ES2298013A1 - Enfriadores de catalizador para reactor de conversion de compuestos oxigenados. - Google Patents
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Abstract
Enfriadores de catalizador para reactor de conversión de compuestos oxigenados se refiere a enfriadores para catalizadores utilizados en un proceso de conversión de compuestos oxigenados en olefinas ligeras, en el cual un flujo de carga de compuestos oxigenados entra en contacto con un catalizador y se convierte en olefinas ligeras agotando el catalizador. Una primera parte del catalizador se regenera y una segunda parte del catalizador se enfría sin ser regenerada. Tanto el catalizador regenerado como el catalizador enfriado vuelven a entrar en contacto con un flujo de carga de compuestos oxigenados. Por un lado, la segunda parte del catalizador puede enfriarse en un enfriador de catalizador mediante intercambio de calor indirecto. Por otro lado, se introduce un fluido de intercambio de calor en el enfriador de catalizador, cerca de la parte superior, y el catalizador agotado sale cerca de la parte inferior del enfriado de catalizador.
Description
Enfriadores de catalizador para reactor de
conversión de compuestos oxigenados.
Este invento está relacionado con un método y un
aparato para enfriar un catalizador en un reactor usado en el
proceso de conversión de un compuesto oxigenado en olefina.
Tradicionalmente, las olefinas ligeras han sido
producidas a través de un proceso de craqueo a vapor o catalítico.
Debido a la limitada disponibilidad y al elevado coste de las
fuentes de petróleo, el coste de producir olefinas ligeras a partir
de dichas fuentes de petróleo ha aumentado continuamente. Las
olefinas ligeras sirven como producto inicial para la producción de
numerosas sustancias químicas.
La búsqueda de materiales alternativos para la
producción de olefinas ligeras ha llevado al uso de compuestos
oxigenados tales como alcoholes y, más especialmente, al uso de
metanol, etanol y alcoholes superiores o sus derivados. Se sabe que
los tamices moleculares, tales como los catalizadores de zeolita
cristalina microporosa y los catalizadores no zeolíticos, en
especial los silicoaluminofosfatos (SAPO), facilitan la conversión
de compuestos oxigenados en mezclas de hidrocarburos en un
reactor.
Cuando se expone un catalizador a compuestos
oxigenados, tales como metanol, para facilitar la reacción a las
olefinas, se genera un material carbonáceo (coque) que se deposita
en el catalizador. La acumulación de depósitos de coque interfiere
con la capacidad del catalizador para facilitar la reacción y da
como resultado un catalizador agotado. A medida que aumenta la
cantidad de depósitos de coque, el catalizador pierde actividad, lo
que ocasiona que una menor cantidad de producto de base se
convierta en el producto olefínico deseado. La fase de la
regeneración elimina el coque del catalizador por combustión con
oxígeno, lo que restablece la actividad catalítica del catalizador.
De esta manera, el catalizador regenerado puede volver a exponerse
a compuestos oxigenados para facilitar la conversión en
olefinas.
El proceso de convertir compuestos oxigenados en
olefinas ligeras es exotérmico. El exceso de calor de la reacción
exotérmica puede alterar las condiciones necesarias para lograr una
conversión óptima en el reactor, debido a que puede aumentar
demasiado la temperatura. Se necesita controlar la temperatura
dentro del reactor para convertir compuestos oxigenados en olefinas
ligeras de manera óptima y reducir al mínimo posible la producción
de subproductos. La temperatura del reactor puede controlarse
extrayendo el calor del reactor de manera continua durante el
proceso de conversión. Un método para extraer el calor del reactor
puede ser enfriando el catalizador usado en la reacción de
conversión.
Los enfriadores de catalizador normalmente se
usan para los regeneradores de conversión de compuestos oxigenados.
Si no se extrajera el calor producido por una alta velocidad de
circulación del catalizador, la temperatura de equilibrio del
regenerador sería demasiado alta. Por lo tanto, normalmente se
necesita algún medio externo para extraer el calor. No obstante, el
reactor también se calienta durante la reacción exotérmica de
compuestos oxigenados en olefinas ligeras. También se debe controlar
la temperatura en el reactor.
Lo que se necesita es una forma conveniente y
eficiente de controlar la temperatura del reactor durante las
conversiones de compuestos oxigenados en olefinas ligeras.
Este invento proporciona un proceso de
conversión de compuestos oxigenados en olefinas ligeras, en el cual
un flujo de carga de compuestos oxigenados entra en contacto con un
catalizador y se convierte en olefinas ligeras agotando el
catalizador. Una primera parte del catalizador se regenera y una
segunda parte del catalizador se enfría sin ser regenerada. Tanto
el catalizador regenerado como el catalizador enfriado vuelven a
entrar en contacto con un flujo de carga de compuestos oxigenados.
Por un lado, la segunda parte del catalizador puede enfriarse en un
enfriador de catalizador mediante intercambio de calor indirecto.
Por otro lado, se introduce un fluido de intercambio de calor en el
enfriador de catalizador, cerca de la parte superior, y el
catalizador agotado sale cerca de la parte inferior del enfriador de
catalizador. En una aplicación, se puede introducir un medio de
fluidificación en el enfriador de catalizador. En una aplicación,
se devuelve otra parte del catalizador para que entre en contacto
con el flujo de carga de compuestos oxigenados sin someterla a
regeneración ni enfriamiento.
