante a través del recipiente lo cual produce un gasto circulante neto del fluido operante en el recipiente.

9. El método definido en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la inversión del flujo del fluido operante ocurre en una serie de pasos sucesivos con el flujo en la segunda dirección inmediatamente siguiendo al flujo en la primera dirección y estos pasos siendo repetidos inmediatamente después.

10. El método definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde hay una pausa entre el flujo en la primera dirección y el flujo en la segunda dirección.

11. El método definido en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde hay una pausa después del flujo en una dirección y después del otro flujo en la misma dirección antes de invertir el flujo a la dirección opuesta.

12. Un aparato para calentar o enfriar una carga de material sólido, el aparato consiste en: (a) un recipiente definiendo un volumen interno, el recipiente tiene: (i) un extremo de admisión que tiene una entrada para el material sólido; y (ü) un extremo de descarga que tiene una salida para el material sólido; (b) una pluralidad de superficies para la transferencia de calor en el recipiente; (c) un medio para suministrar un fluido intercambiador de calor al recipiente para el calentamiento o enfriamiento del material sólido en el recipiente por intercambio de calor indirecto a través de las superficies para la transferencia de calor; (d) un medio para mejorar el intercambio de calor durante el calentamiento o enfriamiento provocando la inversión del flujo de un fluido operante (i) hacer que un fluido operante fluya en contacto con el material sólido en el' recipiente en una primera dirección durante un primer periodo de tiempo; (ii) hacer que el fluido operante fluya en contacto con el material sólido en el recipiente en una segunda dirección durante un segundo periodo de tiempo; y (iii) invertir sucesivamente el flujo del fluido operante durante el primero y segundo periodos de tiempo .

13. El aparato definido en la reivindicación 12 además comprende un medio para suministrar un fluido para presurizar el recipiente.

14. El aparato definido en la reivindicación 12 o la reivindicación 13, en donde el medio para hacer la inversión del flujo del fluido operante consiste en una unidad de bomba.

15. El aparato definido en la reivindicación 14, en donde la unidad de bomba comprende: (a) un alojamiento de bomba: (b) un pistón deslizable colocado en el alojamiento de la bomba y dividiendo el alojamiento de la bomba en una primera cámara y una segunda cámara, cada cámara teniendo un orificio para que el fluido operante fluya hacia y desde la cámara; (c) un medio para mover el pistón en el sentido axial en direcciones opuestas en el alojamiento de la bomba para incrementar el volumen en una de las cámaras y para disminuir el volumen en la otra de las cámaras; (d) un conducto conectado a cada orificio de la cámara, cada conducto tiene una entrada/salida en el recipiente, y la entrada/salida del conducto desde la primera cámara estando separado de la entrada/salida del conducto de la segunda cámara.

16. El aparato definido en la reivindicación 15, en donde la unidad de bomba se localiza fuera del recipiente.

17. El aparato definido en la reivindicación 15, en donde la unidad de bomba esta ubicada dentro del recipiente.

18. El aparato definido en la reivindicación 17, en donde las entradas/salidas de la primera y segunda cámaras están separadas axialmente en el recipiente de modo que, en un sentido general, la inversión del flujo en el lecho empacado es axial .

19. El aparato definido en la reivindicación 18, en donde las entradas/salidas de la primera y segunda cámaras están ubicadas en las secciones superior y la inferior del recipiente.

20. El aparato definido en la reivindicación 18 comprende una pluralidad de unidades de bomba arregladas en serie con las entradas/salidas colocadas -'a lo largo de la longitud del lecho empacado de modo que cada unidad de bomba provoca la inversión del flujo en una sección axial diferente del lecho.

21. El aparato definido en la reivindicación 20, en donde las unidades de las bombas adyacentes están ordenadas para funcionar fuera de fase para proporcionar inversión del flujo del fluido operante.

22. El aparato definido en la reivindicación 18, en donde hay una pluralidad de unidades de bombas ordenadas en paralelo.