ES2677013T3 - Reactor de flujo radial con soportes móviles - Google Patents

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Cem E. Celik
Jeffert John Nowobilski
James Stanley Schneider
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Abstract

Un reactor de lecho radial (1) que comprende: a) una carcasa del recipiente sustancialmente cilíndrica (2) que tiene un eje vertical longitudinal (20), una tapa superior (3) y una tapa inferior (4); b) una cesta exterior porosa sustancialmente cilíndrica (10) dispuesta de manera concéntrica dentro de la carcasa (2) a lo largo del eje longitudinal (20) y unida a la tapa superior (3) de la carcasa; c) una cesta interior porosa sustancialmente cilíndrica (9) de manera concéntrica dentro de la cesta exterior porosa (10) a lo largo del eje longitudinal (20) y unida a la tapa superior (3) del recipiente, d) una placa de soporte inferior (7) dispuesta dentro de la carcasa (2) y conectada a la parte inferior de las cestas interior y exterior (9, 10) con el fin de formar una superficie inferior sólida de las cestas; y f) por lo menos tres columnas de soporte (12) dispuestas entre la placa de soporte inferior (7) y la tapa inferior (4) del recipiente con medios para mover la placa de soporte inferior (7) y las cestas (9, 10) a lo largo del eje longitudinal (20) para proporcionar una tensión longitudinal predeterminada a las cestas.

Description

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DESCRIPCION
Reactor de flujo radial con soportes moviles Campo de la Invencion
La presente invencion se refiere por lo general al campo de los recipientes del reactor de flujo radial utilizados en los procesos de purificacion, separacion, y reaccion de gas. De manera mas espedfica, esta invencion se refiere a recipientes de flujo radial que tienen montajes de cestas interiores para retener el material activo utilizado para eliminar y/o convertir uno o mas componentes en una corriente de alimentacion a traves de adsorcion y/o reacciones catalfticas o no cataltticas y que tienen columnas de soporte moviles.
Antecedentes de la invencion
La demanda de mayor rendimiento en los reactores continua en incremento para una variedad de procesos industriales ligados a la recuperacion de petroleo y gas, la produccion de combustible alternativa, la sostenibilidad del entorno y las emisiones de proceso. Tales demandas son parcialmente conducidas por la cada vez mayor costo del combustible y la necesidad de diversos materiales de alimentacion qmmicos. Un ejemplo es la demanda de unidades de separacion criogenica de aire (ASU, por su sigla en ingles) mas grandes para satisfacer las crecientes necesidades de grandes cantidades de oxfgeno y nitrogeno utilizadas en varias industrias de proceso industrial. Las ASU requieren reactores de purificacion de extremo delantero (recipientes de adsorcion) para purificar la corriente de aire de alimentacion por medio de la eliminacion de dioxido de carbono, agua, hidrocarburos traza y otros contaminantes antes de entrar en la ASU. Las ASU mas grandes requieren "unidades de purificacion previa" de mayor tamano, de acuerdo con lo les conocido comunmente para tratar el aire de alimentacion entrante antes de la destilacion criogenica. Esto presenta un desaffo a los disenadores del reactor cuando se trata de controlar el tamano del reactor dado que un mayor rendimiento del aire de alimentacion exige un incremento proporcional en el area de flujo delantera proporcionada por los recipientes resultantes en los recipientes mas grandes y mas costosos.
Los procesos de purificacion, separacion o reaccion de gas por el uso de materiales activos tales como adsorbentes y/o catalizadores son muy conocidos en la tecnica y hay varios disenos de recipiente de reactor en uso hoy en dfa para este tipo de procesos. Los ejemplos incluyen tanto recipientes cilmdricos orientados verticalmente como horizontalmente con flujo ascendente de aire a traves del lecho de material adsorbente, reactivo y/o material catalftico durante la purificacion, separacion o reaccion qrnmica. Un tercer tipo de recipiente, de acuerdo con lo empleado en la presente memoria, esta orientado con un eje central o longitudinal vertical y un diseno interno que dirige el flujo de gas de proceso radialmente a traves del lecho. Este diseno de flujo radial consiste en un recipiente a presion que encierra cestas interiores y exteriores concentricas permeables al gas para contener un lecho de una o mas capas de material activo. Los disenos de flujo radial ofrecen la posibilidad de incrementar el area de flujo delantera por medio del incremento de la altura del recipiente sin alterar sustancialmente la huella del recipiente (requerimientos de area de tierra). Ademas, un diseno de flujo radial ofrece un medio mas eficaz para incrementar el area de flujo para una comparacion con cualquiera de los disenos de reactores de flujo horizontales o axiales.
Los reactores de flujo radial de manera tfpica operan de manera continua o en modo dclico, dependiendo del proceso de tratamiento de gas. Muchos procesos, tales como los procesos de adsorcion, operan de manera ciclica en ya sea por modo oscilacion de presion (PSA, por su sigla en ingles), oscilacion de vacfo (VSA, por su sigla en ingles), oscilacion de temperatura (TSA, por su sigla en ingles) o en combinaciones de estos modos en los que uno o mas componentes de la corriente de alimentacion se adsorben durante el paso de adsorcion y luego se desorben o de otra manera se enjuagan del adsorbente durante el paso de regeneracion adsorbente. Cuando las variaciones termicas acompanan a estos procesos dclicos, tales como en los procesos de TSA, los cambios de temperatura provocan que los componentes del lecho y de los recipientes en contacto con tales variaciones termicas se expandan y se contraigan. Dependiendo de la configuracion de los componentes internos, asf como tambien de su modo de conexion con el recipiente, esta expansion y contraccion termica induce cargas dentro del lecho que se transfieren posteriormente a los componentes internos del reactor. Tales cargas inducidas termicamente crean tensiones mecanicas significativas en todos los elementos de los montajes de cestas internos, la magnitud de tales cargas inducidas incrementa por medio del incremento de la diferencia de temperatura. El desplazamiento axial y radial de las paredes de las cestas tambien puede dar lugar a la compresion del lecho de material activo y las partfculas de material pueden migrar o danarse como resultado del movimiento de la pared de la cesta. En el peor de los casos, estos efectos pueden provocar ruptura ffsica del material activo y/o un fallo mecanico de los montajes de cestas.
A modo de ejemplo, los problemas particulares asociados con los reactores de flujo radial se describen mas por completo en un proceso de purificacion de aire por medio de oscilacion termica tfpica. Es ventajoso operar un reactor de este tipo por medio de la introduccion del aire de alimentacion en el conducto mas exterior entre la carcasa del recipiente y la cesta exterior durante el paso de adsorcion y por medio de la introduccion del gas de regeneracion en el paso cerrado por la cesta interior durante el paso de desorcion. Por lo tanto, el aire de alimentacion se purifica por medio del paso radial a traves del lecho adsorbente hacia el eje central del reactor. El gas de regeneracion pasa radialmente a traves del lecho en la direccion opuesta para desorber los contaminantes y renovar el lecho para el ciclo subsiguiente. La adsorcion de los contaminantes del gas de alimentacion se produce a
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Por consiguiente, el reactor y sus componentes internos deben estar disenados para minimizar y acomodar el movimiento radial y axial de manera tal que la integridad mecanica de los montajes de cestas y el material activo contenido dentro de las cestas se mantenga durante las cargas y tensiones inducidas termicamente. Ademas, las tensiones mecanicas inducidas termicamente limitan el intervalo de temperatura sobre el cual pueden operar reactores de flujo radiales convencionales y estas limitaciones se amplifican a medida que el tamano del reactor incrementa, lo cual de ese modo limita el tamano y la aplicacion de los reactores.
Por lo tanto, hay una motivacion significativa para mejorar el diseno mecanico de los reactores de flujo radial para afectar a una mayor seguridad de operacion, menor costo y una mayor flexibilidad del proceso mientras que todavfa limita la huella total del recipiente del reactor. Ademas, el presente reactor esta disenado para permitir un medio simple y eficaz para abordar los problemas asociados con las tensiones mecanicas inducidas termicamente y de ese modo habilitar las mejoras mencionadas con anterioridad.