En una faceta del invento, el proceso incluye
cargar una región inferior de un reactor con catalizador,
introducir los compuestos oxigenados en la región inferior y entrar
en contacto con el catalizador, convertir los compuestos oxigenados
en olefinas ligeras agotando el catalizador, transportar las
olefinas ligeras y el catalizador agotado a una región superior del
reactor, separar el catalizador agotado de las olefinas ligeras,
dividir el catalizador agotado en una primera parte y una segunda
parte, regenerar la primera parte en un regenerador y devolver
dicha primera parte a la región inferior del reactor, enfriar una
segunda parte en un enfriador de catalizador con fondo, retirar la
segunda parte del fondo del enfriador de catalizador y devolver
dicha segunda parte a la región inferior del reactor. En una
aplicación, se devuelve otra parte del catalizador para que entre en
contacto con el flujo de carga de compuestos oxigenados sin
someterla a regeneración ni enfriamiento.
En otra faceta del invento, el enfriador de
catalizador tiene un recipiente con fondo y una entrada para
catalizador, múltiples tubos de enfriamiento ubicados dentro del
recipiente, un distribuidor de gas de fluidificación ubicado debajo
de los tubos de enfriamiento y una salida para catalizador ubicada
en el fondo del recipiente. Por un lado, cada uno de los múltiples
tubos de enfriamiento incluye un tubo interior y un tubo exterior.
Por otro lado, el enfriador de catalizador incluye un colector de
entrada que se encuentra en comunicación fluida con el tubo
interior, y un colector de salida en comunicación fluida con los
tubos exteriores y los tubos interiores que están en comunicación
fluida con los tubos exteriores.
Asimismo, en otra faceta del invento, un aparato
para convertir compuestos oxigenados en olefinas ligeras tiene un
reactor para hacer que un flujo de carga de compuestos oxigenados
entre en contacto con un catalizador y así convertir el flujo de
carga en un producto olefínico, un separador para separar el
catalizador agotado del producto olefínico, un regenerador para
regenerar una primera parte del catalizador agotado, un enfriador
de catalizador para enfriar una segunda parte del catalizador
agotado, y el enfriador de catalizador incluye una entrada para el
fluido de intercambio de calor, cerca de la parte superior del
enfriador de catalizador. Por otro lado, el enfriador de catalizador
incluye un colector de entrada para distribuir el fluido de
intercambio de calor, dicho colector de entrada se encuentra en
comunicación fluida con los tubos interiores, y un colector de
salida que se encuentra en comunicación fluida con los tubos
exteriores y los tubos interiores que están en comunicación fluida
con los tubos exteriores. Por otro lado, el colector de entrada está
ubicado cerca de la parte superior del enfriador de catalizador. Por
otro lado, el enfriador de catalizador incluye una salida para
catalizador en la parte inferior del enfriador de catalizador. Por
otro lado, el enfriador de catalizador incluye una entrada para
catalizador ubicada encima de la salida para catalizador. Por otro
lado, el distribuidor del medio de fluidificación está ubicado
debajo de los tubos exteriores. Por otro lado, los tubos de entrada
están suspendidos por encima de la entrada para catalizador.
La Figura 1 es una vista lateral de un reactor y
un regenerador de reacción de conversión de metanol en olefina.
La Figura 2 es una vista ampliada de un
enfriador de catalizador para un reactor de conversión de metanol
en olefina, como se ve en la Figura 1.
Los compuestos oxigenados ligeros, que
comprenden metanol, etanol, dimetileter, dietileter o mezclas de
estos compuestos, pueden convertirse en olefinas ligeras tales como
etileno o propileno en presencia de un catalizador de
silicoaluminofosfato (SAPO) en una reacción exotérmica. El metanol
y el dimetileter son los compuestos oxigenados preferidos como
productos de base. Los compuestos oxigenados ligeros se introducen
en el catalizador a través de un flujo de carga fluidificado que
preferentemente es vaporizado, pero puede ser líquido. El producto
o los productos que se obtengan del proceso de conversión dependerán
del flujo de carga, el catalizador y las condiciones que se
empleen. Los productos que se prefieren son los hidrocarburos que
se encuentran en el rango de carbonos de C_{2} a C_{6}. Por un
lado, el producto deseado contiene, preferentemente olefinas ligeras
que tengan de 2 a 4 átomos de carbono por molécula y, aún más de 2
a 3 átomos de carbono por molécula. El proceso de conversión de
metanol en olefina puede ser un proceso catalítico fluido con una
fase de vapor, que convierte metanol en olefinas, principalmente
etileno y propileno.
Se puede utilizar un diluyente generalmente no
reactivo en el flujo de carga a fin de mantener la selectividad del
catalizador para producir olefinas ligeras, en especial, etileno y
propileno. Algunos de los diluyentes que pueden utilizarse son:
helio, argón, nitrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono,
hidrógeno, vapor, hidrocarburos parafínicos (p. ej. metano),
hidrocarburos aromáticos (p. ej., benceno, tolueno) y mezclas de
estos. La cantidad de diluyente usada puede variar considerablemente
y, por lo general, es del 5 al 90% en mol del producto de base, y
preferentemente, del 25 al 75% en mol del producto de base. El uso
de vapor como diluyente proporciona determinadas ventajas
relacionadas con el coste del equipo y la eficiencia térmica. Se
puede aprovechar el cambio de fase entre el vapor y el agua líquida
para la transferencia de calor entre el producto de base y el
efluente del reactor, y la separación del diluyente del producto
requiere la condensación simple del agua para separarla de los
hidrocarburos.
