Reactor que tiene transmisión de calor mejorada.
Un reactor, que comprende:a)un tubo externo (7) y un tubo interior (10),
b) un monilito (5) que incluye una pluralidad de hojas metálicas (1), teniendo el monolito (5) una sección transversal anular y estando situado entre el tubo interior (10) y el tubo exterior (7);
caracterizado por que el reactor comprende además medios para empujar radialmetne hasta fuera las hojas (1) de manera que algunas de dichas hojas (1) estén en contacto con el tubo exterior (7).
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2006/028442.
Solicitante: CATACEL CORP.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 7998 GOTHAM ROAD GARRETTSVILLE, OH 44231 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: WHITTENBERGER, WILLIAM A., BECKER,DAVID A, CHATTOPADHYAY,SUDIPTA, SUFFECOOL,AMANDA L.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- B01J8/02 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL. › B01J PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS O FÍSICOS, p. ej. CATÁLISIS O QUÍMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS. › B01J 8/00 Procedimientos químicos o físicos en general, llevados a cabo en presencia de fluidos y partículas sólidas; Aparatos para tales procedimientos. › con partículas inmóviles, p. ej. en lechos fijos.
PDF original: ES-2420108_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Reactor que tiene transmisión de calor mejorada
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Esta invención se refiere al campo tecnico de las reacciones catalfticas superficiales y/o del intercambio de calor. La presente invención proporciona un reactor, como se define en el preambulo de la reivindicación 1, que ajusta dentro de un tubo exterior cilfndrico y que transfiere eficazmente calor desde el exterior del tubo exterior hasta el reactor, o desde el reactor hasta el tubo exterior. Un reactor de este tipo se conoce, por ejemplo, a partir del documento US 2003/044331.
Uno de los objetivos de los reactores descritos en la tecnica anterior es evitar los problemas asociados con la utilización de materiales ceramicos en la fabricación y el funcionamiento de reactores catalfticos. Los catalizadores ceramicos de lecho compacto tienen la desventaja de que poseen una conductividad termica baja, haciendo diffcil transferir calor desde la periferia del reactor hacia dentro, o viceversa. Ademas, el desajuste termico entre las partes metalicas y ceramicas de los reactores de la tecnica anterior conduce finalmente a la pulverización del material ceramico, limitando así la vida util del reactor. Como los dispositivos descritos en las solicitudes anteriormente citadas, la presente invención comprende asimismo una estructura, toda de metal, que evita intrínsecamente estos problemas.
Un reactor que tiene hojas radiales, como se describe en la solicitud con numero de serie 11/132.691, ha demostrado buena transmisión de calor y, por lo tanto, buen comportamiento global, no solamente cuando se simula mediante un modelo informatico, sino tambien cuando se evalua como un prototipo en una instalación de pruebas de transmisión de calor. No obstante, el prototipo ha resultado ser muy diffcil de construir, y no se considera que sea una solución óptima, desde el punto de vista de la facilidad de fabricación.
Los reactores mostrados en las solicitudes anteriormente citadas, y otros reactores de la tecnica anterior, ocupan sustancialmente todo el espacio dentro de un tubo exterior cilfndrico. Un problema intrínseco con reactores de esta clase es que no funcionan particularmente bien cerca del centro del reactor. Se ha encontrado que la mayoría de las reacciones catalfticas ocurren cerca de las partes exteriores del reactor, es decir, cerca del tubo exterior. Este problema reduce el rendimiento del reactor y hace muy diffcil, o imposible, conseguir el nivel deseado de conversión.
La presente invención proporciona una estructura de reactor que resuelve el problema anterior. El reactor de la presente invención es sustancialmente mas eficiente que los reactores de la tecnica anterior, y es asimismo relativamente facil de fabricar.
Otro problema con el que se tropieza en los reactores instalados en tubos cilfndricos es el de la fluencia metalica. Los reactores descritos en las solicitudes anteriormente citadas, así como el reactor de la presente invención, estan destinados a estar metidos en un gran tubo exterior metalico y a que funcionen a altas temperaturas (en el intervalo de 850 a 900ºC) y a altas presiones (en el intervalo de 20 a 30 bares) . La presión crea un gran esfuerzo tangencial, que el material del tubo tiene dificultad para resistir a una temperatura elevada. Durante un perfodo de aros, la fluencia en el tubo exterior metalico hace que el diametro del tubo crezca. Incluso unos pocos milímetros de crecimiento en el diametro del tubo crean un espacio no deseable entre el reactor y el tubo circundante. Un reactor típico que ha sido metido en un tubo nuevo, de manera que el reactor esta inicialmente en contacto satisfactorio con el tubo, perdera el contacto con dicho tubo cuando este presente fluencia a lo largo de los aros. Tal fluencia causara una reducción significativa del comportamiento.
La presente invención proporciona una estructura que evita el problema anterior. La invención incluye un dispositivo que compensa continuamente la fluencia, asegurando el contacto apropiado entre el reactor y el tubo exterior circundante.
El reactor de la presente invención puede utilizarse, por ejemplo, en el campo del reformado catalftico de combustible, para obtener hidr6geno, que se utiliza a continuación para generar electricidad a traves de una pila de combustible, o en otros procesos industriales tales como el refino de aceite y gas, la producción de amonfaco y fertilizante, la hidrogenación de aceites y productos químicos, y la extracción de mineral de hierro. El reactor podría utilizarse como un combustor catalftico o no catalftico, o como un sencillo intercambiador de calor.
