Proceso para realizar una reacción endotérmica.

Proceso para realizar una reacción endotérmica en un reactor que comprende una sección para proporcionar calor que contiene un medio para proporcionar calor que comprende al menos un quemador que contiene tubos de catalizador

, conteniendo los tubos de catalizador un catalizador que promueve la reacción endotérmica, comprendiendo el proceso las etapas de,

a. poner en contacto el catalizador contenido en los tubos de catalizador con un flujo de alimentación que pasa a través de los canales desde un extremo de entrada hasta un extremo de salida,

b. poner en contacto una superficie externa de los tubos de catalizador con un flujo de un medio de calentamiento que tiene una temperatura de calentamiento inicial y que fluye en paralelo con el flujo de las alimentaciones para calentar la superficie únicamente por convección, colocando la sección para proporcionar calor del reactor bajo un ángulo con respecto a la sección del reactor del mismo para dejar un paso para el medio de calentamiento pero bloqueando cualquier trayectoria óptica recta al tubo de catalizador para radiación desde los quemadores, o aislando térmicamente los tubos de catalizador en aquellas partes de los mismos que están orientadas hacia las llamas del quemador,

c. mezclar al menos parte del medio de calentamiento después de haber puesto en contacto los tubos de catalizador con un flujo de medio de calentamiento reciente que tiene una temperatura de partida mayor que la temperatura de calentamiento inicial y que forma el medio de calentamiento paralelo que tiene la temperatura de calentamiento inicial.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/005265.

Solicitante: SAUDI BASIC INDUSTRIES CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Arabia Saudita.

Dirección: P.O. BOX 5101 11422 RIYADH ARABIA SAUDITA.

Inventor/es: KOSTERS, PETER HUBERTUS.

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 C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA ORGANICA > COMPUESTOS ACICLICOS O CARBOCICLICOS (compuestos... > Preparación de hidrocarburos a partir de hidrocarburos... > C07C5/32 (por deshidrogenación con formación de hidrógeno libre)

PDF original: ES-2496171_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Proceso para realizar una reacción endotérmica La invención se refiere a un proceso para realizar una reacción endotérmica en un reactor que contiene tubos de catalizador, conteniendo los tubos de catalizador un catalizador que promueve la reacción endotérmica.

El documento DE-10229661-A describe un proceso para la deshidrogenación catalítica de alcanos, que es un ejemplo de una reacción de equilibrio endotérmico. Este documento desvela un proceso en el que los tubos que contienen un catalizador se calientan mediante quemadores situados entre los tubos. Controlando el calor producido por los quemadores se consigue imponer un perfil de temperatura deseado a lo largo de la longitud de los tubos, para conseguir una selectividad y una tasa de conversión elevadas y continuas. Sin embargo, no se da una divulgación concreta sobre cómo debe realizarse en la práctica. Adicionalmente, el uso de quemadores en las proximidades de los tubos de catalizador provoca el calentamiento por radiación de los tubos, lo que puede dar lugar a puntos calientes, lo que requiere un material para tuberías resistente a alta temperatura que es caro, y provoca la formación de coque local, lo que necesitará regeneración frecuente del catalizador y puede conducir a la obturación de los tubos. Como un problema adicional asociado con la alta temperatura local, pueden ocurrir reacciones secundarias no deseadas adicionales.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso para realizar una reacción de equilibrio endotérmico que provoque un perfil de temperatura favorable a lo largo de los tubos de reacción, evitando puntos calientes locales.

A partir del documento GB 1549736 se conoce un horno de reformador que desvela un proceso en el que se evita que caiga el calentamiento radiante desde la sección de quemador del horno en los tubos del reformador.

Este objetivo se consigue de acuerdo con la invención mediante el proceso que comprende las etapas de la reivindicación 1 y mediante un reactor de acuerdo con la reivindicación 5.

Usando calentamiento convectivo de los tubos en combinación con recirculación parcial del medio de calentamiento puede garantizarse una temperatura de calentamiento inicial que está por debajo del nivel máximo, de manera que pueden usarse materiales comunes y más baratos como el acero inoxidable para los tubos. El presente proceso permite controlar el caudal y la temperatura de calentamiento inicial del medio de calentamiento independientemente, de manera que el perfil de temperatura a lo largo de los tubos puede controlarse con mucha precisión. Adicionalmente, dicho caudal y temperatura de calentamiento inicial en combinación con las dimensiones del tubo, pueden elegirse de manera que puede conseguirse un perfil de temperatura axial óptimo a lo largo de los tubos.