Las ensenanzas en la tecnica son variadas e inconsistentes con respecto al diseno de reactores de flujo radial; en particular para recipientes sometidos a ciclos termicos. Los disenos de reactores cilindricos convencionales de manera tfpica incluyen un montaje interno de por lo menos dos cestas de pared porosa concentricas con el material activo contenido en el espacio anular formado entre estas cestas. Las cestas y la carcasa del recipiente por lo general comparten el mismo eje longitudinal. Mas alla de estos puntos en comun, las ensenanzas divergen de manera significativa en la descripcion de una variedad de medios para soportar el montaje de la cesta. Por ejemplo, las cestas estan ya sea suspendidas solo desde el extremo superior del recipiente, apoyadas en solo el extremo inferior, o fijadas entre ambos extremos del recipiente.
La Patente de los Estados Unidos Num. 4.541.851 revela un recipiente que tiene dos capas concentricas de adsorbente, cada capa contenida entre dos rejillas cilindricas concentricas. Tres rejillas cilmdricas son concentricas alrededor del mismo eje longitudinal que el recipiente que las encierra. La rejilla intermedia es axialmente ngida y radialmente flexible, mientras que las rejillas interior y exterior son axialmente flexibles y radialmente ngidas. Las tres rejillas estan interconectadas de manera ngida al cuerpo del recipiente en su extremo superior y se interconectan de manera ngida a una placa inferior flotante solida en su extremo inferior. El montaje de las tres rejillas concentricas de este modo esta suspendido dentro del recipiente de la cabeza superior de manera tal que el peso de las rejillas, la placa inferior y el material adsorbente es llevado principalmente por la rejilla intermedia axialmente ngida. La rejilla intermedia se expande y contrae en la direccion axial. El movimiento axial de las rejillas flexibles interiores y exteriores sigue el de la rejilla intermedia. Las rejillas interior y exterior se expanden y contraen en la direccion radial y de manera alternada aprietan y sueltan el lecho adsorbente en la direccion radial tras el calentamiento y el enfriamiento. La rejilla intermedia se expande/contrae radialmente dentro del lecho, ya que es flexible en la direccion radial, y, como resultado, imparte muy poca fuerza radial de compresion adicional en el lecho adsorbente.
La Patente de los Estados Unidos Num. 4.541.851 revela en una segunda forma de realizacion un recipiente que tiene tres capas concentricas de adsorbente y cuatro rejillas permeables. Las rejillas interior y exterior son ngidas, tanto en la direccion axial como radial, y las dos rejillas intermedias son ngidas en la direccion axial y flexibles en la direccion radial. Las cuatro rejillas estan interconectadas de manera ngida a la carcasa en sus extremos inferiores. En sus extremos superiores, las cuatro rejillas son libres de moverse en la direccion axial con las tres rejillas exteriores capaces de deslizarse axialmente en las grnas, mientras que la rejilla mas interior termina en una cupula que es capaz de moverse libremente en la direccion axial. Dos o mas capas de adsorbente se pueden utilizar en esta configuracion. A medida que los pulsos termicos se mueven a traves del lecho adsorbente, las rejillas de manera alternativa se calientan y se enfnan. El diseno permite que cada una de las rejillas se expanda de manera libre e independiente la una de la otra en la direccion axial. Las fuerzas de compresion radial se transmiten a las tres capas de adsorbente debido a la flexibilidad circunferencial de las dos rejillas intermedias. Los detalles adicionales asociados con este diseno se describen por Grenier, M., J-Y Lehman, P. Petit, "Adsorption Purification for Air Separation Units", en Cryogenic Processes and Equipment, ed. por P.J. Kemey, et al. ASME, Nueva York (1984).
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La patente de los Estados Unidos Num. 5.827.485 revela un recipiente que contiene un lecho de adsorcion anular que esta delimitado por las cestas interior y exterior. Se ensena una sola capa de adsorbente que esta contenida entre las dos cestas concentricas permeables, ambas de los cuales son flexibles en la direccion axial y ngidas en la direccion radial. Por lo menos una de las cestas esta fijada de manera ngida al extremo superior del recipiente. La cesta interior esta conectada de manera ngida en su extremo inferior a un miembro de soporte inferior y soportada de manera adicional en la parte inferior una tapa semiesferica de la carcasa por nervaduras dispuestas como una estrella. La cesta exterior esta soportada directamente en su extremo inferior por la tapa inferior. Se afirma que una relacion de coeficientes de expansion termica de las cestas relativas a la del material activo de "flujo libre" o adsorbente esta en el intervalo de 0,25 a 2,0. Ensena que esta combinacion de caractensticas elimina esencialmente el movimiento relativo de las partfculas del material de flujo libre debido al ciclo termico de las cestas. Tambien sugiere que el tensado previo de por lo menos una de las cestas reduce las tensiones axiales que se
desarrollan dentro de las cestas, como resultado de los ciclos termicos, si bien no se proporciona una descripcion del
metodo de tension previa. Tambien se describen detalles adicionales por U. von Gemmingen, "Designs of Adsorptive Dryers in Air Separation Plants", Reports on Science & Technology, 54:8 a 12 (1994).
La patente de los Estados Unidos Num. 6.086.659 revela un recipiente de adsorcion de flujo radial que tiene una pluralidad de rejillas, en el que por lo menos una de las rejillas es flexible en ambas direcciones axial y radial. Esta "flexibilidad bidireccional" se imparte con preferencia a por lo menos una de las rejillas intermedias. Muchas combinaciones de flexibilidad/rigidez axial/radial se ofrecen para las cestas interior y exterior. Las rejillas estan unidas de manera ngida tanto a la parte superior del recipiente como a una placa inferior. La placa inferior puede estar flotando o fijada de manera semi-ngida o ngida a la cabeza inferior del recipiente. Una o mas rejillas intermedias se revelan como un medio para contener varias capas de adsorbentes dentro del recipiente.
La patente alemana Num. DE-39-39-517-A1 revela un recipiente de flujo radial que tiene una sola capa de
adsorbente contenida entre dos rejillas permeables concentricas, ambas de las cuales parecen ser ngidas tanto en
la direccion axial como radial. La cesta exterior esta conectada de manera ngida al extremo superior del recipiente y a una placa inferior flotante. La cesta interior esta conectada de manera flexible al extremo superior del recipiente por el uso de un fuelle de expansion o una grna de deslizamiento. El extremo inferior de la cesta interior esta conectado de manera ngida a la placa inferior flotante. El montaje de la cesta entero esta suspendido de este modo desde el extremo superior del recipiente con la cesta exterior que lleva el peso del montaje y el adsorbente contenido en el mismo. La rejilla interior esta encerrada en el lado adsorbente con un material compresible permeable a los gases o una estera para absorber cualquier fuerza compresible radial resultante de la expansion y la contraccion termica.
De acuerdo con lo ilustrado con anterioridad, la tecnica de patentes ensena muchas variaciones dentro de las configuraciones de diseno basico en las que las cestas interiores, exteriores, y/o intermedias pueden poseer flexibilidad axial, flexibilidad radial, o combinaciones de las mismas. Todos estos disenos tienen varias deficiencias, lo mas notable es un problema continuo con el estres inducido termicamente, el cizallamiento, y el posible dano al equipo y el material activo. A pesar de estas ensenanzas, no hay una clara direccion para el diseno de un reactor de flujo radial para mitigar o eliminar estos problemas. Por otra parte, no hay ensenanzas sobre metodos para la tension previa de las cestas interiores o en reactores disenados para este proposito.
El presente reactor de flujo radial esta disenado de manera tal que el montaje de la cesta interior que contiene el lecho de material activo esta soportado de manera ngida en ambos extremos superior e inferior del recipiente. El tamano y la geometna de las perforaciones en las paredes de las cestas dictan en gran medida la cantidad de flexibilidad axial y la rigidez radial que da como resultado la minimizacion del movimiento inducido termicamente y el control de las tensiones y cargas, lo cual de este modo mitiga el pandeo axial y radial de estas paredes. El presente reactor tambien proporciona un medio simple y ventajoso para el tensado previo de las cestas que se utiliza en la presente memoria para describir el acto de colocar las cestas en tension a temperatura ambiente.
