ES2289314T3 - Metodo para llenar material en particulas en un tubo vertical. - Google Patents

Metodo para llenar material en particulas en un tubo vertical. Download PDF

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Abstract

Método para llenar material en partículas (4) en un tubo vertical (1) en el que el material (4) es transportado hacia abajo vía un medio amortiguador (2) constituido como un conducto en forma espiral (2), caracterizado porque eleva gradualmente el conducto (2) desde el interior del tubo (1) mientras se llena el tubo (1) con el mencionado material para que la parte más baja del conducto se separe de la capa superior del material llenado, transportándose el material en partículas (4) hacia abajo del conducto (2) mientras el conducto (2) gira o vibra dentro del tubo (1), teniendo el conducto (2) su perímetro exterior adyacente a una pared interior del tubo y su eje coaxial con un eje longitudinal del tubo, aplicando el conducto (2) mientras gira o vibra en el tubo (1) al mencionado material (4) un componente de velocidad horizontal para lanzarlo hacia la pared interior del tubo (1) antes de que el material llegue a descansar sobre una capa superior del material llenado dentro del tubo.

Description

Método para llenar material en partículas en un tubo vertical.
La presente invención se refiere a métodos y dispositivos para llenar de material en partículas un tubo vertical en el que el material en partículas es transportado hacia abajo en el tubo a través de un medio amortiguador constituido como un conducto con forma espiral. Por material en partículas se entiende partículas que tengan distintas formas geométricas, como esferas o cilindros, u otras formas de material de empacado hecho de metal o material cerámico. El tamaño del material no debe ser superior a 1/5 del diámetro del tubo.
Estos métodos son de especial importancia para el llenado de catalizadores para la conversión primaria de hidrocarburos mediante vapor en una serie de tubos de reactor paralelos. La altura de estos tubos es de 10 m aproximadamente.
El vertido del material en partículas al interior del tubo desde la parte superior puede producir un gran aplastamiento del material, lo que puede provocar un llenado no homogéneo. Por ello, para reducir la velocidad del material se utilizan diversos métodos. Uno de los métodos utilizados se denomina "sock" (calcetín), en el que el material en partículas se introduce en una bolsa que se baja por el interior del tubo y posteriormente se abre. De esta forma se puede evitar la caída libre del material. La desventaja de este método es que muchas partículas golpean la parte superior de la capa de material ya introducido. Esto puede conducir a la formación de puentes de material que impiden un flujo homogéneo de gas, así como a una menor cantidad de llenado de catalizador en el tubo. Esta circunstancia la describe F. M. Nooy (Oil and Gas Journal, 12 de noviembre de 1984) y ha sido confirmada experimentalmente por D. J. Humberland o C. S. CrawFord (El compactado de partículas. Manual de tecnología de pulverulentos, Vol. IV, Elsevier, 1989). Haciendo vibrar el tubo se puede conseguir que se deshagan los puentes, pero el material puede resultar aplastado en el proceso.
Otro método de amortiguación que se ha utilizado es colgar una cuerda con álabes de Teflón montados en ella, de acuerdo con la patente US 3.608.751. La inclinación de los álabes era de 30-45 grados con la cuerda y las parejas adyacentes de álabes tenían un ángulo de 60 grados entre sí. La distancia entre álabes era de 0,76 m (2,5 pies), su diámetro de 0,8 m (3 pulgadas) aproximadamente y el diámetro interior del tubo de 0,08-0,13 (3-5 pulgadas). La caída libre desde la parte superior del tubo de 10,36 m (34 pies) provoca el aplastamiento del 5% de las partículas, mientras que sólo era el 0,9% cuando se utilizaba la cuerda. No se facilita ningún dato que pueda utilizar para el cálculo de la densidad del llenado, ni información sobre si se utilizó vibración o no.
La patente US 4.077.530 describe un método de amortiguación en el que se utiliza cable con hilos desnudos (con forma, por ejemplo, en espiral) que se cuelga en el interior del tubo. La velocidad de las partículas se reduce como consecuencia del contacto entre el cable y la pared interior del tubo. Este método facilita un mejor empacado que el método "sock".
Norsk Hydro ASA, en la patente US 5.247.970 desarrollaba y patentaba un dispositivo de amortiguación que ha encontrado el favor de la industria en los últimos años. Dentro del tubo se cuelga uno debajo de otro una serie de cepillos amortiguadores con un diámetro más pequeño que el del interior del tubo. Los cepillos están formados por muelles de acero dirigidos radialmente que se pueden flexionar en todas direcciones, permitiendo así que pasen las partículas que caen sobre un cepillo desde el que está encima y se reduzca de esta forma su velocidad. Igual que ocurre en todas las disposiciones de amortiguación mencionadas, ésta debe ser empujada hacia arriba mientras el proceso de llenado está en marcha.
Además de estos métodos, la patente US 2.524.560 describe un aparato y un método de llenado de material seco a granel de forma apretada en un cilindro que está conectado a un dispositivo de carga, el cual también proporciona una disposición para la retirada de las partículas de polvo. El material se llena en un tubo que contiene un tornillo de avance giratorio situado en el centro que corre a lo largo de todo el tubo y desciende hasta el borde superior del material en el cilindro que se va a llenar. El cilindro es descendido a medida que se va llenando. Sin embargo, ese dispositivo no se podrá aplicar para el llenado de partículas catalíticas en tubos de 10 m aproximadamente de altura. Sería imposible descender los tubos a medida que se van llenando. Además, el tornillo de avance puede aplastar fácilmente las partículas.
EP-A- 1 283 070, que forma parte de la técnica anterior de acuerdo con los Artículos 54(3) y (4) del Convenio Europeo de Patentes EPC, revela un método y aparato para catalizador que tiene un tubo de carga provisto de un cuerpo interior con forma espiral para ser instalado en el interior de un tubo de reactor y adaptado para ser retirado del tubo del reactor durante la carga.
GB-A- 468.721, US-A- 1.802.089, US-A- 4.176.997 y EP-A- 1 348 649 revelan tolvas fijas de suministro en forma de espiral.
El objeto principal de la presente invención es conseguir un empacado denso y homogéneo del material para que una corriente de gas que pase a través del tubo lo haga de la forma más homogénea posible. Esto se puede conseguir distribuyendo el material uniformemente a través de la sección transversal del tubo durante el proceso de llenado.