El catalizador contenido en los tubos de catalizador se pone en contacto con un flujo de alimentación que pasa a través de los tubos desde un extremo de entrada hasta un extremo de salida. Al desplazarse a través de los tubos de alimentación se convertirá en el producto deseado.

Preferentemente, el flujo de alimentación se somete a una caída de presión crítica en el extremo de entrada de cada tubo. Esto evita diferentes caudales de alimentación a través de los diferentes tubos. Caudales menores en algunos tubos conducirán a mayores temperaturas en esos tubos, potencialmente hasta altas temperaturas no deseadas, provocando la degradación del catalizador y reacciones secundarias no deseadas en esos tubos. La formación de coque es una de las reacciones secundarias no deseadas y disminuirá adicionalmente el caudal y, finalmente, conducirá a la obturación de ese tubo.

Los catalizadores aplicables en el proceso de acuerdo con la invención son esencialmente catalizadores en forma de partícula, que preferentemente están presentes como un lecho fijo en los tubos.

A continuación se supondrá que los tubos del reactor discurren verticalmente y que las corrientes paralelas de alimentaciones y medio de calentamiento discurren en una dirección ascendente desde la parte inferior, denominada fondo o entrada, hasta la parte más alta, parte superior o salida de los tubos. También es posible realizar el proceso de la invención con dichas corrientes que circulan en paralelo en una dirección descendente, o aplicar un reactor en el cual los tubos discurren horizontalmente o a un ángulo respecto al plano horizontal.

La temperatura de calentamiento inicial del medio de calentamiento es considerablemente mayor que la temperatura de la alimentación que entra en los tubos de catalizador. La entalpía del medio de calentamiento será suficiente para compensar el calor consumido por la reacción endotérmica de la alimentación y calentar la mezcla de alimentación/producto en los tubos. La diferencia de temperatura entre el medio de calentamiento y los contenidos de los tubos es la fuerza impulsora para este intercambio de calor. Esta diferencia disminuirá a lo largo de los tubos, desde la entrada hasta la salida, y también la velocidad de transferencia de calor disminuirá desde la entrada hasta la salida. Puesto que la cantidad restante de alimentación no convertida también disminuirá desde la entrada hasta la salida, se requiere también menos calor de compensación. Preferentemente, el caudal y la temperatura inicial del

medio de calentamiento se eligen de manera que la temperatura de los contenidos del tubo no disminuirá a lo largo del tubo desde el fondo hasta la parte superior y, más preferentemente, se eligen de manera que dicha temperatura aumenta continuamente a lo largo de los tubos. El caudal y la temperatura inicial del medio de calentamiento se elegirán de manera que la temperatura de las paredes del tubo y los contenidos del tubo en su extremo de salida permanezcan por debajo de una temperatura a la que pueden ocurrir la descomposición de la alimentación o el producto, la formación de coque y otras reacciones secundarias no deseadas.

En el proceso de acuerdo con la invención, la reacción en la entrada de los tubos transcurrirá a una alta velocidad debido a la presencia de una mayor cantidad de alimentación no convertida. La alta temperatura inicial del medio de calentamiento compensará el calor consumido e incluso elevará la temperatura de los contenidos del tubo. Debido al calentamiento continuo adicional a lo largo de la longitud del tubo, la reacción sigue de cerca el aumento de la conversión de equilibrio, dando como resultado una alta conversión de la alimentación en el extremo de salida. La temperatura más alta que pueda soportar el catalizador, de hecho, es el factor limitante principal para alcanzar una conversión completa. En el presente proceso, la parte principal de la alimentación ya se ha convertido a una temperatura relativamente baja y la selectividad de la reacción parece ser alta.

También con una elección apropiada de temperatura de calentamiento y caudal iniciales puede conseguirse una situación en la que la temperatura de las paredes del tubo es casi constante sobre la parte más larga de su longitud.