Una unidad de conversión de metanol en olefina
diseñada para procesar 2,500,000 toneladas métricas por año del 95%
en peso de metanol puede tener una velocidad de carga de,
preferentemente, entre 1500 y 4000 kMTA, y más preferentemente,
entre 2000 y 3500 kMTA. El flujo de carga puede contener entre 0 y
35% en peso de agua, y más preferentemente, entre 5 y 30% en peso
de agua. El metanol del flujo de carga puede constituir entre el 70
y el 100% en peso del flujo de carga, y más preferentemente, entre
el 75 y el 95% en peso del flujo de carga. El etanol del flujo de
carga puede constituir entre e10,01 y el 0,5% en peso del flujo de
carga, y más típicamente, entre el 0,1 y el 0,2% en peso del flujo
de carga, aunque concentraciones más elevadas pueden resultar
beneficiosas. Cuando el metanol es el componente principal del
flujo de carga, los alcoholes superiores del flujo de carga pueden
constituir entre 200 y 2000 partes por millón en peso, y más
típicamente, entre 500 y 1500 partes por millón en peso. Asimismo,
cuando el metanol es el componente principal del flujo de carga, el
dimetileter del flujo de carga puede constituir entre 10 y 60
partes por millón en peso, y más normalmente entre 20 y 50 partes
por millón en peso.
Durante la conversión de los compuestos
oxigenados en olefinas ligeras, se deposita en el catalizador un
material carbonáceo, es decir, coque. Los depósitos de coque tienen
el efecto de reducir la cantidad de sitios activos en el
catalizador, lo dial afecta a la magnitud de la conversión. De este
modo, durante el proceso de conversión de lecho fluidificado, se
retira una parte del catalizador con coque del reactor y se regenera
en un regenerador para extraer al menos una parte del coque.
Preferentemente, el coque se retira del catalizador por
regeneración oxidativa en el regenerador. Una vez que el catalizador
se ha regenerado para extraer los depósitos de coque, y así
aumentar la cantidad de sitios activos del catalizador, el
catalizador regenerado vuelve al reactor y entra en contacto con el
flujo de carga para convertir los compuestos oxigenados en olefinas
ligeras. La proporción de adición se selecciona de modo tal que
haya una cantidad suficiente de sitios activos del catalizador
dentro de la cámara de reacción fluidificada para aumentar la
conversión del flujo de carga en el producto deseado, sin aumentar
la conversión de subproductos no deseados.
Las condiciones de reacción para la conversión
de compuestos oxigenados en olefinas ligeras son conocidas para los
especialistas en la materia. Preferentemente, conforme al presente
invento, las condiciones de reacción comprenden una temperatura de
entre 200º y 700ºC, más preferentemente entre 300º y 600ºC, y aún
más preferentemente entre 400º y 550ºC. Las condiciones de reacción
varían según los productos deseados. Si se desea más etileno,
entonces la temperatura del reactor debe estar preferentemente entre
475º y 550ºC, y más preferentemente entre 500º y 520ºC. Si se desea
más propileno, entonces la temperatura del reactor debe estar
preferentemente entre 350º y 475ºC, y más preferentemente entre 400º
y 430ºC. Las olefinas ligeras producidas pueden tener una
proporción etileno/propileno de entre 0,5 y 2,0, y preferentemente
entre 0,75 y 1,25. Si se desea obtener una proporción
etileno/propileno mayor, entonces la temperatura de reacción deberá
ser más alta que si se deseara una menor proporción.
La temperatura del flujo de carga que contiene
compuestos oxigenados puede aumentarse y disminuirse de modo que se
ajuste al calor de la reacción exotérmica de la conversión de
compuestos oxigenados en olefinas ligeras. No obstante, ajustar la
temperatura del flujo de carga de compuestos oxigenados no cambia
con rapidez la temperatura de reacción. El catalizador dentro del
reactor es muy grande y voluminoso. El catalizador no responde a
los cambios de temperatura del flujo de carga. Es más, si el
catalizador no puede enfriarse directamente, la reacción puede
sobrecalentarse porque la reacción es exotérmica. Si la reacción se
sobrecalienta, se pueden dañar partes del aparato del sistema de
reacción.
Como se ilustra en la Figura 1, el presente
invento emplea un recipiente para reactor de lecho fluidificado
rápido 10 que se compone de una cámara de separación superior 50 y
una cámara de reacción inferior 15. La cámara de reacción inferior
15 comprende una zona de fase densa 20. La zona de fase densa 20
opera dentro de un rango de velocidad superficial de, normalmente,
entre 0,5 y 1,5 metros por segundo. La velocidad superficial es la
velocidad que adquiere el gas a medida que fluye por el recipiente y
se determina dividiendo el caudal volumétrico del gas por el área
de la sección transversal del recipiente. La zona de fase de
transición 30 está ubicada encima de la zona de fase densa 20 y se
extiende desde la cámara de reacción inferior 15 hasta el interior
de la cámara de separación superior 50. La zona de fase de
transición 30 incluye un medio reductor 35 que reduce el diámetro de
la trayectoria de flujo desde el diámetro de la zona de fase densa
20 hasta el diámetro del tubo elevador o "riser" 40. La
velocidad superficial dentro de la zona de transición es,
preferentemente, de entre 0,5 y 3 metros por segundo, y más
preferentemente, de entre 1 y 2 metros por segundo.