\newpage
Otro objeto de la presente invención es desarrollar métodos más suaves para reducir la velocidad de las partículas durante el llenado.
Estos objetos se consiguen mediante las prestaciones características de las reivindicaciones independientes 1 y 5.
Los dispositivos antes mencionados para amortiguar la velocidad tienen la desventaja de que los dispositivos amortiguadores situados en el centro del tubo que se va a llenar impiden una distribución uniforme del material en toda la sección transversal. El material en partículas que cae cerca de la pared interior del tubo puede, en el peor caso, conseguir una reducción mínima de la velocidad en comparación con el material que cae cerca del centro del tubo.
La invención se explica adicionalmente en conexión con la descripción de las figuras. Las prestaciones especiales de la invención y su ámbito se definen en las reivindicaciones adjuntas. La característica esencial de la invención, en la que se llenan tubos verticales con material en partículas, es que el material es transportado hacia abajo a través de un conducto con forma espiral, proporcionándole un componente de velocidad horizontal y lanzando de esta forma el material hacia la pared interior del tubo vertical antes de que golpee la capa superior del material ya introducido.
Una característica especial de la presente invención es que el material en partículas es transportado hacia abajo hasta un conducto giratorio formado en espiral.
También puede ser útil utilizar un conducto en forma espiral montado debajo de los dispositivos de amortiguación, como rejillas o cepillos, que podría girar por separado o al mismo tiempo que los dispositivos de amortiguación.
La Fig. 1 muestra un dispositivo con forma espiral según la presente invención.
El dispositivo de acuerdo con la Fig. 1 muestra un tubo 1 para llenarlo de material en partículas 4. En el centro del tubo 1 existe un conducto con forma espiral 2 que puede ser giratorio. Se puede colgar debajo de otro dispositivo de frenado o de un cable desde la parte superior del tubo 1 por medio de un dispositivo de sujeción 3. El material en partículas 4 es lanzado hacia la pared interior del tubo 1 durante la caída. El dispositivo 2 puede ser elevado gradualmente mientras el tubo 1 se llena de material y su parte inferior, durante el llenado, llega un poco por encima del material llenado.
El dispositivo con forma espiral 2 se puede combinar con otros dispositivos de amortiguación para obtener más ventajas de forma que el dispositivo con forma espiral 2 constituya la parte inferior del dispositivo, mientras los dispositivos amortiguadores mencionados anteriormente formen la parte superior a la que se suministra el material en partículas.
Durante las pruebas con el conducto con forma espiral se descubrió que el llenado resultaba muy uniforme y denso cuando el conducto giraba lentamente bien en la misma dirección o en dirección contraria a la dirección de giro de la espiral. También se observó que cuando el material en partículas abandonaba el conducto tenía un componente de velocidad horizontal además del componente vertical. Cuando golpea la capa superior puede tener una energía cinética más alta y así puede encontrar con más facilidad una posición estable sin formar un puente.
Por lo tanto, resultaba de interés estudiar cómo influía en el llenado la energía que tiene el material cuando golpea la capa superior. R. M. Neddeman (Materiales Granulares, Cambridge University Press, 1992) ha descrito un experimento en el que se medía la fracción de vacío para llenados con caída libre de distintos tipos de partícula. La altura de la caída libre se aumentaba de 0,05 a 2,4 m, y para partículas cilíndricas con altura y diámetro de 6,35 mm la fracción de vacío disminuía de 0,38 a 0,33 respectivamente. Ello indica que la energía cinética de las partículas influye en el empacado (compactado) de las partículas.
El objeto de la invención es llenar tubos con material en partículas, como se menciona en la introducción, de forma que la mayor parte del material reciba un componente de velocidad horizontal justo antes de que golpee la capa superior del material ya llenado. En principio, esto se puede conseguir probablemente girando los dispositivos amortiguadores descritos anteriormente. Sin embargo, se conseguirá un mejor control, y por lo tanto, un llenado más homogéneo, con una combinación de estos dispositivos amortiguadores y el conducto en espiral cuando se instale el conducto en espiral debajo del amortiguador más bajo. La forma del conducto en espiral y la velocidad de giro se deben ajustar para poder conseguir un grado óptimo de llenado y de velocidad de llenado.
Ejemplo 1
El propósito de este experimento es conseguir el empacado más denso posible como base para posteriores experimentos.
El llenado se realizó en un tubo de plástico transparente que tenía un diámetro interior de 10 cm y una altura aproximada de 1 m. Se utilizaron partículas cilíndricas de catalizador con diámetros exterior e interior de 1,7 y 0,6 cm respectivamente, y de 1,7 cm de altura. Durante el llenado se hicieron fotografías con una cámara Canon EOS 650. Las fotografías se tomaron continuamente con velocidad de obturador de 1/90-1/125.
\newpage
El experimento pretende encontrar el grado máximo de llenado marcado por la fracción de vacío ya que es ésta la cantidad usada en la literatura cuando se comparan distintos métodos de llenado.
El material en partículas se vertió lentamente en el interior del tubo mientras éste era sometido a vibración. Después, se midió la altura de la capa llenada desde la parte inferior del tubo hasta la parte inferior de un pistón que había sido descendido sobre el material. El pistón era una caja cilíndrica de plástico que encajaba perfectamente en el tubo. El volumen del material en partículas llenado y el volumen exterior total de todo el material se utilizaron para calcular la fracción de vacío. Esta fracción osciló entre 0,36 y 0,38 en 3 experimentos.
Ejemplo 2
El propósito de este experimento era mostrar cómo se desliza el material en partículas por un conducto en espiral y cómo alcanza así un componente de velocidad horizontal cuando es lanzado hacia la pared interior del tubo justo antes de golpear la capa superior del catalizador llenado.
El conducto en espiral era una prolongación de una broca para hielo del mismo tipo que el mostrado en la Fig. 1. El conducto giraba a una velocidad de 3 segundos por revolución en la misma dirección que la dirección de giro de la espiral. La distancia desde la parte inferior del tubo hasta el borde inferior de la broca era de 32 cm. En 3 experimentos, la fracción de vacío osciló entre 0,39 y 0,42, lo que indica una fracción de vacío baja.