Breve Smtesis de la Invencion
En un primer aspecto, la presente invencion es un reactor de flujo radial de acuerdo con lo definido en la reivindicacion 1. El reactor de flujo radial se puede utilizar en procesos de separacion de gas y, en particular, para la purificacion de aire por medio de adsorcion y/o una reaccion catalftica o no catalftica. El reactor tiene dos cestas interiores porosas concentricas que confinan el material activo, de manera tfpica un solido en partfculas de flujo libre, dentro de las cestas y dentro de la carcasa cilrndrica. Con preferencia, las cestas estan apoyadas de manera ngida en ambos extremos superior e inferior del recipiente y tienen paredes que son flexibles axialmente y radialmente ngidas para minimizar las tensiones y cargas inducidas termicamente. De acuerdo con la invencion, el recipiente del reactor tiene columnas de soporte que se fijan a la placa inferior que esta fijada a la parte inferior de las cestas y son moviles. Con preferencia, las columnas de soporte son un montaje de columna de soporte dividida que proporciona medios para tensar previamente de manera simple y efectiva las cestas interiores, definidas como el acto de colocar las cestas en tension a temperatura ambiente, para mitigar de ese modo los efectos adversos de las tensiones mecanicas inducidas termicamente.
La fuerza requerida para pretensar las cestas a la tension previa adecuada se capta con el recipiente de reactor colocado en posicion vertical en que opera la orientacion por el uso de la masa inherente del material activo solido
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cargado en el lecho entre las cestas concentricas. En una forma de realizacion preferida, la placa de soporte inferior esta fijada para dividir soportes de columna (columnas de soporte), y se mueve con las secciones superiores de estos soportes, lo cual permite el tensado previo de de las cestas. Por medio de la combinacion del diseno de la cesta con el sistema de soporte de columna dividida proporciona un medio para aplicar una cantidad predeterminada de tension previa durante la carga de material activo, el acto de llenar el lecho, de ese modo mitiga de manera significativa las tensiones mecanicas inducidas termicamente y las limitaciones de tamano del reactor.
Por lo tanto, la presente invencion representa un diseno mas fiable de un recipiente del reactor de lecho radial con un montaje de la cesta interior. No solo se proporciona un metodo de tensado previo, sino que se proporciona una columna de soporte para el montaje de la cesta que permite el tensado previo de las cestas por medios mecanicos o por el uso de la potencial de fuerza residente del peso del material activo.
En otro aspecto, esta invencion proporciona un proceso de purificacion, separacion o reaccion de gas dclico por el uso del reactor de lecho radial mencionado con anterioridad.
En otro aspecto, esta invencion proporciona un metodo para la tension previa de por lo menos la cesta exterior en el reactor de flujo radial de acuerdo con lo definido en la reivindicacion 16.
Breve Descripcion de las Figuras
Para una comprension mas completa de la presente invencion, se debe hacer referencia a la siguiente Descripcion Detallada tomada en conjuncion con las figuras adjuntas en las que:
La Figura 1 es una vista en seccion transversal del recipiente del reactor de flujo radial de una forma de realizacion de esta invencion;
La Figura 2 es un esquema del recipiente del reactor de flujo radial de la Figura 1, que muestra las trayectorias de flujo a traves del reactor;
La Figura 3 es una ilustracion de las cestas interiores y el lecho dentro del recipiente del reactor de acuerdo con lo mostrado en la Figura 1;
La Figura 4 es una vista recortada de la pared de la cesta que se muestra en la Figura 1;
La Figura 5 es una ilustracion parcial de una pared de la cesta con la pantalla y el lecho del recipiente del reactor de flujo radial de una forma de realizacion de esta invencion;
Las Figuras 6a a 6d son vistas parciales del recipiente inferior y los montajes de cestas y columna de soporte que ilustran los pasos de tensado previo de las cestas de la forma de realizacion de la Figura 1;
La Figura 7 es una vista en seccion transversal de un soporte de columna dividida utilizado en la forma de realizacion de la Figura 1; y
La Figura 7(a) es una vista superior de una brida unida a un miembro de soporte de columna dividida de la Figura 7. Descripcion Detallada de la Invencion
Las Figuras 1 a 7 ilustran la estructura basica de una forma de realizacion del recipiente a presion de flujo radial de la presente invencion y algunos de sus componentes. La vista en seccion transversal de la Figura 1 ilustra las caractensticas esenciales de esta forma de realizacion y de la invencion, pero no muestra todos los medios de fijacion, conductos y detalles aparatos u otros aspectos de la invencion, que seran entendidos y evidentes con facilidad para aquellos con experiencia en la tecnica. La Figura 2 es una vista esquematica del recipiente que muestra esencialmente las mismas caractensticas que en la Figura 1 y, ademas, la trayectoria de flujo de gas a traves del recipiente. Las Figuras no representan dimensiones reales.
Con referencia a la Figura 1, se presenta un recipiente de reactor de flujo radial sustancialmente cilmdrico (1) sobre un eje longitudinal vertical (20). El recipiente tiene una carcasa exterior (2) con tapas hemisfericas superiores (3) e inferiores (4) de acuerdo con lo conocido por lo general en la industria. La tapa inferior (4) tiene una entrada (6) para la recepcion de un gas de alimentacion y la tapa superior (3) tiene una salida (5) para la salida del gas de producto en la operacion normal. En los procesos de purificacion previa, se introduce aire atmosferico a traves de la entrada
(6) y el aire tratado o purificado sale por la salida (5).
Dentro de la cascara (2) se encuentras un lecho (8) que contiene material activo que esta confinado entre dos miembros de contencion cilmdricos concentricos, de aqrn en adelante denominados "cestas" (9, 10). La disposicion de la cesta se entiende mejor por medio de la visualizacion de la Figura 3, que ilustra la relacion espacial de la cesta interior (9), la cesta exterior (10), y el lecho (8). Se prefiere el uso de solo dos cestas orientadas de manera concentrica alrededor del mismo eje longitudinal principal del recipiente del reactor (1) de acuerdo con lo mostrado, porque esto simplifica el diseno estructural de las cestas (9, 10) y permite un facil acceso a todo el espacio anular del lecho (8) entre las cestas interior y exterior para la carga y la colocacion del material activo, por ej., por el uso de
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puertos de llenado (14) y/o carriles (16) de acuerdo con lo mostrado en la Figura 1. De acuerdo con lo que se entendera bien, los carriles (16) permiten la entrada y salida de los operarios y reparadores en el lecho (8). El termino "lecho", de acuerdo con lo utilizado en la presente memoria, describe tanto el espacio entre las cestas (9, 10) que contienen el material activo como el espacio con el material activo presente. Durante la operacion, el gas de proceso se alimenta en una direccion sustancialmente radial a traves del lecho (8) con respecto al eje longitudinal de simetna del recipiente del reactor de acuerdo con lo descrito con anterioridad.