El producto de base mezclado con diluyente en
condiciones efectivas se introduce en la cámara de reacción
inferior 15 a través de la línea 16 y el distribuidor 18, donde el
producto de base entra en contacto con un catalizador que contiene
coque parcialmente para producir olefinas ligeras en forma
selectiva. La reacción continúa, preferentemente, hasta por lo
menos el 80% en mol, más preferentemente, hasta por lo menos el 85%
en mol, y aún más preferentemente, hasta por lo menos el 90% en mol
de conversión del producto de base de compuestos oxigenados con
respecto a la conversión en olefinas C_{2} y C_{3}. La
conversión total en el producto es, preferentemente, hasta por lo
menos el 90% en mol, más preferentemente, hasta por lo menos el 95%
en mol, y aún más preferentemente, hasta por lo menos el 99% en mol
de conversión del producto de base de compuestos oxigenados.
A medida que el producto de base sin reaccionar
y los productos de reacción pasan por la zona de fase densa 20,
transportan partículas del catalizador que contiene coque
parcialmente que tienen una cantidad reducida de sitios activos del
catalizador a la zona de transición 30. Los productos de reacción
gaseosa y el producto de base sin reaccionar elevan el catalizador
agotado hasta la zona de transición 30 en la parte inferior de la
sección de un tubo elevador o "riser" 40 y lo introducen en la
cámara de separación 50. A medida que el producto de reacción y la
mezcla de catalizador ascienden a través de la cámara de reacción
inferior y entran en una sección del "riser" 40, el área de la
sección transversal de la trayectoria de flujo a través del reactor
de lecho fluidificado rápido 10 se reduce desde la zona de la
sección transversal de la zona de fase densa 20 por una sección
cónica 35 hasta el área de la sección transversal de la sección del
"riser" 40. La sección del "riser" 40 descarga el flujo
del producto de reacción y la mezcla de catalizador a través de una
zona de separación que consta de brazos distribuidores 45. Los
brazos distribuidores 45 descargan el flujo del producto de
reacción y la mezcla de catalizador en el fondo de la cámara de
separación 50. La mezcla de catalizador separada cae en el fondo de
la cámara de separación 50 debido a la fuerza de gravedad. La
presión en la cámara de separación superior es aproximadamente de
50 kPa (presión manométrica) a 350 kPa (presión manométrica), y
preferentemente de 50 kPa (presión manométrica) a 300 kPa (presión
manométrica), que es 1-10 kPa más baja que en la de
la cámara de reacción inferior 15. El catalizador que permanece en
el flujo del producto de reacción continúa en dirección ascendente
hacia separadores de fase tales como los ciclones. Los ciclones 60
separan el catalizador de los vapores del producto. Los vapores del
producto son transportados a través de conductos 70 hasta la cámara
de sobrepresión 75 y luego hasta la recuperación del producto. El
catalizador separado en ciclones 60 baja a través de patas de caída
65 hasta el fondo de la cámara de separación 50. Las válvulas que
se encuentran en el fondo de los ciclones 60 evitan que el
catalizador vuelva en dirección ascendente por las patas de caída
65. Una parte del catalizador agotado que se deposita en el fondo
de la cámara de separación 50 es dirigido a un enfriador de
catalizador 200. Otra parte del catalizador agotado que se encuentra
en el fondo de la cámara de separación 50 es dirigido a un
regenerador 100 a través de un conducto 120. En el regenerador 100,
los depósitos de coque se separan del catalizador por combustión al
entrar en contacto con gas que contiene oxígeno. Las partículas del
catalizador regenerado pueden enfriarse por un enfriador de tipo de
mezclado por recirculación 102, ubicado en la parte inferior del
regenerador 100. Las partículas del catalizador regenerado vuelven
al reactor 10 a través de un conducto 110. Otra parte del
catalizador agotado, que representa la mayor proporción del
catalizador agotado en el fondo de la cámara de separación 50, puede
ser recirculada a la cámara de reacción inferior 15 a través de
conductos de recirculación que no se muestran en los gráficos.
Como se muestra en la Figura 2, se proporciona,
por lo menos, un enfriador de catalizador 200 para enfriar el
catalizador transferido desde la cámara de separación superior 50
hasta la zona de fase densa inferior 20. Puede ser preferible contar
con, por lo menos, dos enfriadores de catalizador. El enfriador de
catalizador 200 que se muestra en la Figura 2 es un enfriador de
tipo de flujo continuo. El enfriador de catalizador 200 puede tener
diversos tamaños, según la cantidad de producto deseada.
Preferentemente, el diámetro del enfriador de catalizador es de
entre 1,8 m y 2,5 m. Los tubos de enfriamiento de catalizador 220 se
sitúan en el enfriador de catalizador 200 y enfrían el catalizador
antes de que vuelva a la zona de fase densa 20. La válvula
corrediza de recirculación 260 controla la cantidad de catalizador
que se transfiere a la zona de fase densa 20. El uso de tubos de
enfriamiento 220 permite la recuperación y la remoción del exceso
de calor del catalizador causado por las reacciones exotérmicas de
la conversión de compuestos oxigenados en olefinas ligeras.
Preferentemente, hay entre 50 y 250 tubos de enfriamiento 220
ubicados en el enfriador de catalizador 200, y más preferentemente,
entre 75 y 200 tubos de enfriamiento 220. El calor se extrae
normalmente del catalizador para producir vapor que puede utilizarse
en algún otro sitio del complejo. La válvula de recirculación de
catalizador 260 controla la cantidad de catalizador que sale y que
entra en el enfriador de catalizador 200 desde el reactor 10 y, de
esta manera, controla la temperatura en el reactor 10.