Preferentemente, las alimentaciones se precalientan a una temperatura mínima necesaria para que el catalizador sea activo antes de que entren en contacto con el catalizador. Esta temperatura provoca que la reacción se inicie ya a una alta velocidad en el extremo de entrada, siendo impulsada la velocidad por la distancia hasta el equilibrio a la temperatura gobernante y con menos riesgo de reacciones secundarias no deseadas que a una temperatura de entrada mayor. Al ascender, la temperatura de la alimentación, mezclada gradualmente con una cantidad en aumento de producto formado y de catalizador, aumentará por intercambio de calor con el medio de calentamiento,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Proceso para realizar una reacción endotérmica en un reactor que comprende una sección para proporcionar calor que contiene un medio para proporcionar calor que comprende al menos un quemador que contiene tubos de catalizador, conteniendo los tubos de catalizador un catalizador que promueve la reacción endotérmica, comprendiendo el proceso las etapas de,

a. poner en contacto el catalizador contenido en los tubos de catalizador con un flujo de alimentación que pasa a través de los canales desde un extremo de entrada hasta un extremo de salida,

b. poner en contacto una superficie externa de los tubos de catalizador con un flujo de un medio de calentamiento que tiene una temperatura de calentamiento inicial y que fluye en paralelo con el flujo de las alimentaciones para calentar la superficie únicamente por convección, colocando la sección para proporcionar calor del reactor bajo un ángulo con respecto a la sección del reactor del mismo para dejar un paso para el medio de calentamiento pero bloqueando cualquier trayectoria óptica recta al tubo de catalizador para radiación desde los quemadores, o aislando térmicamente los tubos de catalizador en aquellas partes de los mismos que están orientadas hacia las llamas del quemador,

c. mezclar al menos parte del medio de calentamiento después de haber puesto en contacto los tubos de catalizador con un flujo de medio de calentamiento reciente que tiene una temperatura de partida mayor que la temperatura de calentamiento inicial y que forma el medio de calentamiento paralelo que tiene la temperatura de calentamiento inicial.

2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el flujo de alimentación está sometido a una caída de presión crítica en el extremo de entrada de cada canal.

3. Proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que la reacción de equilibrio endotérmico es una reacción de deshidrogenación.

4. Proceso de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la reacción de deshidrogenación se realiza en un hidrocarburo, preferentemente un alcano C2-C8, o una olefina o un etilbenceno.

5. Reactor para realizar un proceso de reacción endotérmica, que comprende una sección para proporcionar calor

(6) que contiene un medio para proporcionar calor (30) que comprende al menos un quemador, comunicándose la sección para proporcionar calor (6) con un extremo de entrada (8) de una sección del reactor (10) , conteniendo la sección del reactor (10) tubos de catalizador y que tiene un extremo de salida (12) que se comunica con una sección del espacio de cabeza (14) , estando protegidos los tubos de catalizador de la radiación térmica del medio de generación de calor, comprendiendo el reactor adicionalmente una sección de recirculación (16) que conecta la sección del espacio de cabeza (14) a la sección para proporcionar calor (6) ; caracterizado por que la sección para proporcionar calor (6) está situada bajo un ángulo con respecto a la sección del reactor (10) para dejar un paso para el medio de calentamiento pero bloqueando cualquier trayectoria óptica recta hacia el tubo de catalizador para la radiación desde los quemadores, o los tubos de catalizador (24) están aislados térmicamente en aquellas partes de los mismos que están orientadas hacia las llamas del quemador.

6. Reactor de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende adicionalmente una línea de alimentación (26) y una línea de producto (28) y en el que la sección del reactor (10) contiene paneles de reactor (40) , comprendiendo cada panel de reactor (40) un colector de alimentación (48) , un colector de producto (44) y canales adyacentes, teniendo cada canal una longitud, que discurre desde un extremo de entrada hasta un extremo de salida, y en el que los extremos de entrada están conectados directamente a y abiertos al colector de alimentación (48) , y los extremos de salida están conectados directamente a y abiertos al colector de producto (44) y en el que el colector de alimentación (48) tiene al menos una conexión a una línea de alimentación (26) y el colector de producto (44) tiene al menos una conexión a una línea de producto (28) , y en el que parte de al menos uno del colector de alimentación (48) y el colector de producto (44) es desmontable, dando acceso a los extremos del canal.

7. Reactor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6, en el que el extremo de entrada de cada tubo de catalizador está provisto de medios de restricción de flujo adecuados para imponer una caída de presión crítica en un flujo de alimentación que entra en el tubo.

8. Uso del reactor de cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7 para realizar el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.