Claims (7)

1. Método para llenar material en partículas (4) en un tubo vertical (1) en el que el material (4) es transportado hacia abajo vía un medio amortiguador (2) constituido como un conducto en forma espiral (2), caracterizado porque eleva gradualmente el conducto (2) desde el interior del tubo (1) mientras se llena el tubo (1) con el mencionado material para que la parte más baja del conducto se separe de la capa superior del material llenado, transportándose el material en partículas (4) hacia abajo del conducto (2) mientras el conducto (2) gira o vibra dentro del tubo (1), teniendo el conducto (2) su perímetro exterior adyacente a una pared interior del tubo y su eje coaxial con un eje longitudinal del tubo, aplicando el conducto (2) mientras gira o vibra en el tubo (1) al mencionado material (4) un componente de velocidad horizontal para lanzarlo hacia la pared interior del tubo (1) antes de que el material llegue a descansar sobre una capa superior del material llenado dentro del tubo.
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el material en partículas es un catalizador para la conversión primaria de hidrocarburos.
3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el material en partículas son partículas con forma de esferas o cilindros o material de empacado hecho de metal o material cerámico.
4. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el tubo tiene un diámetro que es cinco veces superior al tamaño de las partículas del material en partículas.
5. Dispositivo para llenar material en partículas (4) en un tubo vertical (1) en el que el material (4) es transportado hacia abajo vía un medio amortiguador (2) constituido como un conducto con forma espiral (2) caracterizado porque el conducto está configurado para ser elevado gradualmente desde el interior del tubo (1) cuando el tubo (1) se llena con el mencionado material, y porque la parte más baja del conducto siempre está separada de la capa superior del material llenado, siendo el conducto (2) un conducto giratorio o vibratorio con un eje situado de forma coaxial y central en el que se monta un borde interior del recorrido espiral del conducto, teniendo el mencionado conducto (2) su borde exterior adyacente a una pared interior del tubo y su eje coaxial con un eje longitudinal del tubo, teniendo el conducto giratorio (2) en su giro o vibración en el tubo una velocidad angular o un modo de vibración para proporcionar al mencionado material (4) un componente de velocidad horizontal para lanzarlo hacia la pared interior del tubo (1) antes de que el material descanse sobre una capa superior del material llenado dentro del tubo.
6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5 caracterizado porque el conducto tiene un dispositivo de sujeción (3) en su parte superior.
7. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 5 o 6 caracterizado porque el conducto tiene una altura aproximada de 10 metros.
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