Método y aparato para la separación de un líquido de una corriente de alimentación de gas en un reactor catalítico.

Método para separar un producto de reacción líquido de una corriente gaseosa en un reactor catalítico que comprende las etapas de:

en el reactor que está provisto de un lecho de catalizador fijo (24) de partículas de catalizador sólidas, disponer una superficie de enfriamiento (26) y una lámina metálica (2) entre el lecho fijo y la superficie de enfriamiento;

proporcionar, en la lámina metálica que es enfriada indirectamente por la superficie de enfriamiento, una pluralidad de percolaciones en forma de salientes con configuración geométrica (4, 6, 8, 10) en ambos lados (2a, 2b) de la lámina, cada una con una base abierta (12, 13, 14, 15), estando la base abierta sobre el lado de la lámina que está orientado hacia el lecho de catalizador dispuesto hacia arriba y sobre el lado orientado hacia la superficie de enfriamiento, la base abierta está orientada hacia abajo;

condensar un producto de reacción gaseoso que se forma por la reacción de la corriente gaseosa en el lecho de catalizador en el producto de reacción líquido sobre la lámina metálica y transferir el producto de reacción líquido a través de la base abierta que está orientada hacia arriba a la superficie de enfriamiento; y

pasar el producto de reacción líquido condensado a lo largo de la superficie de enfriamiento y/o de la lámina metálica y retirar el producto de reacción líquido del fondo del reactor.

Método y aparato para la separación de un líquido de una corriente de alimentación de gas en un reactor catalítico La presente invención se refiere en general a la separación de un producto de reacción líquido que se forma al poner en contacto un gas de alimentación con un catalizador sólido embalado como lechos fijos en tubos de catalizador.

En una serie de procesos catalíticos es ventajoso retirar de manera continua el producto de reacción del gas de alimentación reactivo con el fin de mejorar el rendimiento en equilibrio o la velocidad de la reacción hacia el producto, al retirar un producto de la fase gaseosa a la fase líquida mediante condensación.

Un ejemplo de tal reacción es la conversión de gas de síntesis a metanol.

El documento de patente US 5.262.443 describe un proceso para la preparación de metanol a partir de gas de síntesis en condiciones de proceso, en el que el producto de metanol formado se retira de la fase gaseosa mediante la condensación del metanol sobre las partículas de catalizador. Mediante este proceso, el límite de equilibrio termodinámico en fase gaseosa para la formación de metanol se ha superado y los rendimientos de metanol que se aproximan al 100 por cien en el efluente del lecho del catalizador se pueden alcanzar mediante una operación de paso único.

La condensación de metanol líquido sobre las partículas de catalizador tiene un efecto adverso sobre la actividad de las partículas de catalizador.

La solicitud de patente WO 2009/106232 describe un método catalítico y un reactor mejorados para la producción de metanol, en el que el metanol, a medida que se forma, se retira de la fase gaseosa a la fase líquida sin reducir la actividad del catalizador. Mediante el método y el reactor de esta solicitud de patente, se ajusta la temperatura de un agente de enfriamiento líquido que está en contacto indirecto con las partículas de catalizador y tiene una relación específica entre el volumen del lecho de catalizador y una superficie de enfriamiento, de modo que la condensación del producto de reacción de metanol tiene lugar en su mayor parte en la superficie de enfriamiento.

En general, es deseable impedir la condensación de líquido sobre partículas de catalizador en reacciones catalíticas gaseosas, en las que el producto de reacción se retira de la fase gaseosa a la fase líquida. En lugar de ello, es ventajoso permitir la condensación y el transporte del condensado líquido fuera del lecho de catalizador sobre una superficie que no tiene contacto o tiene un contacto reducido con las partículas de catalizador.

