DISPOSITIVO DE DISTRIBUCION DE UNA MEZCLA POLIFASICA SOBRE UN LECHO DE SOLIDOS GRANULARES.

Dispositivo para distribuir una mezcla polifásica constituida por al menos una fase gaseosa y al menos una fase líquida,

cuya mezcla se encuentra en flujo descendente a través de al menos un lecho de sólidos granulares, que incluye:

- al menos una bandeja (P) situada por encima de uno de dichos lechos de sólidos granulares;

- varias chimeneas (21) de mezcla de dichas fases líquida y gaseosa de dicha mezcla, llevando cada una de dichas chimeneas de mezcla al menos una sección de paso superior (22) y al menos una sección de paso inferior (23) que permiten la comunicación de la mezcla formada en el interior de dichas chimeneas de mezcla con un lecho de sólidos granulares, estando dichas chimeneas de mezcla provistas en al menos una parte de su altura de una o de más secciones de paso laterales (26);

- dejando pasar dicha sección de paso superior (22) la mayor parte de la fase gaseosa de dicha mezcla y permitiendo dichas secciones de paso laterales (26), respectivamente, el paso de la fase líquida al interior de dichas chimeneas de mezcla y/o de al menos una parte de la fase gaseosa, caracterizado por disponer por debajo de dicha bandeja (P) y por debajo de la sección de paso inferior (23) y por encima del lecho de sólidos granulares de al menos un sistema dispersor (28) de tipo difusor de chorro que tiene una porosidad controlada comprendida entre el 2% y el 80%, dispuesto a una distancia d comprendida entre 5 y 500 mm por debajo de dicha sección de paso inferior (23) y a una distancia D por encima de dicho lecho de sólidos granulares, que es inferior o igual a 500 mm, siendo d y D seleccionadas para conservar la mezcla formada en dichas chimeneas y que sale de estas chimeneas hasta su distribución en el lecho de sólidos granulares

Dispositivo de distribución de una mezcla polifásica sobre un lecho de sólidos granulares.

La presente invención se relaciona con un dispositivo que permite optimizar la distribución de un fluido que lleva, por ejemplo, al menos una fase gaseosa que contiene generalmente al menos en parte hidrógeno y al menos una fase líquida a través de un lecho de sólidos granulares o partículas, estando los fluidos en circulación sensiblemente descendente a través de dicho lecho de sólidos granulares (o partículas sólidas). La invención se relaciona también con un recinto que lleva en proximidad a su extremo superior una entrada de un primer fluido líquido y de un segundo fluido gaseoso, que contiene al menos un lecho de sólidos granulares y por encima de dicho lecho un dispositivo según la presente invención tal como se describe a continuación.

Este dispositivo puede estar dispuesto:

- bien en cabeza del recinto, que es generalmente un reactor,

- bien a la salida de un lecho granular (alimentación en toda la sección del recinto sobre el lecho granular siguiente).

La presente invención encuentra en particular una aplicación en todos los casos:

- en que la fase gaseosa es con mucho mayoritaria con respecto a la fase líquida, es decir, en que la razón de volumen entre el gas y el líquido es con frecuencia superior a 3:1 y habitualmente inferior a

- en que la reacción es fuertemente exotérmica y necesita la introducción en el reactor de un fluido, que es frecuentemente un gas, suplementario para enfriar la mezcla gas/líquido, donde la reacción necesita un íntimo contacto para permitir la disolución de un compuesto (por ejemplo hidrógeno H₂) en la fase líquida.

La presente invención se aplica en particular en el campo de los distribuidores de gas/líquido, como por ejemplo los empleados para llevar a cabo las reacciones de hidrocraqueo, de hidrotratamiento, de hidrodesulfuración, de hidrodesnitrogenación, de hidrogenaciones selectivas o totales de las fracciones C₂ a C₅, de hidrogenación selectiva de las gasolinas de vapocraqueo, de hidrogenación de los compuestos aromáticos en fracciones alifáticas y/o nafténicas o de hidrogenación de las olefinas en fracciones aromáticas.

También encuentra su aplicación para llevar a cabo otras reacciones que necesitan una buena mezcla de una fase gaseosa y de una fase líquida, por ejemplo las reacciones de oxidación parcial o total, las reacciones de aminación, de acetiloxidación, de amoxidación y de halogenación, en particular de cloración.

En el campo específico de las reacciones de hidrodesulfuración, de hidrodesnitrogenación y de hidrocraqueo, para alcanzar conversiones mayores (para obtener un producto que contiene, por ejemplo, 30 ppm (partes por millón) de azufre o menos), es necesario tener una buena distribución del gas y del líquido, pero principalmente del líquido, sabiendo que uno se sitúa con razones volumétricas que varían, en general, de aproximadamente 3:1 a aproximadamente 400:1, y generalmente de aproximadamente 10:1 a aproximadamente 200:1, y en el caso de la utilización de un enfriamiento brusco (Quench), un muy buen contacto entre el gas introducido para efectuar el enfriamiento y los fluidos del procedimiento utilizados, frecuentemente denominados fluidos del proceso.