Con referencia de nuevo a la Figura 1, las cestas (9,10) estan fijadas de manera ngida y cerrada en sus extremos de fondo o inferiores por la placa de soporte inferior (7), en la que los componentes combinados (7, 9 y 10) comprenden el montaje de la cesta que contiene el lecho (8). La placa de soporte inferior esta fijada a los soportes de columna (12). De acuerdo con lo explicado en mas detalle a continuacion, los soportes de columna sustancialmente verticales (12) estan todos divididos para permitir un desplazamiento predeterminado de la placa de soporte inferior (7) desde su posicion de referencia despues de la fabricacion a una posicion inferior para proporcionar tension a las cestas, tales como despues de la carga de adsorbente o material con el fin de estirar y tensar previamente las paredes de las cestas. El diseno mostrado en la Figura 1 utiliza ocho (se muestran cinco) columnas de soporte (12), si bien se pueden emplear menos o mas columnas. Se requieren por lo menos tres columnas de soporte. Algunas o todas las columnas de soporte incorporan un medio de grna (de acuerdo con lo descrito mas adelante) para asegurar que los ejes longitudinales de las cestas (9, 10) y todo el montaje de la cesta queden coincidentes con el eje longitudinal del recipiente (1). El exterior de la cesta interior concentrica (9) y el interior de la cesta exterior concentrica (10) representan las paredes de delimitacion del lecho (8). Las cestas (9, 10) tienen secciones no permeables, solidas que estan fijadas de manera ngida a la tapa superior (3). Del mismo modo, las secciones solidas cortas de las cestas (9, 10) tambien se pueden utilizar en la parte inferior del montaje de la cesta donde las cestas estan unidas de manera ngida a la placa de soporte inferior (7). La parte restante y mayoritaria del area de superficie de las paredes de las cestas (9, 10) es permeable al gas o de otro modo porosa de acuerdo con lo descrito a continuacion. La tapa superior (3) tiene puertos (14) situados y separados de manera uniforme sobre el lecho anular (8) para facilitar la carga del material activo. Uno de los puertos puede ser reemplazado por un carril (16) de acuerdo con lo mostrado.
Las paredes verticales de las cestas (9, 10) estan perforadas a traves de una parte mayoritaria de su longitud para que sean permeables al flujo de gas y para impartir caractensticas estructurales de manera tal que las cestas alcancen flexibilidad axial y rigidez radial para minimizar el movimiento y para controlar las tensiones y cargas que son inducidas termicamente durante la operacion. Las secciones permeables de las paredes de las cestas se fabrican con preferencia por el uso de hojas de metal perforadas, se sueldan y se enrollan en cilindros. El metal de manera tfpica es de acero o una aleacion de acero, seleccionado con base en propiedades ffsicas, facilidad de perforacion, resistencia a la corrosion, soldabilidad y requisitos de costo. El espesor de los materiales de la pared de la cesta depende de varias consideraciones estructurales, de acuerdo con lo que entendenan aquellos con experiencia en la tecnica, y el material seleccionado y su espesor no necesita ser el mismo para las cestas interiores y exteriores. El espesor tfpico para la pared de la cesta, sin embargo, sena de entre 3 mm y 35 mm.
Aquellos con experiencia en la tecnica reconocen que si bien las paredes de las cestas deben ser permeables al gas o porosas (perforadas) para permitir el flujo de fluido, el tamano particular, la forma y la orientacion de los orificios o perforaciones influiran en la flexibilidad direccional de las paredes de las cestas. Por ejemplo, y de acuerdo con lo ilustrado mejor en las Figuras 2 y 4, se sabe que un diseno de perforacion ranurada con ranuras alargadas (40) escalonadas y orientadas horizontales o tangenciales con respecto al eje del recipiente vertical (longitudinales) proporciona flexibilidad axial (vease la flecha 42) y rigidez radial (vease la flecha 41). La rigidez radial se consigue a partir de las bandas continuas e integrales periodicas o bandas de metal solido que se extienden alrededor de la circunferencia de la pared de la cesta. A la inversa, no hay ninguna tira o red de metal solido ininterrumpida de la pared de la cesta en la direccion axial (vertical), debido a la configuracion escalonada de ranuras alargadas orientadas horizontalmente (40). Tal configuracion es importante cuando las cestas interiores (9) y exteriores (10) se fijan tanto en la parte superior como inferior del recipiente (1) como en la presente invencion. De este modo, a temperaturas mas altas, las ranuras alargadas (40) se comprimen para absorber la expansion axial, lo cual alivia algo de la tension de compresion axial que resultana de otro modo. Sin embargo, esta flexibilidad axial (de acuerdo con lo determinado por el modulo de elasticidad efectivo) no debe ser tan grande como para permitir el pandeo de la pared de la cesta debido a esfuerzos de compresion axial, en la presente memoria tambien se denomina como "pandeo axial". Si bien son posibles muchas diferentes geometnas de perforacion, aquellos con experiencia en la tecnica saben que las geometnas deben ser seleccionadas para permitir un area de flujo abierto suficiente, mientras que al mismo tiempo se crea un modulo de elasticidad efectivo del material de la cesta para dar lugar a la flexibilidad axial y la rigidez radial deseadas. Para el proposito de la presente invencion, se prefiere la configuracion de perforacion general ranurada que se muestra en la Figura 4, pero las dimensiones y separaciones espedficas de las ranuras son para ser seleccionadas con base en el material espedfico de la cesta y el grado de flexibilidad estructural deseado.
Tambien se ha encontrado a traves de analisis estructural que con preferencia se anaden nervaduras de refuerzo (32) y se unen a la cesta interior (9) para mitigar el pandeo debido a la presion externa aplicada por el material activo, en la presente memoria tambien denominado "pandeo radial." Los nervaduras de refuerzo (32) de manera tfpica son soportes estructurales de metal o de otro material ngido (con preferencia con las mismas caractensticas de expansion termica que el material de la cesta interior) que se colocan en la pared interior de la cesta interior (9)
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de manera tal que cada nervadura se encuentre en un plano horizontal y se extienda continuamente alrededor de la circunferencia de la cesta interior (9). Las nervaduras de refuerzo (32) estan espaciadas a intervalos regulares para incrementar la rigidez de la cesta con el fin de resistir las fuerzas de compresion radiales resultantes de los ciclos termicos de las cestas y el lecho encerrado.
El material activo puede estar contenido de manera adicional y/o dividido dentro del lecho (8) por el uso de metal o de otros materiales porosos y flexibles. Por ejemplo, las pantallas se pueden utilizar para alinear las paredes metalicas perforadas de las cestas cuando las perforaciones o ranuras son mas grandes que el tamano de partfcula del material activo, de acuerdo con lo ilustrado en la Figura 5. La Figura 5 muestra una configuracion preferida en la que la pared de la cesta interior (9a) esta hecha de una hoja de metal perforada en contacto con una pantalla (30) en contacto con el lecho (8a) que contiene material activo (17). Si bien no se muestra, el lado opuesto del lecho (8a) estana en contacto con la pared interior de la cesta exterior (10) que tambien puede tener una pantalla entre los mismos. Tambien se pueden utilizar pantallas similares para separar diferentes materiales activos en dos o mas capas dentro del lecho (8a) si se desea.
Dependiendo del tipo de proceso de tratamiento de gas, el material activo puede necesitar ser regenerado a intervalos regulares de una manera dclica repetitiva. Durante este proceso, se introduce un gas de regeneracion al recipiente y fluye radialmente a traves del lecho de material activo antes de salir. La trayectoria del flujo de regeneracion de manera tfpica se invierte con respecto a la trayectoria del flujo de alimentacion. Para los recipientes de reactor de la presente invencion, los gases siempre fluyen radialmente a traves del material activo, de manera independiente de donde los gases de alimentacion y de regeneracion entren en el recipiente.
Con referencia de nuevo a la Figura 2, el gas de alimentacion entra en la parte inferior del reactor (1) en la entrada (6) y se dirige hacia un canal exterior formado entre la carcasa (2) y la pared exterior de la cesta exterior (10). El gas de alimentacion fluye a continuacion radialmente a traves de la pared de la cesta exterior (10), a traves del lecho (8) y el material activo contenido en el mismo y sale a traves de la pared de la cesta interior (9) en un canal central alineado con el eje vertical del recipiente (1). El gas de producto (o gas purificado) sale del recipiente del reactor (1) a traves de la salida (5) del recipiente (1) de acuerdo con lo mostrado. El recipiente del reactor (1) puede estar disenado para tener gas de alimentacion introducido ya sea en la parte inferior, una entrada (6), o en la parte superior, la salida (5), del recipiente de manera tal que el flujo radial del gas de proceso a traves del lecho (8) pueda ser o bien hacia dentro o hacia fuera, respectivamente. Los procesos dclicos de manera tfpica dirigen los flujos de alimentacion y regeneracion en contracorriente entre sf Por ejemplo, si el flujo de alimentacion se dirige radialmente hacia el interior a continuacion, el flujo de regeneracion se dirigina radialmente hacia fuera.