El catalizador es retirado de la cámara de
separación 50 y entra en el enfriador de catalizador 200 a través
de la entrada para catalizador 201 que está ubicada en la parte
inferior de la cámara de separación 50 y debajo de una parte
superior del enfriador 205, que contiene las boquillas de entrada
230 y 241. El catalizador entra en el enfriador de catalizado 200,
donde entra en contacto con los tubos de enfriamiento de catalizador
220, que contienen agua de alimentación de caldera que actúa como
fluido de intercambio de calor. El catalizador se desplaza hacia
abajo por el enfriador de catalizador 200 y entra en el embudo 250,
el cual conduce al catalizador directamente a través de la válvula
corrediza de recirculación 260 hasta el interior del conducto 270,
para volver a la zona de fase densa 20. El catalizador se traslada
hacia abajo por el enfriador de catalizador 200 en el instante en
que entra por la entrada 201. Entre la entrada 201 y el conducto
270 no hay zonas de estancamiento donde pueda depositarse el
catalizador. Todo el catalizador que entra en el enfriador de
catalizador vuelve a la zona de fase densa 20 de la cámara de
reacción inferior 15 del reactor 10.
El enfriador de catalizador 200 puede ser "de
pared caliente" de modo que coincida con el reactor 10. La
expresión "de pared caliente" significa que las estructuras de
metal del reactor 10 y del enfriador 200 tienen la misma metalurgia,
sin revestimiento refractario aislante interior. No obstante, en
una aplicación, una o ambas estructuras pueden revestirse con un
material refractario aislante, lo que se considera "de pared
fría". Asimismo, se prefiere que algunas partes del reactor 10 y
del enfriador 200 estén revestidas con una capa resistente a la
abrasión. Las estructuras del enfriador 200 y del reactor 10 pueden
estar hecha; de acero inoxidable.
En una aplicación, se usa agua como alimentación
de caldera, pero también se contemplan otros tipos de fluido de
intercambio de calor, incluyendo agua con aditivos, para afectar al
punto de ebullición del fluido. El agua de alimentación de caldera
entra en el colector de entrada 231 a través de la boquilla para
agente de enfriamiento 230, que se encuentra en la parte superior
del enfriador de catalizador 200 o cerca de esta. En una aplicación,
el colector de entrada 231 está definido entre un cabezal superior
232 del enfriador 200 y una placa tubular superior 210.
Preferentemente, los tubos de enfriamiento de catalizador 220
tienen una entrada y una salida en la parte superior del enfriador
200 o cerca de esta. Preferentemente, los tubos de enfriamiento de
catalizador 220 son tubos de estilo bayoneta, cada uno se compone
de un tubo interior 215 y un tubo exterior 220. Los tubos
interiores 215 de los tubos de enfriamiento de catalizador 220 están
sujetos a una placa tubular superior 210, de la cual están
suspendidos. Las entradas de los tubos interiores 215 se comunican
fluidamente con el colector de entrada 231. El agua de alimentación
de caldera que entra por el colector de entrada 231 es dirigida
hacia abajo por el tubo interior 215 de los tubos de enfriamiento
220. El agua de alimentación de caldera atraviesa todo el tubo
interior 215 y sale por las salidas de los tubos interiores 215.
Luego, el agua de alimentación de caldera invierte su dirección y
sube por el tubo exterior 216, que rodea el tubo interior 215. El
catalizador entra en contacto con una superficie exterior de los
tubos exteriores 216 de los tubos de enfriamiento de catalizador
220. El diámetro de los tubos interiores 215 es, preferentemente, de
1,9 a 5,1 cm, y más preferentemente, de 2,5 a 4 cm. El diámetro de
los tubos exteriores 216 es, preferentemente, de 3,8 a 8,9 cm, y más
preferentemente, de 5 a 7 cm.
El calor del catalizador se intercambia de forma
indirecta con el agua de alimentación de caldera en los tubos
exteriores 216. El intercambio de calor indirecto aumenta la
temperatura del agua de alimentación de caldera en los tubos
exteriores 216 y convierte por lo menos una parte de dicha agua en
vapor. Este contacto con los tubos exteriores 216 disminuye la
temperatura del catalizador que se está transportando a la zona de
fase densa inferior 20. El agua de alimentación de caldera calentada
y el vapor de los tubos exteriores 216 salen por las salidas de los
tubos exteriores 216 y entran al colector de salida 240 definido
entre la placa tubular superior 210, una placa tubular inferior 212
y una estructura cilíndrica superior 242. Los tubos exteriores 216
están sujetos a una placa tubular inferior 212, de la cual están
suspendidos. Las salidas de los tubos exteriores 216 se comunican
fluidamente con el colector de salida 240. Luego, el fluido del
colector de salida 240 es transportado hacia afuera del enfriador
de catalizador 200 a través de la boquilla 240 y entra en un tambor
de circulación donde se separan el vapor y el líquido de caldera
calentado. Luego, el catalizador enfriado se desplaza hacia abajo
por el enfriador de catalizador 200 y regresa al reactor 10 a
través del conducto 270.
Asimismo, el distribuidor 245 dirige un gas de
fluidificación en dirección ascendente por el enfriador de
catalizador 200 a través de las boquillas 246. Preferentemente, el
distribuidor 245 está ubicado debajo de los tubos de enfriamiento
220, y las boquillas 246 dirigen el gas de fluidificación en
dirección ascendente en el enfriador de catalizador 200. Se utiliza
un gas inerte como nitrógeno, vapor o un gas de hidrocarburo para
fluidificar las partículas del catalizador que entran en el
enfriador de catalizador 200 por la entrada para catalizador 201.