Teniendo en cuenta la baja proporción de líquido con respecto al gas, una de las posibilidades utilizada en la técnica anterior consiste, por ejemplo, en utilizar bandejas distribuidoras que llevan una pluralidad de agujeros dedicados al paso del líquido y una pluralidad de chimeneas dedicadas al peso del gas. Se encontrarán, por ejemplo, descripciones de tales dispositivos en las patentes EE.UU. 3.353.924, EE.UU. 4.385.033 y EE.UU. 3.855.068.

Estas soluciones plantean, no obstante, problemas en términos de flexibilidad de utilización de las bandejas y pueden también dar lugar a irregularidades de alimentación de los diferentes orificios en caso de falta de una horizontalidad perfecta de las bandejas y/o de los remolinos provocados por la caída masiva de los flujos líquido y gaseoso sobre las bandejas.

Para paliar estos inconvenientes, el experto en la técnica se ve conducido a utilizar una disposición específica de varias bandejas, la última de las cuales está, o bien provista de medios de recogida y de distribución de las fases líquida y gaseosa por separado, tal como se describe, por ejemplo, en la patente EE.UU. 5.232.283, o bien en forma de mezcla, tal como se describe, por ejemplo, en las patentes EE.UU. 4.126.539, EE.UU. 4.126.540, EE.UU. 4.836.989 y EE.UU. 5.462.719.

El inconveniente principal de estos sistemas proviene del hecho de que, teniendo en cuenta la baja cantidad de líquido con respecto al gas, el experto en la técnica se ve conducido, para intentar rociar correctamente toda la superficie de dicho lecho de sólidos granulares, a utilizar una densidad de chimeneas importante, frecuentemente superior a 80 chimeneas por metro cuadrado, tal como se menciona en la patente FR 2.745.202. La velocidad del gas en las chimeneas varía generalmente de 0,5 a 5 centímetros por segundo (cm/s) y la velocidad del líquido varía generalmente de 0,05 a 1 cm/s. Estas velocidades son, no obstante, demasiado bajas como para permitir a la vez la mezcla y la dispersión.

Debido a esta ausencia de dispersión del líquido a la salida de las chimeneas, el experto en la técnica se ve con frecuencia obligado a instalar sistemas de tipo placa de deflexión a la salida de orificios o de chimeneas, como se describe, por ejemplo, en los documentos de patente FR 2.654.952, WO9746303 y EE.UU. 5.799.877. Todos los sistemas de tipo difusor de chorro descritos en la técnica anterior se asocian a un agujero y/o una chimenea. Su forma es, o bien de tipo placa de impacto maciza, tal como se describe en las patentes EE.UU. 5.799.877, FR 2.654.952 y EE.UU. 4.140.625, más abajo de un Venturi, o bien la de un receptáculo con tabiques de muy poca altura, tal como se describe en la patente WO 9746303. Los inconvenientes de este tipo de sistema provienen del hecho de que el difusor de chorro no cubre toda la superficie del reactor y de que la parte de sólidos granulares situados debajo de dicho sistema de difusor de chorro tendrá muy poca posibilidad de ser rociada por líquido.

La técnica anterior puede ser ilustrada mediante las patentes EE.UU. 3.524.731 y EE.UU. 3.431.084 y mediante la patente EE.UU. 3.824.080, que describe un sistema de mezcla de una fase gaseosa y de una fase líquida que presenta una bandeja colectora de la fase líquida, que las hace converger hacia una zona central de mezcla en la cual la fase líquida entrará en colisión con la fase de vapor. Ninguna de estas patentes enseña o sugiere un sistema dispersor que permita una total utilización del lecho de sólidos.

Se ha descubierto ahora que es posible obtener un rociado más eficaz y, por lo tanto, una mejor utilización del lecho de sólidos granulares disminuyendo la densidad de chimeneas o canales mezcladores por metro cuadrado y equipando la bandeja distribuidora y/o las chimeneas o canales mezcladores con un sistema dispersor poroso o difusor de chorro de porosidad controlada que permita dispersar el chorro de líquido a la salida de la chimenea.

En el dispositivo según la invención, el número de canales mezcladores es seleccionado especialmente para aumentar la velocidad de paso de las diferentes fases que constituyen una mezcla y obtener así una energía suficiente para hacer que el sistema dispersor sea eficaz, para tener un mejor contacto de la mezcla resultante con el lecho catalítico, así como una mejor homogeneidad del régimen de flujo de la mezcla polifásica.

