Conjunto reactor y refrigerador para reacciones exotérmicas.

Un conjunto reactor (1) y termocambiador (7) refrigerador el cual está compuesto de un reactor tubular que tiene un cabezal

(5) de admisión, superior y un cabezal (6) de salida, inferior, unos tubos (2) de reacción que están rellenos de un catalizador comprendido dentro de dicho reactor y soportado por un revestimiento (3) de tubo, extremo, de admisión y por un revestimiento (4) de tubo, extremo, de salida; de un termocambiador tubular que tiene un extremo superior y un extremo inferior y que comprende unos revestimientos de tubo, extremos, superiores e inferiores que soportan unos tubos comprendidos dentro de dicho termocambiador, estando el extremo superior de dicho termocambiador fijado integralmente alrededor de una abertura del cabezal de salida, inferior, del reactor, conformando así una estructura integral con el reactor, estando dicha abertura del cabezal de salida, inferior, del reactor, conformada para permitir el paso de los gases de reacción desde el reactor hasta dicho termocambiador (7) y a través de los tubos situados en dicho termocambiador (7), de manera que se enfríen dichos gases de reacción a través de un intercambio térmico indirecto con un fluido de intercambio térmico introducido dentro de dicho termocambiador (7).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2002/002197.

Solicitante: SCIENTIFIC DESIGN COMPANY INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 49 Industrial Avenue Little Ferry New Jersey 07963-1901 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: BILLIG,BARRY, BARIA,BHUPENDRA,RANIBHAI.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > Procedimientos químicos o físicos en general, llevados... > B01J8/06 (en reactores tubulares; las partículas sólidas están dispuestas en tubos)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > B01J8/00 (Procedimientos químicos o físicos en general, llevados a cabo en presencia de fluidos y partículas sólidas; Aparatos para tales procedimientos (procedimientos o dispositivos para la granulación de sustancias B01J 2/00; hornos F27B))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA... > Aparatos cambiadores de calor que tienen conjuntos... > F28D7/16 (estando las canalizaciones situadas paralelamente (F28D 7/02 - F28D 7/10 tienen prioridad))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA... > F28D7/00 (Aparatos cambiadores de calor que tienen conjuntos fijos de canalizaciones tubulares para los dos medios que intercambian calor, estando cada uno de los medios en contacto con un lado de la pared de la canalización)
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Conjunto reactor y refrigerador para reacciones exotérmicas.

Fragmento de la descripción:

Conjunto reactor y refrigerador para reacciones exotérmicas.

Antecedentes de la invención

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un conjunto reactor y refrigerador el cual es útil para conducir reacciones exotérmicas, tales como, la reacción del oxígeno molecular y etileno para formar el óxido de etileno.

Descripción de la técnica anterior

La oxidación del etileno para formar óxido de etileno se realiza convencionalmente en un reactor de carcasa y tubo. Se coloca un catalizador sólido apropiado compuesto de plata en unos tubos alargados y los gases de reacción circulan en las mismas condiciones de reacción hasta entrar en contacto con el catalizador. Se proporciona un fluido circulatorio en el lado de la carcasa para eliminar el calor generado por la reacción exotérmica.

Es muy importante que las mezclas de los gases de reacción se enfríen rápidamente después de completar la reacción deseada, a fin de minimizar la posibilidad de una oxidación completa así como unas reacciones laterales no deseadas, tales como, la formación de formaldehido y/o acetaldehido; la formación de dichos productos ocasiona unos problemas de purificación debido a que son muy difíciles de separar del producto de óxido de etileno.

La técnica anterior ha reconocido este problema y, entre las soluciones propuestas, se encuentra el uso de la última sección de los tubos del reactor para llevar a cabo la refrigeración de los gases del reactor. La patente U.S. nº 4.061.659, ha sugerido que se proporcione una zona de refrigeración adyacente a la zona de reacción, estando la zona de refrigeración rellena de unas partículas refractarias inertes que tienen un área de superficie de 0, 1 m2/g, o menos.

La patente Británica nº 1.440.091, proporciona un reactor tubular el cual está dividido en tres zonas distintas. Los gases de reacción pasan a través de los tubos los cuales en una primera sección están rellenos de unos gases inertes para proporcionar una zona de precalentamiento, en una segunda sección los tubos están rellenos de un catalizador para proporcionar una zona de reacción y estos mismos tubos, en una tercera sección están rellenos o no, de un gas inerte para proporcionar una zona de refrigeración.

La patente U.S. nº 4.921.681, proporciona un reactor tubular que forma una zona de precalentamiento, de reacción y de refrigeración.

Más recientemente, la patente U.S. nº 5.292.904 describe igualmente un reactor tubular con los tubos divididos en una zona de precalentamiento, una zona de reacción y una zona final de refrigeración, rellena.