Posiblemente se prefiera el vapor porque se condensaría a partir de
los gases del producto. El caudal del gas de fluidificación es lo
suficientemente grande como para lograr la fluidificación del
catalizador. El gas de fluidificación utilizado en el enfriador de
catalizador 200 mejora la transferencia de calor entre el
catalizador y los tubos de enfriamiento 220 generando turbulencia,
lo cual aumenta el coeficiente de transferencia de calor entre el
catalizador y los tubos de enfriamiento 220. Las dos maneras de
controlar la temperatura del catalizador circulado son controlando
la cantidad de catalizador que fluye por el enfriador de
catalizador 200 a través de la válvula de recirculación de
catalizador 260, o modificando el gas de fluidificación en el
enfriador de catalizador 200.
La parte superior del enfriador 205, que
comprende el colector de entrada 231 y el colector de salida 240,
está ubicada cerca de la parte superior del enfriador de catalizador
200. Ubicar los colectores 231 y 240 cerca de la parte inferior del
enfriador de catalizador 200 puede propiciar que el catalizador se
deposite en algunas partes de una placa tubular. Ninguna parte de
catalizador se depositará en una placa tubular en el enfriador de
catalizador 200 porque la parte inferior del enfriador de
catalizador está limitada por el embudo 250. La fuerza de gravedad
empuja las partículas del catalizador hacia abajo por el enfriador
de catalizador 200 y el embudo 250 facilitará el desplazamiento de
todo el catalizador hacia abajo y hacia afuera del enfriador 200.
El enfriador 200 no incluye ninguna zona de estancamiento donde
puedan permanecer el catalizador y la carga sin volver al reactor 10
durante un periodo de tiempo indeseablemente largo. La placa
tubular superior 210 está atornillada entre una brida en el extremo
inferior del cabezal 231 del enfriador 200 y una brida superior en
un extremo superior de la estructura cilíndrica superior 242. La
placa tubular inferior 212 está soldada al extremo inferior de la
estructura cilíndrica 242 y está atornillada a una brida en el
extremo superior de la estructura inferior 244 que define la parte
inferior del enfriador 200. Preferentemente, la placa tubular
inferior tiene una capa de material refractario aislante adherida a
su superficie inferior para mantener la parte superior del enfriador
205 más fría que el resto del enfriador de catalizador 200. El
enfriador de catalizador 200 tiene rejillas 235 que se extienden
horizontalmente para mantener rígido el conjunto de tubos de
enfriamiento 220 alineados verticalmente en el enfriador de
catalizador 200. Las rejillas 235 definen las aberturas a través de
las que se extienden los tubos de enfriamiento. Preferentemente,
hay por lo menos dos capas de rejillas 235 en cada enfriador de
catalizador 200. Las rejillas están sujetas a los tubos de
enfriamiento 220 y están sujetas entre sí mediante varillas de
refuerzo 236 que pueden estar hechas del mismo material que los
tubos de enfriamiento 220. Las rejillas 235 y los tubos de
enfriamiento 220 tienen la capacidad de dilatarse térmicamente en
forma conjunta según sea necesario sin engranarse.
Los tubos de enfriamiento pueden estar hechos de
una aleación de cromo, molibdeno y hierro, dado que esta aleación
es resistente a la corrosión causada por restos de cloruros en el
agua de alimentación de caldera si ésta se usa como líquido de
intercambio de calor. No obstante, esta aleación es muy susceptible
a la corrosión causada por ácido acético.
Las zonas de estancamiento en el enfriador de
catalizador 200 pueden dar lugar al desarrollo de puntos fríos, ya
sea durante el funcionamiento normal o al apagarse. Una carga de
metanol sin reaccionar puede descomponerse y formar ácido acético.
En los puntos fríos, el ácido acético de los vapores pueden
condensarse y corroer componentes del enfriador 200, tales como los
tubos de enfriamiento 220, que son susceptibles a la corrosión
causada por ácido acético. Con el colector de entrada 231 y el
colector de salida 241 que se encuentran en la parte superior del
enfriador 205, ubicada cerca de la parte superior del enfriador de
catalizador 200, se elimina la presencia de zonas de estancamiento
en el enfriador de catalizador 200. El presente invento evita las
zonas de estancamiento, asegurando que los vapores que permanecen
sobre el catalizador o junto con éste se desplacen hacia abajo o
hacia afuera del enfriador de catalizador 200 y luego vuelven al
reactor 10 oportunamente. Por consiguiente, es mucho menos probable
que se acumulen depósitos de ácido acético.
Los beneficios del presente invento son las
mejoras del aspecto económico del proceso por la generación de
vapor. Se puede aumentar la producción habitual de vapor a alta
presión mediante la extracción del calor del catalizador
transportado a través de los enfriadores de catalizador 200. Por
otra parte, se mejora el control del proceso dado que el
enfriamiento del catalizador proporcionará un control de temperatura
con mayor capacidad de respuesta, en contraposición al simple
control de la temperatura del producto de base introducido a través
de una línea 16 al reactor 10. También hay implicaciones de
seguridad relacionadas con un control de temperatura del catalizador
con mayor capacidad de respuesta, dado que la reacción es
exotérmica y el reactor 10 puede sobrecalentarse, lo que provoca
daños en el aparato. Por otra parte, el enfriamiento del catalizador
agrega flexibilidad al proceso. En respuesta a cambios en el
proceso, tales como los niveles de conversión deseados la
extracción del calor de los enfriadores de catalizador puede
variarse en función de un rango mucho más amplio que la técnica de
extracción de calor estándar de los tubos de enfriamiento internos
dentro del reactor 10.