Cuando se utilizan reactores de flujo radial como la presente invencion en conjuncion con un paso de regeneracion de oscilacion termica, o con otros procesos dclicos termicos para limpiar o reactivar el material catalftico, las cestas interiores se contraen y expanden con la disminucion y e incremento de la temperatura del proceso de tratamiento de gas, respectivamente, de acuerdo con lo descrito con anterioridad. Tales expansiones y contracciones termicas de las cestas se producen tanto radial como axialmente con respecto al eje longitudinal del recipiente del reactor, lo cual induce tensiones en las cestas y todos los componentes internos y medios accesorios. En la presente invencion, las cestas estan restringidas en la parte superior y la parte inferior del recipiente. Bajo tal soporte restringido, se desarrollaran tensiones internas significativas dentro de las paredes de las cestas porosas en respuesta a las variaciones de temperatura dclicas.
Cuando las tensiones axiales inducidas termicamente se aproximan o exceden los lfmites de tension admisibles predeterminados para el pandeo axial, de acuerdo con lo determinado a partir de las propiedades del material de las cestas y la geometna de perforacion, a continuacion, se prefiere comprobar la validez de estres de las paredes porosas de la cesta interior para compensar los efectos de estas cargas axiales inducidas. Tal tension previa se aplica axialmente (paralela al eje longitudinal del recipiente a presion cilindrico) y de tal manera para compensar la tension inducida termicamente. Debido a que las presentes cestas estan restringidas en la parte superior y la parte inferior, la tension termica inducida es compresiva. El tensado previo de las cestas compensa, por lo menos parcialmente, estos esfuerzos de compresion inducidos termicamente. De este modo, el incremento de la temperatura inicial de la pared porosa sirve para aliviar la tension previa (estres previo) en la cesta, dado que la tension de compresion axial inducida termicamente actua opuesta a la tension previa de traccion. Una vez que la tension previa esta completamente aliviada, la tension axial de compresion puede continuar desarrollandose en las paredes de la cesta porosa a medida que la temperatura se incrementa de manera adicional. Sin embargo, el esfuerzo de compresion maximo resultante es menor de lo que habna sido si no se hubiera aplicado el tensado previo, es decir, el esfuerzo de compresion es compensado por la cantidad de tension previa de traccion. Dependiendo de la cantidad de tension previa aplicada a las cestas, es posible controlar la maxima tension resultante en el estado calentado para que sea cero, o para que sea de traccion o de compresion.
Por lo tanto, ademas de la seleccion de las propiedades del material y la geometna de perforacion de las cestas, ahora se ha encontrado que el tensado previo de por lo menos la cesta exterior (10) es necesario para asegurarse contra el pandeo axial debido a las tensiones de compresion que se desarrollan durante el calentamiento de la cesta (10) y sus componentes. Si bien la tecnica no proporciona ninguna ensenanza espedfica en cuanto a los metodos para la tension previa de las cestas, la presente invencion introduce un metodo simple basado en un diseno de soporte de columna dividida dentro del recipiente del reactor. Si bien se pueden aplicar varias metodologfas
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mecanicas para tensar previamente las paredes de la cesta porosa, el metodo preferido de esta invencion es utilizar el peso inherente del material activo de acuerdo con lo descrito a continuacion.
El tensado previo de las cestas mitiga o elimina la tension de compresion axial en las cestas provocada por la expansion termica durante la parte de temperatura elevada del ciclo del proceso. La cesta exterior (10), debido a su mayor diametro y grosor relativamente mas pequeno, es en particular sujeta al pandeo axial de las cargas termicas inducidas y en la presente memoria se tensa previamente. Con preferencia, tanto las cestas interiores como exteriores son tensadas previamente de manera simultanea. De manera alternativa, la cesta exterior (10) se puede tensar previamente de manera independiente por medio de la desconexion temporal de la cesta interior (9) de la tapa superior (3) del recipiente (1), por ej., de acuerdo con lo que puede ser ventajoso en ciertos medios alternativos de carga de material activo en el recipiente. Ademas de evitar el pandeo axial, el tensado previo de las cestas permite una construccion mas delgada de la pared de la cesta y/o puede extender la temperatura operativa maxima permitida si se desea.
Antes de describir el metodo de tensado previo, se necesita mas descripcion del recipiente. De acuerdo con lo mostrado en la Figura 1, los extremos inferiores de las cestas (9, 10) estan fijados a la placa de soporte inferior movil
(7) que esta hecha de material metalico solido, no poroso. La placa de soporte (7) esta conectada de manera ngida a la tapa inferior (4) del recipiente (1) a traves de multiples columnas de soporte divididas (12). Con referencia ahora a la Figura 6a, una vista esquematica fragmentaria de recipiente (1) se muestra con una columna de soporte
representativa (12a) dividida para formar un montaje de columna compuesta por dos miembros separados de
soporte (12b y 12c) que tienen cada uno una brida opuesta y de conexion (60). En la descripcion que sigue con respecto a la Figura 6, se ha de entender que todas las columnas de soporte (12a) se comportan de la misma manera que la columna de soporte representativa mostrada en las Figuras 6a a 6d. El montaje que comprende las columnas de soporte (12a) tambien incluye un medio de grna cilindrico (50) para evitar el movimiento lateral y mantener el montaje de la cesta de manera concentrica alineado a lo largo del eje del recipiente durante la
fabricacion y durante la operacion. Los separadores (65), colocados entre las bridas (60), se describen de manera
adicional a continuacion. En la forma de realizacion mostrada en la Figura 6, el medio de grna (50) es un simple tubo insertado en el interior de las columnas (12b y 12c). La parte inferior del miembro de soporte (12c) se fija a la tapa inferior (4) del recipiente (1) y el extremo superior del miembro de soporte (12b) se fija a la placa de soporte inferior (7). La placa de soporte inferior (7) se muestra de manera esquematica en la Figura 6 como una placa plana por simplicidad, pero normalmente esta placa esta disenada para ser concava hacia la tapa (4) de acuerdo con lo mostrado en la Figura 1.
El montaje de la columna de soporte (12a) que se muestra en la Figura 6 se muestra con mayor detalle en la Figura 7. El miembro de grna cilindrico (50) esta dimensionado para acoplarse de manera deslizable al espacio interno del montaje de soporte de columna dividida (12a) en una configuracion de tubo dentro de tubo y se fija a uno de los miembros de soporte (12b o 12c), con preferencia al miembro soporte (12b). El miembro de grna (50) acopla ambos miembros de soporte (12b y 12c) y es de una longitud con preferencia no mas de 1/3 de la longitud total del montaje de soporte de columna dividida (12a). Juntos, los miembros de soporte (12b y 12c), las bridas opuestas (60) y el medio de grna (50) forman el soporte de columna dividida (12a). Tambien se pueden emplear otros metodos de acoplamiento deslizante de los miembros de soporte. El numero de columnas de soporte requeridas depende de las cargas estaticas y dinamicas combinadas a las que se somete el montaje de la cesta, asf como tambien el diseno de las columnas individuales. De manera tfpica, se requieren por lo menos tres columnas y deben estar espaciadas de manera uniforme y simetrica con respecto al eje longitudinal del recipiente. Los miembros de grna se requieren en por lo menos 50% de la columna de soporte, por ejemplo, si se utilizan ocho columnas como en el diseno de la Figura 1, a continuacion, por lo menos cuatro columnas deben incluir un medio de grna.
El proceso de tensado previo se lleva a cabo por el uso de los soportes de columna divididos. En el metodo preferido, el peso sustancial del material activo cargado en el lecho (8) se utiliza para la tension previa de las cestas (9, 10). En esta forma de realizacion, las cestas (9, 10) estan fijadas de manera ngida en la parte superior de la carcasa (2) a la tapa superior (3) y a la placa de soporte inferior (7). A la placa de soporte inferior (7), las cestas (9, 10) y las columnas de soporte superiores (12b) se les permite moverse temporalmente en la direccion axial por medio de la desconexion de los pares de brida (60) y la eliminacion de los separadores (65).