Resumen de la invención

De acuerdo con la presente invención está provisto un conjunto reactor y refrigerador perfeccionado, que es menos caro de fabricar y de operar y el cual proporciona un enfriamiento rápido de los gases de reacción. Está provisto un reactor tubular de tipo convencional conjuntamente con un termocambiador, el cual es integral con el cabezal de descarga del reactor tubular y está adaptado para refrigerar los gases de reacción.

Breve descripción de los dibujos

El dibujo adjunto constituye una representación esquemática del conjunto reactor y refrigerador de la invención.

Descripción detallada

Haciendo referencia al dibujo, el reactor 1 es un reactor de carcasa y tubo del tipo que se emplea convencionalmente para la producción de óxido de etileno. Una multiplicidad de tubos 2 alargados están provistos en el reactor, estando los extremos de admisión (entrada) fijados al revestimiento 3 de los tubos y los extremos de descarga (salida) al revestimiento 4 de los tubos, estando el cabezal 5 de admisión del reactor provisto igual que el cabezal 6 de salida del reactor.

El documento FR nº 1.349.843, se refiere a un aparato para la conducción de reacciones y, por lo tanto, para refrigerar los productos de las reacciones, dicho aparato incluye un reactor y un termocambiador adosado al mismo. El documento FR nº 1.349.843, revela un reactor y un termocambiador, separados, los cuales están conectados, de manera que puedan soltarse, a través de un anillo 21 del termocambiador, el cual está conectado por medio de un anillo 22 (argolla) situado sobre la tapa 12 del reactor. Esta conexión no constituye una estructura integral.

Adicionalmente, el termocambiador del documento FR nº 1.349.843, está adosado a un punto medio del reactor. El extremo superior del termocambiador no está adosado al extremo inferior del reactor.

El documento FR nº 1.349.843 requiere además una partición anular 19, la cual separa físicamente los tubos del reactor de los tubos del termocambiador, conformando una partición interna; no está fijada integralmente alrededor de una abertura del reactor.

El documento U.S. nº 4.778.882 se refiere a un aparato y reacción de deshidratación química. Este aparato incluye un sistema de componentes interconectados para la retirada de agua de un sistema de reacción. No obstante, el documento U.S. nº 4.778.882 no se refiere, de ninguna manera, a la oxidación de etileno en óxido de etileno, tampoco es análoga a la función del mismo.

El termocambiador 7 de carcasa y tubo está fijado de manera integral con el cabezal 6 de salida del reactor, una abertura está provista en el cabezal 6 de salida para intercomunicarse con el termocambiador 7, estando el termocambiador 7 convenientemente soldado al cabezal 6 de salida alrededor de la abertura, conformando así una estructura integral con el reactor. El termocambiador 7 está provisto de unos tubos 8, los cuales están fijados a los revestimientos 9 y 10 de los tubos, según se ha descrito. Está provisto también un cabezal 11 de salida del termocambiador.

En la práctica, los gases de reacción, por ejemplo, etileno, oxígeno y los gases de lastre se introducen dentro del reactor 1 a través de la línea 12 y pasan en las condiciones de reacción a través de los tubos 2 del reactor, los cuales están rellenos de un catalizador de plata apropiado. El calor de la reacción se elimina por medio de un fluido circulante de transferencia de calor, tal como el agua, el cual se introduce a través de la línea 13 por el lado de la carcasa del reactor 1 y sale a través de la línea 14.

Los gases de reacción pasan a través de los tubos 2 en donde se realiza la producción de óxido de etileno y una vez que hayan salido de los tubos 2, los gases pasan al cabezal 6 de salida y después a los tubos 8 del termocambiador 7 y son refrigerados inmediatamente para evitar una oxidación e isomerización posteriores. Se introduce un fluido de refrigeración por el lado de la carcasa del enfriador 7, a través de la línea 15 y se retira a través de la línea 16. El agua es un fluido de refrigeración apropiado y preferente. Los gases de reacción enfriados salen del enfriador 7 a través de la línea 17 y son tratados de una manera convencional para la recuperación de productos y el reciclaje de varios componentes.

Una de las ventajas del conjunto reactor y refrigerador de la invención es que el termocambiador 7 puede estar diseñado expresamente de tal manera que tenga una máxima efectividad para refrigerar los gases de reacción sin las restricciones impuestas por las propuestas anteriores en donde se usan los tubos del reactor para la función de refrigeración. Las medidas del caudal, las temperaturas y similares, se regulan separadamente para el termocambiador 7, independientemente de la eliminación del calor del reactor 1.

Los tubos 8 del termocambiador pueden estar rellenos de un material sólido inerte, no obstante, no están rellenos, preferentemente, de unos materiales sólidos.