Existen dos aplicaciones posibles de enfriadores
de catalizador para reactor que pueden utilizarse en un reactor 10:
un enfriador de flujo continuo y un enfriador de mezclado por
recirculación. Para un enfriador de flujo continuo, el enfriador de
catalizador 200 se sitúa al lado del reactor 10, como se indica en
la Figura. 2. El catalizador entra en los enfriadores de
catalizador 200 a través de la entrada para catalizador 201 y se
desplaza hacia abajo por el enfriador de catalizador 200 debido a
la fuerza de gravedad. Para un enfriador de tipo de mezclado por
recirculación, el enfriador de catalizador 200 estaría ubicado en
posición vertical en la parte inferior del reactor 10, cerca del
distribuidor 18, en el fondo de la zona de fase densa 20. El
catalizador se fluidifica en la fase densa 20 de modo que entrará y
saldrá del enfriador de catalizador de mezclado por recirculación
debido a la circulación natural de las partículas fluidificadas.
Las partículas fluidificadas del catalizador caerán en el enfriador
de mezclado por recirculación en la parte inferior del reactor 10
debido a la fluidificación y a la fuerza de gravedad. En un
enfriador de mezclado por recirculación, el catalizador entrará en
contacto con los tubos de enfriamiento 220, luego el gas de
fluidificación dentro del enfriador de catalizador 200 dirigirá las
partículas del catalizador de regreso a la cámara de reacción
inferior 15 del reactor 10. Los enfriadores de tipo de mezclado por
recirculación no son tan eficientes como los enfriadores de tipo de
flujo continuo porque el catalizador no entra tanto en contacto con
los tubos de enfriamiento 220. Algunas partículas del catalizador
pueden desplazarse hacia el enfriador de tipo de mezclado por
recirculación, luego regresar al reactor 10, sin entrar en contacto
con los tubos de enfriamiento 220 en toda la extensión del enfriador
de mezclado por recirculación. Un enfriador de flujo continuo es
mucho más efectivo para extraer el calor porque las partículas del
catalizador que entran en el enfriador de flujo continuo pueden
entrar en contacto con los tubos de enfriamiento en toda la
extensión de los tubos de enfriamiento.
Este invento está dirigido a un proceso de
conversión de compuestos oxigenados en olefinas ligeras, que
incluye hacer que un flujo de carga de compuestos oxigenados entre
en contacto con un catalizador y así convertir el flujo de carga de
compuestos oxigenados en olefinas ligeras agotando el catalizador,
regenerar una primera parte del catalizador agotado y devolver
dicha primera parte para que entre en contacto con el flujo de carga
de compuestos oxigenados y enfriar una segunda parte del
catalizador agotado y devolver dicha segunda parte para que entre
en contacto con el flujo de carga de compuestos oxigenados. Por otro
lado, la segunda parte se enfría en un enfriador de catalizador
mediante intercambio de calor indirecto. Por otro lado, se
introduce un fluido de intercambio de calor en el enfriador de
catalizador, desde cerca de la parte superior del enfriador de
catalizador. Por otro lado, el catalizador agotado sale del
enfriador de catalizador desde cerca de la parte inferior del
enfriador de catalizador. Asimismo, por otro lado, se introduce un
medio de fluidificación en el enfriador de catalizador.
Este invento también está dirigido a un proceso
de conversión de compuestos oxigenados en olefinas ligeras, que
incluye cargar una región inferior de un reactor con un
catalizador, introducir los compuestos oxigenados en la región
inferior y entrar en contacto con el catalizador, convertir los
compuestos oxigenados en olefinas ligeras agotando el catalizador,
transportar las olefinas ligeras y una parte del catalizador agotado
a una región superior del reactor, separar el catalizador agotado
de las olefinas ligeras en la región superior, dividir el
catalizador agotado en una primera parte y una segunda parte,
regenerar la primera parte en un regenerador y devolver dicha
primera parte a la región inferior, enfriar una segunda parte en un
enfriador de catalizador con fondo, retirar la segunda parte del
fondo y devolver dicha segunda parte a la región inferior. Por otro
lado, la segunda parte se enfría en un enfriador de catalizador
mediante intercambio de calor indirecto. Asimismo, por otro lado se
introduce un fluido de intercambio de calor en el enfriador de
catalizador, desde cerca de la parte superior del enfriador de
catalizador, y el catalizador agotado sale del enfriador de
catalizador desde cerca de la parte inferior del enfriador de
catalizador.
Este invento está dirigido a un enfriador de
catalizador que tiene un recipiente con fondo y una entrada para
catalizador, múltiples tubos de enfriamiento ubicados dentro del
recipiente, un distribuidor de gas de fluidificación ubicado debajo
de los tubos de enfriamiento y una salida para catalizador ubicada
en el fondo del recipiente. Por otro lado, cada uno de los tubos de
enfriamiento tiene un tubo interior y un tubo exterior. Por otro
lado, el enfriador de catalizador incluye un colector de entrada que
se encuentra en comunicación fluida con los tubos interiores, y un
colector de salida en comunicación fluida con los tubos exteriores
y los tubos interiores que están en comunicación fluida con los
tubos exteriores. Por otro lado, el colector de entrada está
ubicado cerca de la parte superior del enfriador de catalizador.
Por otro lado, la salida para catalizador está situada en la parte
inferior del enfriador de catalizador y la entrada para catalizador
está situada encima de la salida para catalizador.