En consecuencia, esta invención es un método para separar un producto de reacción líquido de una corriente gaseosa en un reactor catalítico que comprende las etapas de:

en el reactor que está provisto de un lecho de catalizador fijo de partículas de catalizador sólidas, disponer una superficie de enfriamiento y una lámina metálica entre el lecho fijo y la superficie de enfriamiento;

proporcionar en la lámina metálica que es enfriada indirectamente por la superficie de enfriamiento, una pluralidad de percolaciones en forma de salientes con configuración geométrica en ambos lados de la lámina, cada uno con una base abierta, la base abierta está sobre el lado de la lámina que está orientado hacia el lecho de catalizador dispuesto hacia arriba y sobre el lado orientado hacia la superficie de enfriamiento, la base abierta está orientada hacia abajo;

condensar un producto de reacción gaseoso que se forma por la reacción de la corriente gaseosa en el lecho de catalizador al producto de reacción líquido sobre la lámina metálica y transferir el producto de reacción líquido a través de la base abierta que está orientada hacia arriba a la superficie de enfriamiento; y pasar el producto de reacción líquido condensado a lo largo de la superficie de enfriamiento y/o la lámina metálica y retirar el producto de reacción líquido del fondo del reactor.

El término "saliente con configuración geométrica" mencionado anteriormente en este documento, y en la siguiente descripción significa un saliente que tiene una configuración que obedece a las leyes de la geometría.

Cuando se dispone un percolador en forma de una lámina metálica con salientes y una base abierta que apunta en dirección hacia arriba sobre el lado orientado hacia el lecho de catalizador de acuerdo con la invención, el lado de la lámina que está en contacto con las partículas de catalizador y la corriente gaseosa actuará como un colector y un transportador de líquido, mientras que el lado opuesto actúa como un rectificador de líquido. De este modo, se evita sustancialmente el redireccionamiento perjudicial del producto de reacción líquido al lecho de catalizador.

Los términos "hacia arriba" y "hacia abajo" mencionados anteriormente en este documento y en la siguiente descripción significan una dirección que apunta en dirección opuesta a la dirección del flujo gravitatorio del producto de reacción líquido y en la dirección del flujo gravitatorio, respectivamente.

En una realización preferida de la invención, la configuración geométrica de los salientes es una media pirámide, un medio cono o una media semiesfera, que proporcionan un efecto de rectificación de líquido mejorado.

En otra realización preferida de la invención, los salientes con configuración geométrica sobre el lado interior de la lámina se unen en su base abierta a los salientes con configuración geométrica sobre el lado exterior de la lámina de manera que comparten una base abierta común.

Como ya se ha mencionado, el método de la invención se refiere a la retirada de una fase líquida de la fase gaseosa que deriva principalmente de la condensación de un producto de reacción que se forma por la reacción de reactivos gaseosos en un lecho de catalizador fijo, de modo que la fase líquida se obtiene fuera del lecho de catalizador.

Las reacciones catalíticas se llevan a cabo con frecuencia en tubos de catalizador. Por lo tanto, se prefiere formar la lámina metálica tubular de manera que se adapte a la forma de la pared tubular interior de los tubos de catalizador. Las partículas de catalizador se disponen después sobre el lado del tubo, es decir, dentro de la lámina metálica tubular. En tal disposición, la superficie de enfriamiento será típicamente la pared de tubo de los tubos de catalizador, que luego se enfría mediante un agente de enfriamiento que fluye sobre la pared exterior de tubos de catalizador.

En algunas reacciones catalíticas que se llevan a cabo en un recipiente de reactor que sostiene uno o más lechos de catalizador dentro de una cubierta común del reactor, se prefiere disponer una o más láminas metálicas de acuerdo con la invención en forma de un tubo dentro del lecho de catalizador de modo que la partículas de catalizador rodeen el lado exterior de la lámina metálica tubular, que luego se enfría indirectamente mediante la superficie de enfriamiento. En tal realización, la superficie de enfriamiento tiene preferiblemente forma tubular y está dispuesta sobre el lado del tubo, es decir, dentro de la lámina metálica tubular.

La invención proporciona además un aparato que es útil en el método de acuerdo con la invención.

El aparato de acuerdo con la invención para separar un producto de reacción líquido de una corriente gaseosa en un reactor catalítico comprende:

una lámina metálica alineada con una superficie de enfriamiento;

en ambos lados de la lámina metálica, una pluralidad de percolaciones en forma de salientes con configuración geométrica, cada una con una base abierta, sobre el lado de la lámina que está orientado hacia un lecho de catalizador dentro del reactor catalítico, la base abierta está dispuesta hacia arriba y sobre el lado que está orientado hacia la superficie de enfriamiento, la base apunta hacia abajo.