SUMARIO DE LA INVENCION
El reactor de la presente invención esta definido en la reivindicación 1. El reactor esta contenido entre un tubo generalmente cilfndrico, en el exterior, y un tubo ondulado expandible en el interior. La sección transversal anular asegura intrínsecamente que las reacciones o el intercambio de calor ocurren solamente en una zona cerca de la superficie interior del tubo exterior, y no cerca de su eje central. Se ha descubierto que efectuar las reacciones o el intercambio de calor en la zona anular es mas eficiente que intentar efectuar las reacciones por todo el volumen de un reactor cilfndrico.
Las hojas estan formadas preferentemente por una lamina metalica, estando plegada la lamina hacia delante y hacia atras sobre sí misma para definir las hojas que proporcionan superficies sobre las que pueden ocurrir las reacciones catalfticas o el intercambio de calor.
Segun la invención, el reactor incluye medios para empujar radialmente hacia fuera el monolito, de manera que al menos algunas de las hojas de dicho monolito, y preferentemente la mayoría de ellas, se mantienen en contacto con el tubo exterior. Dicha estructura compensa la fluencia metalica que hace que el tubo exterior se expanda con el paso del tiempo y cree un espacio no deseable entre el monolito y el tubo.
Una estructura preferente para los medios de empuje es una pluralidad de arandelas cónicas, conectadas al tubo ondulado interior, cerca de las partes superior e inferior de cada monolito, y que se aplican a una acanaladura, o estructura equivalente, en una columna vertical central del reactor. Cuando el tubo exterior esta orientado verticalmente, el peso de los monolitos, y la cafda de presión causada por el flujo descendente a traves del reactor, hacen que las arandelas lleguen a estar ligeramente distorsionadas, de manera que dichas arandelas ejercen mas fuerza radial hacia fuera. Asf, en la medida que podría formarse un espacio entre el tubo exterior y el monolito, las arandelas empujan de modo automatico radialmente hacia fuera las hojas del monolito, de manera que no se forma realmente ningun espacio. En otras palabras, la estructura de la presente invención se autocorrige eficazmente. La estructura ondulada del tubo interior asegura que dicho tubo interior puede expandirse cuando las arandelas lo empujan.
La función de las arandelas cónicas podría ser realizada, en cambio, por una aleta metalica ondulada. Dicha aleta es integral con el tubo ondulado interior y esta plegada hacia dentro con relación al cuerpo principal de dicho tubo. La aleta ondulada se presenta por sí misma como una forma cónica ondulada que se expande radialmente bajo fuerzas gravitatorias a temperatura y presión elevadas.
La presente invención tiene, por lo tanto, el objeto principal de proporcionar un reactor catalftico o intercambiador de calor metalicos.
La invención tiene el objeto adicional de mejorar el rendimiento de un reactor catalftico o intercambiador de calor, proporcionando un monolito de reactor que tiene una sección transversal anular.
La invención tiene el objeto adicional de proporcionar un reactor catalftico o intercambiador de calor que es relativamente facil de fabricar.
La invención tiene el objeto adicional de impedir la formación de un espacio entre un reactor o intercambiador de calor y el tubo exterior que lo encierra.
La invención tiene el objeto adicional de prolongar la vida util de un reactor catalftico o intercambiador de calor.
La invención tiene el objeto adicional de proporcionar un reactor eficiente, todo de metal, que es facil de fabricar.
El lector experto en la tecnica reconocera otros objetos y ventajas de la invención, a partir de una lectura de la breve descripción siguiente de los dibujos, la descripción detallada de la invención y las reivindicaciones adjuntas.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La figura 1 proporciona una vista, desde un extremo, del monolito anular y de su tubo ondulado interior asociado, que forma un elemento esencial de un reactor fabricado segun la presente invención.
La figura 2 proporciona... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un reactor, que comprende:
a) un tubo exterior (7) y un tubo interior (10) ,
b) un monolito (5) que incluye una pluralidad de hojas metalicas (1) , teniendo el monolito (5) una sección 5 transversal anular y estando situado entre el tubo interior (10) y el tubo exterior (7) ;
caracterizado por que el reactor comprende ademas medios para empujar radialmente hacia fuera las hojas (1) de manera que algunas de dichas hojas (1) esten en contacto con el tubo exterior (7) .
2. El reactor segun la reivindicación 1, en el que los medios de empuje comprenden arandelas cónicas (13) situadas para empujar radialmente hacia fuera el tubo interior (10) .
4. El reactor segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas una columna vertical (9) dispuesta a lo largo de un eje longitudinal del tubo exterior (7) , y en el que los medios de empuje (13, 20, 22) estan en acoplamiento con dicha columna vertical (9) .
6. El reactor segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que existe una pluralidad de monolitos (5) dispuestos en el tubo exterior (7) .
(10) ondulado expandible y en el que el tubo interior (10) impide que el gas que entra en el reactor circule hacia el interior de una zona central del monolito (5) .
8. El reactor segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tubo exterior (7) es generalmente cilfndrico.
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