Este invento está dirigido a un aparato para
convertir compuestos oxigenados en olefinas ligeras, que tiene un
reactor para hacer que un flujo de carga de compuestos oxigenados
entre en contacto con un catalizador y así convertir el flujo de
carga en un producto olefínico, un separador para separar el
catalizador agotado del producto olefínico, un regenerador para
regenerar una primera parte del catalizador agotado, un enfriador de
catalizador para enfriar una segunda parte del catalizador agotado,
y el enfriador de catalizador incluye una entrada para el fluido de
intercambio de calor, cerca de la parte superior del enfriador de
catalizador. Por otro lado, el enfriador de catalizador incluye un
colector de entrada para distribuir el fluido de intercambio de
calor, dicho colector de entrada se encuentra en comunicación
fluida con los tubos interiores, y un colector de salida que se
encuentra en comunicación fluida con los tubos exteriores y los
tubos interiores que están en comunicación fluida con los tubos
exteriores. Por otro lado, el colector de entrada está ubicado
cerca de la parte superior del enfriador de catalizador. Por otro
lado, el enfriador de catalizador incluye una salida para
catalizador en la parte inferior del enfriador de catalizador. Por
otro lado, el enfriador de catalizador incluye una entrada para
catalizador ubicada encima de la salida para catalizador. Por otro
lado, el distribuidor del medio de fluidificación está ubicado
debajo de los tubos exteriores. Por otro lado, los tubos de entrada
están suspendidos por encima de la entrada para catalizador.
Claims (10)
1. Un proceso de conversión de compuestos
oxigenados en olefinas ligeras que comprende lo siguiente:
- hacer que un flujo de carga de compuestos oxigenados (16) entre en contacto con un catalizador (20) y convertir dicho flujo de carga de compuestos oxigenados en dichas olefinas ligeras agotando dicho catalizador hasta convertirlo en un catalizador agotado;
- regenerar una primera parte de dicho catalizador agotado y devolver dicha primera parte para que entre en contacto con dicho flujo de carga de compuestos oxigenados; y
- enfriar una segunda parte de dicho catalizador agotado en un enfriador de catalizador (200);
- introducir un fluido de intercambio de calor en el enfriador de catalizador, cerca de la parte superior del enfriador de catalizador; y
- devolver dicha segunda parte de dicho catalizador agotado para que entre en contacto con dicho flujo de carga de compuestos oxigenados.
2. El proceso de la reivindicación 1, que además
comprende retirar dicha segunda parte de dicho catalizador agotado
desde la parte inferior de dicho enfriador de catalizador.
3. El proceso conforme a la reivindicación 1 ó
2, que además comprende introducir un medio de fluidificación en
dicho enfriador de catalizador.
4. El proceso de la reivindicación 1, 2 ó 3, que
además comprende:
cargar una región inferior de un reactor con un
catalizador;
introducir dicho flujo de carga de compuestos
oxigenados en dicha región inferior y entrar en contacto con dicho
catalizador;
transportar dichas olefinas ligeras y un
catalizador agotado a una región superior de dicho reactor;
separar dicho catalizador agotado de dichas
olefinas ligeras en dicha región superior;
dividir dicho catalizador agotado en una primera
parte y una segunda parte;
devolver dicha primera parte a dicha región
inferior después de regenerarla; y
devolver dicha segunda parte a dicha región
inferior después de enfriarla.
5. Un aparato para convertir compuestos
oxigenados en olefinas ligeras que comprende lo siguiente:
un reactor (10) para hacer que un flujo de carga
de compuestos oxigenados (16) entre en contacto con un catalizador
(20) y convertir el flujo de carga en un producto olefínico y
agotar dicho catalizador hasta convertirlo en un catalizador
agotado;
un separador (45) para separar el catalizador
agotado de dicho producto olefínico;
un regenerador (100) para regenerar una primera
parte de dicho catalizador agotado; y
un enfriador de catalizador (200) para enfriar
una segunda parte de dicho catalizador agotado, y dicho enfriador
de catalizador incluye una entrada (230) para el fluido de
intercambio de calor, cerca de la parte superior de dicho enfriador
de catalizador.
6. El enfriador de catalizador (200) de la
reivindicación 5, que además incluye una entrada para catalizador
(201) ubicada encima de una salida para catalizador (250).
7. El aparato de las reivindicaciones 5 ó 6,
donde dicho enfriador incluye un colector de entrada (231) para
distribuir el fluido de intercambio de calor, y dicho colector de
entrada se encuentra en comunicación fluida con los tubos
interiores (215), y un colector de salida (240) que se encuentra en
comunicación fluida con los tubos exteriores (216), y dichos tubos
interiores se encuentran en comunicación fluida con dichos tubos
exteriores.
8. El aparato de las reivindicaciones 5, 6 ó 7,
donde dicho colector de entrada está ubicado cerca de la parte
superior de dicho enfriador de catalizador.
9. El aparato de las reivindicaciones 5, 6, 7 u
8, que además incluye un distribuidor (245) para distribuir el
medio de fluidificación ubicado debajo de dichos tubos
exteriores.
10. El aparato de las reivindicaciones 5, 6, 7,
8 ó 9, donde dichos tubos de entrada están suspendidos por encima
de dicha entrada para catalizador.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200503228A ES2298013A1 (es) | 2005-12-29 | 2005-12-29 | Enfriadores de catalizador para reactor de conversion de compuestos oxigenados. |
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|---|---|---|---|
| ES200503228A ES2298013A1 (es) | 2005-12-29 | 2005-12-29 | Enfriadores de catalizador para reactor de conversion de compuestos oxigenados. |
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| ES2298013A1 true ES2298013A1 (es) | 2008-05-01 |
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ID=39316090
Family Applications (1)
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| ES (1) | ES2298013A1 (es) |
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