Ventajosamente, seleccionando la distancia que separa la bandeja distribuidora y el sistema dispersor y la distancia entre el sistema dispersor y el lecho de sólidos granulares, se puede mejorar todavía más esta distribución, y evitando especialmente la separación o subdivisión de la mezcla formada en el interior de las chimeneas durante su travesía del espacio que separa la bandeja distribuidora y el sistema dispersor y durante su travesía del espacio que separa el sistema dispersor y el lecho catalítico.

La presente invención se relaciona con un dispositivo para poner en contacto y distribuir una mezcla que lleva al menos una fase gaseosa y al menos una fase líquida para un recinto que...

1. Dispositivo para distribuir una mezcla polifásica constituida por al menos una fase gaseosa y al menos una fase líquida, cuya mezcla se encuentra en flujo descendente a través de al menos un lecho de sólidos granulares, que incluye:

- al menos una bandeja (P) situada por encima de uno de dichos lechos de sólidos granulares;

- varias chimeneas (21) de mezcla de dichas fases líquida y gaseosa de dicha mezcla, llevando cada una de dichas chimeneas de mezcla al menos una sección de paso superior (22) y al menos una sección de paso inferior (23) que permiten la comunicación de la mezcla formada en el interior de dichas chimeneas de mezcla con un lecho de sólidos granulares, estando dichas chimeneas de mezcla provistas en al menos una parte de su altura de una o de más secciones de paso laterales (26);

- dejando pasar dicha sección de paso superior (22) la mayor parte de la fase gaseosa de dicha mezcla y permitiendo dichas secciones de paso laterales (26), respectivamente, el paso de la fase líquida al interior de dichas chimeneas de mezcla y/o de al menos una parte de la fase gaseosa, caracterizado por disponer por debajo de dicha bandeja (P) y por debajo de la sección de paso inferior (23) y por encima del lecho de sólidos granulares de al menos un sistema dispersor (28) de tipo difusor de chorro que tiene una porosidad controlada comprendida entre el 2% y el 80%, dispuesto a una distancia d comprendida entre 5 y 500 mm por debajo de dicha sección de paso inferior (23) y a una distancia D por encima de dicho lecho de sólidos granulares, que es inferior o igual a 500 mm, siendo d y D seleccionadas para conservar la mezcla formada en dichas chimeneas y que sale de estas chimeneas hasta su distribución en el lecho de sólidos granulares.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el cual la densidad de chimeneas es de 1 a 80 chimeneas por metro cuadrado.

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 y 2, en el cual D está comprendida entre 1 y 50 mm.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual se asocia un sistema dispersor de tipo difusor de chorro a cada canal mezclador.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual se asocia un sistema dispersor de tipo difusor de chorro a varias chimeneas próximas entre sí.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual se asocia un sistema dispersor de tipo difusor de chorro al conjunto de las chimeneas del dispositivo.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual el sistema dispersor de tipo difusor de chorro se asocia mediante al menos un elemento de unión a al menos una bandeja (P) o a al menos una viga de soporte de dicha bandeja (P).

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el cual se asocian al menos dos sistemas dispersores de tipo difusor de chorro a al menos dos chimeneas, situándose dichos sistemas dispersores de tipo difusor de chorro a distancias diferentes unos de otros con respecto a la bandeja (P) o a al menos una viga de soporte de dicha bandeja (P), a las cuales se asocian mediante al menos un elemento de unión.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, en el cual al menos dos sistemas dispersores de tipo difusor de chorro situados a distancias diferentes se unen entre sí por medio de al menos un elemento de unión, y en el cual el o los sistemas dispersores situados a la menor distancia de la bandeja (P) o de al menos una viga de soporte de dicha bandeja (P) se unen a dicha bandeja (P) o a dicha viga de soporte mediante al menos un elemento de unión.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por prolongarse una chimenea por debajo de la bandeja distribuidora en una longitud "z" y ser el valor de "z" inferior o igual a "d".

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones de 1 a 10, caracterizado por tener dichas chimeneas un diámetro cuyo valor está comprendido en el intervalo [0,3; 10 cm] y preferentemente en el intervalo [0,3; 5 cm].

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones de 1 a 11, caracterizado por incluir dicha bandeja orificios de drenaje de la fase líquida, siendo la superficie total resultante de la suma de las superficies de paso de cada uno de los orificios tal que el caudal de la fase líquida a través de los orificios de drenaje sea inferior al 10% de la fracción de la fase líquida durante el funcionamiento, y preferentemente inferior al 5%.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 12, en el cual la densidad de las chimeneas es de 5 a 50 por metro cuadrado.

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 13, en el cual la sección de las chimeneas es sensiblemente constante.

15. Aplicación del dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 14 a la distribución de una mezcla polifásica que lleva al menos una fase gaseosa constituida al menos en parte por hidrógeno.