La implementacion del tensado previo de las cestas se describe ahora en mayor detalle, en el que la funcion del soporte de columna dividida se hara evidente. Las Figuras 6a a 6d ilustran los pasos en la aplicacion del metodo de tension previa a las cestas (9, 10). La Figura 6a representa la condicion de la cesta y las columnas de soporte al final de la fabricacion de recipientes y antes de la carga del material activo. Los miembros de soporte (12b y 12c) y las bridas integrales (60) estan disenadas de manera tal que cuando se fabrican y se instalan las dos caras de la brida opuestas de cada miembro de soporte (12b y 12c) estan emparejadas y separadas entre sf por la cantidad predeterminada de estiramiento axial (d) del montaje de la cesta y las paredes de las cestas individuales requerida para pretensar los cestas para el nivel de tension de traccion deseada.
Las bridas de acoplamiento (60) y los miembros de soporte (12b y 12c) son concentricos al medio de grna interno (50). La grna interna esta unida de manera ngida a uno de los miembros de soporte y de manera deslizante se acopla con el otro miembro de soporte del par. Cuando se fabrica el recipiente (1), se proporciona un espacio inicial (d) entre las bridas (60) y el espacio entre las bridas de acoplamiento (60) en la condicion sin carga esta disenado
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para ser igual a o menor que la cantidad esperada o calculada de desplazamiento axial de las paredes de las cestas impuestas por la carga estatica, es decir, desde el peso combinado del montaje de la cesta y el material activo. El medio de gma (50) permite al miembro de soporte (12b) moverse solo paralelo al eje vertical. Los separadores (65) de espesor (d) igual a la separacion de brida se insertan entre cada par de bridas de acuerdo con lo ilustrado en la Figura 6a. Con preferencia, los separadores estan segmentados (divididos en varias partes iguales) para facilitar su extraccion. Los miembros de soporte se conectan a continuacion, de manera ngida (tal como atornillados entre sf) de acuerdo con lo mostrado de manera esquematica en la Figura 6a y en mayor detalle mecanico en la Figura 7. Esta es la condicion de la cesta y los montajes de columna de soporte al final de la fabricacion de recipientes. Cuando el recipiente se coloca verticalmente, el peso (Wba) del montaje de la cesta se admite ahora principalmente por las columnas de soporte 12 (a) de manera ngida fijada entre la placa de soporte inferior (7) y la tapa inferior (4). La conexion de las cestas (9, 10) a la tapa superior (3) tambien puede proporcionar algun soporte para una pequena parte del peso del montaje de la cesta. En esta condicion, el lecho (8) permanece vado o sin carga con el material activo. La posicion de la placa de soporte inferior (7) con respecto a la carcasa del recipiente (2) y la tapa inferior (4) se muestra por medio de la lmea de referencia (45) en la Figura 6a.
Los separadores (65) de espesor (d) establecer el grado de tensado previo permitido y cuando estan fuertemente asegurados entre las bridas opuestas (60) mantienen el montaje de la cesta soportado de manera ngida en los extremos superior e inferior del recipiente del reactor durante las etapas finales del montaje del recipiente y el transporte. Los separadores pueden estar hechos de cualquier material tal como acero al carbono y cualquier numero de separadores se pueden utilizar de acuerdo con lo que se considere necesario. En esta forma de realizacion, se emplean cuatro separadores entre cada par de brida. Se perfora un orificio a traves de cada separador para permitir que los pernos pasen a traves de los separadores y las bridas de acoplamiento.
Despues de que el recipiente (1) esta en posicion de uso, los separadores (65) se eliminan antes de cargar el material activo en el lecho (8). El paso 2 del proceso de tensado previo se ilustra en la Figura 6b por medio de la aplicacion de una fuerza de elevacion (Fj) en la que el montaje de la cesta se eleva ligeramente lo suficiente para aliviar la presion sobre los separadores (65) de manera tal que se puedan eliminar por el uso de un gato hidraulico o por otros medios, que incluyen, pero no se limitan a, tornillos de gato unidos a las bridas (60). La placa de soporte inferior (7) se mueve solo una pequena cantidad (de manera tfpica no mas de 1 mm a 5 mm) hacia arriba y esencialmente permanece alineada con la posicion de referencia original. El conector puede estar colocado en el suelo o base del recipiente para la elevacion y luego encerrado en posicion una vez que los separadores se retiran. En este punto, no se ha aplicado ninguna tension previa y todo el peso del montaje de la cesta esta soportado por el gato hidraulico. En este estado, las columnas de soporte no proporcionan soporte al montaje de la cesta dado que las bridas de cada columna de soporte estan separadas ffsicamente.
En el paso 3, el lecho (8) se llena del material activo y el peso (Wam) de este material se acumula contra el mecanismo de elevacion. El gato hidraulico soporta el peso adicional del material activo y mantiene la posicion de la placa de soporte inferior (7) a la posicion de referencia original. El paso 4 implica la bajada lenta del gato hidraulico de manera tal que el montaje de la cesta y las paredes se estiran debido a la fuerza hacia abajo resultante aplicada a partir del peso del material activo. Este proceso continua a medida que las caras de las bridas superiores (60) unidas a las columnas de soporte (12b) se mueven hacia abajo hasta que hagan contacto con las caras opuestas de las bridas inferiores (60) de las columnas de soporte (12c). A lo largo de este paso, los miembros de gma (50) mantienen la alineacion de los miembros de soporte superiores e inferiores (12b y 12c). La placa de soporte inferior
(7) se mueve la misma distancia que lo predeterminado y permitido por el espesor del separador (d). La distancia de estiramiento (d) determina la cantidad de tension previa aplicada, de manera tfpica menos que el maximo disponible como es inherente en el peso total combinado del material activo y el montaje de la cesta, es decir, las caras de los pares de bridas entraran en contacto antes de la finalizacion de la carga de todo el material activo.
De este modo, una cantidad predeterminada de tension previa axial se puede aplicar hasta una cantidad que corresponde al peso del material activo cargado. Una vez que las caras de las bridas (60) de cada miembro de soporte estan cerradas y en contacto, el peso del lecho (8) y el montaje de la cesta con el soporte de la tapa inferior (4) con las paredes de las cestas ahora bajo tension. En la posicion de carga final y con las bridas (60) en firme contacto una con la otra, las cestas (9, 10) estan restringidas tanto en la parte superior como inferior. Las bridas (60) se pueden fijar por medio de soldadura o por el uso de medios de fijacion tales como pernos, si bien la combinacion del peso del montaje de la cesta y el material activo y la presencia del miembro de gma (50) proporcionara una restriccion adecuada contra el movimiento lateral de la cesta.
De manera alternativa, el paso 3 se puede llevar a cabo con el gato hidraulico eliminado de manera tal que las bridas se cierran lentamente de acuerdo con la velocidad de carga o la acumulacion de material activo en el lecho
(8) . El tensado previo neto de las cestas (9, 10) sera identico en ambos escenarios.