La fijación del termocambiador directamente...

 


Reivindicaciones:

1. Un conjunto reactor (1) y termocambiador (7) refrigerador el cual está compuesto de un reactor tubular que tiene un cabezal (5) de admisión, superior y un cabezal (6) de salida, inferior, unos tubos (2) de reacción que están rellenos de un catalizador comprendido dentro de dicho reactor y soportado por un revestimiento (3) de tubo, extremo, de admisión y por un revestimiento (4) de tubo, extremo, de salida; de un termocambiador tubular que tiene un extremo superior y un extremo inferior y que comprende unos revestimientos de tubo, extremos, superiores e inferiores que soportan unos tubos comprendidos dentro de dicho termocambiador, estando el extremo superior de dicho termocambiador fijado integralmente alrededor de una abertura del cabezal de salida, inferior, del reactor, conformando así una estructura integral con el reactor, estando dicha abertura del cabezal de salida, inferior, del reactor, conformada para permitir el paso de los gases de reacción desde el reactor hasta dicho termocambiador (7) y a través de los tubos situados en dicho termocambiador (7) , de manera que se enfríen dichos gases de reacción a través de un intercambio térmico indirecto con un fluido de intercambio térmico introducido dentro de dicho termocambiador (7) .

2. El conjunto de la reivindicación 1, en el que está provisto un medio para refrigerar los tubos tanto en el reactor como en el termocambiador, con agua.

3. El conjunto de la reivindicación 1, en el que el reactor está relleno de un catalizador con un soporte de plata.

4. El conjunto de la reivindicación 1, en el que el termocambiador comprende una línea de introducción de fluido.

5. El conjunto de la reivindicación 1, en el que el termocambiador comprende una línea de retirada de fluido.

6. El conjunto de la reivindicación 1, que comprende, al menos, veinte mil tubos (2) de reacción, en el que los tubos de reacción tienen una longitud desde 4, 5 m hasta 12, 2 m y un diámetro exterior de 2, 54 cm hasta 5, 08 cm.

7. El conjunto de la reivindicación 1, en el que el termocambiador está soldado alrededor de la abertura del cabezal de salida, inferior, del reactor.

8. El conjunto de la reivindicación 1, en el que el termocambiador tiene un diámetro que oscila entre aproximadamente 1, 2 m hasta 2, 4 m y contiene unos tubos cuyo número oscila entre 800 hasta aproximadamente 3000 y un diámetro exterior desde aproximadamente 2, 54 cm hasta aproximadamente 4, 45 cm.

9. Un procedimiento para la oxidación de etileno para formar óxido de etileno, el cual comprende:

a) proporcionar un conjunto reactor y termocambiador, refrigerador, según se define en la reivindicación 1, provisto de un catalizador dentro de dicho reactor que se extiende desde el cabezal de admisión, superior hasta el cabezal de salida, inferior;

b) introducir etileno y oxígeno dentro de unos tubos de reacción y hacer que el etileno y el oxígeno reaccionen dentro de los tubos de reacción para formar un gas de reacción que comprende óxido de etileno; y

c) enfriar el gas de reacción.

10. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que se introduce además un gas de lastre dentro de los tubos de reacción.

11. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que el catalizador comprende un soporte de plata.

12. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que se refrigeran los tubos de reacción.

13. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que los tubos de reacción se refrigeran con agua.

14. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que el fluido de intercambio térmico es agua.

15. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que los gases de reacción que pasan desde el reactor hasta el termocambiador tienen una temperatura que oscila desde 215ºC hasta 282ºC.

16. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que los gases de reacción se refrigeran en el termocambiador a una temperatura de 215ºC, o inferior.

17. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que la refrigeración del gas de reacción está dirigida por un fluido de intercambio térmico introducido dentro de dicho termocambiador por medio de una línea de introducción de fluido, dicho fluido de intercambio térmico se retira, subsiguientemente, por medio de una línea de retirada de fluido.

18. El procedimiento de la reivindicación 17, en el que el fluido de intercambio térmico es agua.

19. El procedimiento de la reivindicación 9, que comprende, al menos, veinte mil tubos de reacción, en el que los tubos de reacción tienen una longitud que oscila desde 4, 5 m hasta 12, 2 m y un diámetro exterior desde 2, 54 cm hasta 5, 08 cm y en el que el termocambiador tiene un diámetro que oscila entre aproximadamente 1, 2 m hasta 2, 4 m y contiene unos tubos cuyo número oscila entre 800 hasta aproximadamente 3000 y un diámetro exterior comprendido entre aproximadamente 2, 54 cm hasta aproximadamente 4, 45 cm.

20. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que el termocambiador está soldado al reactor.