En una realización preferida del aparato de la invención, los salientes con configuración geométrica tienen forma de una media pirámide.

Aún en una realización preferida del aparato de la invención, los salientes con configuración geométrica tienen forma de un medio cono.

En otra realización preferida del aparato de la invención, los salientes con configuración geométrica sobre el lado interior de la lámina, se unen en su base abierta a los salientes con configuración geométrica sobre el lado exterior de la lámina y comparten una base abierta común.

En otra realización preferida del aparato de la invención, la lámina metálica tiene forma de un tubo.

Se prefiere además que la superficie de enfriamiento tenga forma de un tubo.... [Seguir leyendo]

1. Método para separar un producto de reacción líquido de una corriente gaseosa en un reactor catalítico que comprende las etapas de:

en el reactor que está provisto de un lecho de catalizador fijo (24) de partículas de catalizador sólidas, disponer una superficie de enfriamiento (26) y una lámina metálica (2) entre el lecho fijo y la superficie de enfriamiento;

proporcionar, en la lámina metálica que es enfriada indirectamente por la superficie de enfriamiento, una pluralidad de percolaciones en forma de salientes con configuración geométrica (4, 6, 8, 10) en ambos lados (2a, 2b) de la lámina, cada una con una base abierta (12, 13, 14, 15) , estando la base abierta sobre el lado de la lámina que está orientado hacia el lecho de catalizador dispuesto hacia arriba y sobre el lado orientado hacia la superficie de enfriamiento, la base abierta está orientada hacia abajo;

condensar un producto de reacción gaseoso que se forma por la reacción de la corriente gaseosa en el lecho de catalizador en el producto de reacción líquido sobre la lámina metálica y transferir el producto de reacción líquido a través de la base abierta que está orientada hacia arriba a la superficie de enfriamiento; y pasar el producto de reacción líquido condensado a lo largo de la superficie de enfriamiento y/o de la lámina metálica y retirar el producto de reacción líquido del fondo del reactor.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los salientes con configuración geométrica tienen forma de una media pirámide.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los salientes con configuración geométrica tienen forma de un medio cono.

4. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los salientes con configuración geométrica tienen forma de una semiesfera.

5. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los salientes con configuración geométrica que se encuentran sobre el lado interior (2b) de la lámina (2) se unen por su base abierta a los salientes con configuración geométrica que se encuentran sobre el lado exterior (2a) de la lámina y comparten una base abierta común.

6. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la lámina metálica tiene forma de un tubo.

7. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la superficie de enfriamiento tiene forma de un tubo.

8. Método de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en el que el lecho de catalizador fijo está dispuesto sobre el lado exterior de la lámina metálica tubular.

9. Método de acuerdo de la reivindicación 6 o 7, en el que el lecho de catalizador fijo está dispuesto sobre el lado interior de la lámina metálica tubular.

10. Reactor para separar un producto de reacción líquido de una corriente gaseosa que comprende dentro del reactor:

una lámina metálica (2) ;

una superficie de enfriamiento (26) ; y un lecho de catalizador (24) , en el que la lámina metálica está alineada con la superficie de enfriamiento, la lámina metálica está provista, en ambos lados (2a, 2b) , de una pluralidad de percolaciones en forma de salientes (4, 6, 8, 10) con configuración geométrica cada uno con una base abierta (12, 13, 14, 15) , sobre el lado de la lámina que está orientado hacia el lecho de catalizador, la base abierta está dispuesta hacia arriba y sobre el lado que está orientado hacia la superficie de enfriamiento, la base abierta está orientada hacia abajo.

11. Reactor de acuerdo con la reivindicación 10, en el que los salientes con configuración geométrica tienen forma de una media pirámide.

12. Reactor de acuerdo con la reivindicación 10, en el que los salientes con configuración geométrica tienen forma de un medio cono.

13. Reactor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que los salientes con configuración

geométrica sobre el lado interior (2b) de la lámina se unen por su base abierta a los salientes con configuración 5 geométrica sobre el lado exterior (2a) de la lámina y comparten una base abierta común.

14. Reactor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que la lámina metálica tiene forma de un tubo.

15. Reactor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en el que la superficie de enfriamiento tiene forma de un tubo.