De acuerdo con lo mostrado y descrito, las columnas de soporte divididas (12a) se extienden entre la placa de soporte inferior (7), unidas a las cestas (9, 10), y la tapa inferior (4) del recipiente (1). Estas columnas de soporte se pueden construir a partir de varios tipos de miembros estructurales, por ej., columnas o tubos cilmdricos, haces en I, canales, haces de caja, etc. Los miembros estructurales no tienen que ser circulares en seccion transversal y se pueden utilizar otras configuraciones tales como caja o rectangular, etc. Del mismo modo, el medio de gma no se limita a una configuracion de tubena concentrica. Por ejemplo, otros medios de gma potencialmente eficaces pueden
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incluir varios miembros dimensionados como manguitos externos o inserciones internas a las columnas dimensionadas de manera similar o el uso de pasadores a traves de uno o mas de los orificios entre las bridas de acoplamiento, etc. Si bien la configuracion cilmdrica sencilla equipada con bridas y un miembro de gma cilmdrico de acuerdo con lo mostrado es un diseno preferido, otros disenos pueden preverse para lograr la misma funcion y se consideran equivalentes operables, con la condicion de que; (a) las columnas de soporte estan fijadas de manera ngida entre la placa de soporte inferior y la tapa inferior del recipiente, (b) medios de gma se emplean en multiples columnas de soporte para evitar el movimiento lateral de cualquiera de los miembros del soporte de columna dividida mientras se mantiene la concentricidad del montaje de la cesta dentro del recipientes, y (c) medios ajustables, tales como separadores extrafoles, se emplean para reducir la longitud efectiva de la columna mientras que permite el peso de material activo solido estire axialmente las cestas para aplicar tension a las paredes de las cestas. Al final del tensado previo, el montaje de la cesta esta soportado de manera ngida entre las tapas superior (3) e inferior (4) del recipiente.
Se prefiere el diseno de soporte de columna dividida, de acuerdo con lo mostrado y descrito porque proporciona un medio sencillo para proporcionar, bridas de acoplamiento planas horizontales y un medio de gma integral posicionado a un nivel de trabajo conveniente entre la placa de soporte inferior y la tapa inferior del recipiente. Sin embargo, las caractensticas basicas de la invencion se pueden lograr con soportes de columna continuos (no divididos). Tales columnas de soporte no divididas estanan fijadas de manera permanente en un extremo a cualquiera de la placa de soporte inferior (7) o la tapa inferior (4), con preferencia hasta por lo menos la placa de soporte inferior. La asignacion de espacio o huecos necesarios para el tensado previo se creana entre el extremo opuesto de columna (sin unir) y su componente de frente, es decir, cualquiera de la tapa inferior (4) o la placa de soporte inferior (7). El medio de gma a continuacion estana unido entre el extremo de la columna no unida y directamente a la cara de la placa opuesta inferior (7) o la tapa inferior (4), es decir, opuesta a la cara no unida del soporte de columna y con el espacio predeterminado (d) para el tensado previo permitido alli entre y con el medio de gma acoplado con la columna. De manera alternativa, una almohadilla de soporte con un medio de cara horizontal podna estar unida de manera ngida a cualquiera de la placa de soporte inferior (7) o la tapa inferior (4) directamente opuestas de las caras no unidas de las columnas de soporte y el medio de gma podna ser colocado de manera integral entre el extremo de la columna y la almohadilla de soporte. En esta ultima configuracion, la almohadilla o el pedestal de soporte se podnan prever como otra forma de la seccion superior o inferior de la columna en el diseno de la columna dividida. La implementacion del tensado previo se llevana a cabo de la misma manera que se ilustra en las Figuras 6a a 6d y de acuerdo con lo descrito con anterioridad.
Tambien se proporcionan medios alternativos y equivalentes de tensado previo y fijacion de las cestas bajo una carga de traccion. En un ejemplo, las cestas interiores, una vez montadas dentro del recipiente del reactor, se pueden tensar previamente de manera mecanica por el uso de varillas roscadas en combinacion con un mecanismo de bloqueo interno o externo. Los ejemplos de mecanismos de bloqueo internos incluyen agujeros perforados y roscados del recipiente o en soportes de apoyo soldados al recipiente y tambien a la parte inferior de las cestas o la placa de soporte inferior; tuercas de bloqueo utilizadas para capturar la varilla roscada en soportes unidos a la cesta y a la pared del recipientes; y un tensor situado entre dos varillas roscadas fijadas permanentemente a la cesta y la pared del recipiente. El tensado previo se ajusta desde el interior del recipiente. Los ejemplos de mecanismos de bloqueo externos incluyen agujeros perforados y roscados a traves de la tapa del recipiente y unidos a la parte inferior de las cestas o la placa de soporte inferior y las tuercas de fijacion utilizadas para capturar la varilla roscada en soportes unidos a la cesta y a traves de la pared del recipiente. Estos metodos permiten que el tensado previo se lleve a cabo externo al recipiente. Tanto el tensado previo interno como externo puede ser asistido por el peso del adsorbente cargado en las cestas.
De manera alternativa, un gato hidraulico puede estar situado contra un soporte fijo fuera del extremo superior del recipiente del reactor con el extremo opuesto del gato conectado a un haz insertado a traves del reactor a lo largo de su eje y en contacto con la placa que forma la parte inferior de las cestas concentricas. El gato se utiliza para empujar la placa de soporte inferior en su posicion en contra de la columna de soporte inferior o para empujar las bridas de acoplamiento de una columna dividida entre sf La placa de soporte inferior o las bridas en el soporte de columna dividida se fijan a continuacion por medio de soldadura o empernado mientras que se mantiene la carga hidraulica. El gato hidraulico y el haz se retiran despues y las paredes de las cestas permanecen bajo tension y se conectan firmemente a la tapa inferior del recipiente del reactor.
En todos los metodos de tensado previo anteriores, la cantidad de tension previa debe estar predeterminada para evitar el pandeo axial de las cestas por medio de la compensacion total o parcial de la tension de compresion inducida termicamente.
El reactor de flujo radial de esta invencion se puede emplear en procesos de purificacion, separacion o reaccion de gas por el uso de lechos de materiales activos que son muy conocidos en la tecnica. Los procesos preferidos son aquellos que requieren una operacion ciclica repetitiva. Con mayor preferencia, el presente reactor se utiliza en procesos de adsorcion dclicos tales como los procesos PSA, VPSA, y TSA y con la mayor de las preferencias en los procesos de purificacion previa en el extremo delantero de ASU.
El material activo solido puede ser un adsorbente, un catalizador o un material reactivo que consiste en partfculas solidas que fluyen libres en forma de esferas, cilindros, granulos irregulares, etc. El material activo se selecciona
para el proceso particular empleado y se conoce un amplio intervalo de materiales.
Para los procesos de purificacion o separacion de aire, se utiliza un material adsorbente y de manera t^pica es un material de tamiz molecular de tipo zeolita de acuerdo con lo conocido y esta disponible comercialmente. El material adsorbente utilizado dentro de la unidad de lecho modular adsorbente puede estar compuesto por un material de 5 capa unica o, una configuracion de material de dos o mas capas, donde la primera capa (tal como alumina activada) mas cercana a la entrada de alimentacion elimina el agua del gas de alimentacion y la segunda capa (tal como tamiz molecular de zeolita) adsorbe un componente gaseoso seleccionado, tal como dioxido de carbono en la purificacion o el nitrogeno en la separacion de aire. El material adsorbente con preferencia esta lleno de manera densa para al minimizar la sedimentacion del adsorbente y otro movimiento de las partfculas y para maximizar la eficiencia del 10 proceso.
Debena ser evidente para aquellos con experiencia en la tecnica que la presente invencion no esta limitada por los ejemplos proporcionados en la presente memoria que se han proporcionado para demostrar simplemente la operabilidad de la presente invencion. El alcance de esta invencion esta definido por las reivindicaciones adjuntas.

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    REIVINDICACIONES
    1. Un reactor de lecho radial (1) que comprende:
    a) una carcasa del recipiente sustancialmente cil^ndrica (2) que tiene un eje vertical longitudinal (20), una tapa superior (3) y una tapa inferior (4);
    b) una cesta exterior porosa sustancialmente cilindrica (10) dispuesta de manera concentrica dentro de la carcasa (2) a lo largo del eje longitudinal (20) y unida a la tapa superior (3) de la carcasa;
    c) una cesta interior porosa sustancialmente cilindrica (9) de manera concentrica dentro de la cesta exterior porosa (10) a lo largo del eje longitudinal (20) y unida a la tapa superior (3) del recipiente,
    d) una placa de soporte inferior (7) dispuesta dentro de la carcasa (2) y conectada a la parte inferior de las cestas interior y exterior (9, 10) con el fin de formar una superficie inferior solida de las cestas; y
    f) por lo menos tres columnas de soporte (12) dispuestas entre la placa de soporte inferior (7) y la tapa inferior (4) del recipiente con medios para mover la placa de soporte inferior (7) y las cestas (9, 10) a lo largo del eje longitudinal (20) para proporcionar una tension longitudinal predeterminada a las cestas.
  2. 2. El reactor de lecho radial de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que las columnas de soporte (12) comprenden dos miembros de soporte de acoplamiento (12b, 12c) capaces de ser separados a lo largo del eje longitudinal (20) para proporcionar un espacio entre los mismos.
  3. 3. El reactor de lecho radial de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que por lo menos una de las columnas de soporte (12) tiene un medio de grna (50) para proporcionar una alineacion de los miembros de soporte (12b, 12c).
  4. 4. El reactor de lecho radial de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que el medio de grna (50) esta posicionado dentro de los miembros de soporte (12b, 12c).
  5. 5. El reactor de lecho radial de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que las columnas de soporte (12) y el medio de grna (50) son cilmdricos.
  6. 6. El reactor de lecho radial de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que estan posicionados medios ajustables en las columnas de soporte (12) que permiten a las cestas (9, 10) ser bajadas a lo largo del eje longitudinal (20).
  7. 7. El reactor de lecho radial de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que las columnas de soporte continuo (12) estan unidas a la placa de soporte inferior (7), la tapa inferior (4), o ambos, y se crea un movimiento longitudinal por un medio para mover la placa de soporte inferior, la tapa inferior, o ambos un espacio predeterminado a lo largo de un medio de grna (50) acoplado dentro y fijado a las columnas de soporte.
  8. 8. El reactor de lecho radial de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que los medios ajustables estan posicionados entre los miembros de soporte (12b, 12c) que permiten que por lo menos la cesta exterior (10) sea bajada a lo largo del eje longitudinal (20).
  9. 9. El reactor de lecho radial de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que los medios ajustables son separadores extrafbles (65).
  10. 10. El reactor de lecho radial de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que las paredes (9a) de las cestas (9, 10) son axialmente flexibles y radialmente rigidas.
  11. 11. El reactor de lecho radial de acuerdo con la reivindicacion 10, en el que las cestas (9, 10) tienen paredes (9a) que estan hechos de hojas de metal perforadas.
  12. 12. El reactor de lecho radial de acuerdo con la reivindicacion 11, en el que las hojas de metal perforadas incluyen ranuras alargadas (40) que estan escalonadas y orientadas horizontales con respecto al eje del recipiente vertical (20).
  13. 13. El reactor de lecho radial de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que estan posicionadas pantallas (30)
    entre por lo menos el lecho (8a) y la cesta interior (9), las pantallas tienen una abertura de malla menor que el
    diametro promedio de partfcula del material activo.
  14. 14. El reactor de lecho radial de acuerdo con la reivindicacion 1, con por lo menos una capa de material activo distribuido alrededor del eje longitudinal (20) en el espacio anular formado entre las cestas concentricas (9, 10).
  15. 15. El reactor de lecho radial de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que nervaduras de refuerzo (32) estan
    posicionadas en la pared interior de la cesta interior (9) en un plano horizontal y que se extiende alrededor de la
    circunferencia de la cesta interior.
  16. 16. Un proceso de purificacion, separacion o reaccion de gas dclico llevado a cabo en el reactor de lecho radial
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    de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el reactor ademas comprende por lo menos una capa de material activo distribuido alrededor del eje longitudinal en el espacio anular formado entre las cestas concentricas; en dicho proceso un gas de alimentacion entra en el reactor y se dirige hacia un canal exterior formado entre la carcasa y la pared exterior de la cesta exterior, fluye a traves de la pared de la cesta exterior en una direccion radial a traves del lecho, sale a traves de la pared de la cesta interior en un canal central alineado con el eje longitudinal del reactor, y sale del reactor.
  17. 17. Un metodo para el tensado previo de por lo menos la cesta exterior (10) en un reactor de flujo radial (1) del tipo que tiene:
    a) una carcasa del recipiente sustancialmente cilmdrica (2) que tiene un eje vertical longitudinal (20), una tapa superior (3), y una tapa inferior (4);
    b) una cesta exterior porosa sustancialmente cilmdrica (10) dispuesta de manera concentrica dentro de la carcasa (2) a lo largo del eje longitudinal (20) y unida a la tapa superior (3) de la carcasa;
    c) una cesta interior porosa sustancialmente cilmdrica (9) de manera concentrica dentro de la cesta exterior porosa (10) a lo largo del eje longitudinal (20) y unida a la tapa superior (3) del recipiente;
    d) una placa de soporte inferior (7) dispuesta dentro de la carcasa (2) y conectada a la parte inferior de las cestas interior y exterior (9, 10) con el fin de formar una superficie inferior solida de las cestas;
    e) un espacio anular formado entre las cestas concentricas (9, 10) para aceptar por lo menos una capa de material activo distribuido alrededor del eje longitudinal (20) en el espacio anular; y
    f) por lo menos tres columnas de soporte (12) dispuestas entre la placa de soporte inferior (7) y la tapa inferior (4) de la carcasa del recipiente con medios para mover la placa de soporte inferior y las cestas (9, 10) a lo largo del eje longitudinal (20),
    el metodo comprende
    la activacion de los medios para mover las cestas (9, 10) hacia abajo en una direccion longitudinal predeterminada para proporcionar la tension longitudinal a las cestas.
  18. 18. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 17, en el que la activacion se produce por medio de la carga del material activo en el espacio anular.
  19. 19. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 18, en el que las cestas se bajan una distancia predeterminada para proporcionar una tension predeterminada a las cestas (9, 10).
  20. 20. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 17, en el que los medios para mover las cestas (9, 10) es por el uso de columnas de soporte moviles (12) que comprenden dos miembros de soporte (12b, 12c) y un separador desmontable (65) entre los mismos por lo que la columna de soporte se mueve hacia abajo cuando se retira el separador.
  21. 21. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 17, en el que la activacion se produce por el uso de un medio mecanico capaz de proporcionar tension a las cestas (9, 10).
  22. 22. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 21, en el que el medio mecanico es una o mas varillas roscadas en combinacion con un mecanismo de bloqueo para bajar las cestas (9, 10), para proporcionar de este modo una tension predeterminada a las cestas.
  23. 23. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 17, en el que el movimiento hacia abajo de las cestas (9, 10) se produce cuando el peso del material activo mueve las cestas hacia abajo, lo cual de este modo proporciona tension a las paredes de las cestas.
  24. 24. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 20, que comprende los pasos de la seleccion del espesor de dicho separador (65) de manera tal que corresponda a la extension por la que la cesta (9, 10) ha de ser tensada previamente.
  25. 25. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 20 o 21, que comprende los pasos de:
    (a) cuando se fabrica el recipiente (2), la insercion del separador (65) entre los miembros de soporte (12b, 12c) y conecta de manera ngida los miembros de soporte;
    (b) la instalacion del recipiente (2) en su lugar de utilizacion;
    (c) el retiro de los separadores (65); y
    (d) la carga del material activo en el espacio anular;
  26. 26. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 25, en el que antes del paso (c) se aplica una fuerza de elevacion hacia arriba a la placa de soporte inferior (7) para aliviar la presion sobre los separadores (65).
  27. 27. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 26, en el que despues de completar el paso (d) la fuerza de elevacion se alivia hasta que los miembros de soporte (12b, 12c) entran en contacto entre st
    5 28. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 17, en el que los medios para mover las cestas (9, 10) es por el
    uso de columnas de soporte (12) solamente uno de cuyos extremos esta unido a la placa de soporte inferior (7) o la tapa inferior (4), en el que en el estado no tensado de la cesta (9, 10) hay un hueco entre el extremo libre de las columnas de soporte (12) y la tapa inferior (4) o la placa de soporte inferior (7).
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