ES2557888T3

ES2557888T3 - Reactor de flujo radial

Info

Publication number: ES2557888T3
Application number: ES11705073.2T
Authority: ES
Inventors: Mark William Ackley; Cem E. Celik; Jeffert John Nowobilski; James Stanley Schneider
Original assignee: Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2016-01-29
Anticipated expiration: 2031-01-28
Also published as: CA2790934A1; CA2790934C; EP2539062A1; RU2012140743A; CN102166499A; EP2539062B1; CN102166499B; BR112012019031B1; US20110206573A1; MX2012009882A; BR112012019031A2; US8101133B2; RU2514950C1; WO2011106127A1

Abstract

Un reactor (1) de lecho radial que comprende: a) un cuerpo (2) de vasija sustancialmente cilíndrico que tiene un eje longitudinal vertical (20), una tapa superior (3) y una tapa inferior (4); b) una placa (7) de soporte de fondo dispuesta dentro del cuerpo (2) y conectada a la tapa inferior (4); c) una cesta externa porosa sustancialmente cilíndrica (10) dispuesta concéntricamente dentro del cuerpo (2) a lo largo del eje longitudinal (20) y unida a la tapa superior (3) y a la placa (7) de soporte de fondo; y d) una cesta interna porosa sustancialmente cilíndrica (9) dispuesta concéntricamente dentro de la cesta externa porosa (10) a lo largo del eje longitudinal (20) y que tiene una sección sustancialmente maciza (9a) unida a la tapa superior (3) de la vasija, una sección sustancialmente porosa (9b) unida a la placa (7) de soporte de fondo, y una sección extraíble (22) unida entre ambas.

Description

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DESCRIPCION

Reactor de flujo radial Campo de la invencion

La presente invencion se refiere en general al campo de las vasijas de reactor de flujo radial utilizadas en procesos de purificacion, separacion y reaccion de gases, y que tienen conjuntos internos de cesta para retener material activo utilizado para eliminar y/o convertir uno o mas componentes de una corriente de alimentacion, por medio de adsorcion y/o reacciones catalfticas o no cataltticas. Mas espedficamente, esta invencion se refiere a un reactor de flujo radial que tiene una seccion extrafble en la cesta interna con el fin de permitir la carga densa de una o mas capas de materiales activos entre dos cestas concentricas estructurales.

Antecedentes de la invencion

La demanda de un mayor caudal de reactor continua creciendo para una diversidad de procesos industriales relacionados con la recuperacion de petroleo y gas, la produccion de combustibles alternativos, la sostenibilidad del entorno y las emisiones de proceso. Tales demandas estan en parte impulsadas por el coste, siempre creciente, del combustible y la necesidad de diversas materias primas qdmicas. Constituye un ejemplo la demanda de unidades de separacion criogenica del aire (ASU, por sus siglas en ingles) de mayor tamano para satisfacer las necesidades crecientes de grandes cantidades de oxfgeno y nitrogeno que se utilizan en diversas industrias de procesos industriales. Las ASU requieren reactores de purificacion (vasijas de adsorcion) de entrada para purificar la corriente de aire de alimentacion mediante la eliminacion de dioxido de carbono, agua, trazas de hidrocarburos y otros contaminantes antes de que el aire entre en la ASU. Las ASU de mayor tamano requieren mayores "unidades de prepurificacion", como se las conoce comunmente, para tratar el aire de alimentacion entrante antes del proceso de destilacion criogenica. Esto plantea un desaffo para los disenadores de reactores cuando tratan de controlar el tamano del reactor, ya que un caudal superior de aire de alimentacion requiere un aumento proporcional del area frontal de flujo proporcionada por las vasijas, lo que da lugar a vasijas de mayor tamano y mas costosas.

Los procesos de purificacion, separacion o reaccion de gases que utilizan materiales activos tales como adsorbentes y/o catalizadores son bien conocidos en la tecnica, y hoy en dfa estan en uso diversos disenos de vasija de reactor para este tipo de procesos. Los ejemplos incluyen vasijas cilmdricas orientadas tanto vertical como horizontalmente, con flujo ascendente de aire a traves del lecho de material adsorbente o reaccionante y/o material catalttico, durante la purificacion, separacion o reaccion qrnmica. Un tercertipo de vasija, tal como se emplea en este documento, esta orientada 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 se compone de una vasija a presion que encierra cestas interna y externa concentricas, permeables a los gases, para contener un lecho de una o mas capas de material activo. Tales disenos de flujo radial ofrecen la posibilidad de aumentar el area de flujo frontal mediante el incremento de la altura de la vasija, sin alterar sustancialmente la huella (superficie de suelo ocupada) de la vasija. Ademas, el diseno de flujo radial ofrece un medio mas eficaz de aumentar el area de flujo en comparacion tanto con los disenos de reactor de flujo horizontal como con los de flujo axial.

Los reactores de flujo radial trabajan tfpicamente de manera continua o en un modo dclico, dependiendo del proceso de tratamiento de gas. Muchos procesos, tales como los procesos de adsorcion, trabajan dclicamente, ya sea en un modo de oscilacion de presion (PSA, por sus siglas en ingles), oscilacion de vado (VSA), oscilacion de temperatura (TSA) o en combinaciones de estos modos, en donde durante el paso de adsorcion se adsorben uno o mas componentes de la corriente de alimentacion, y luego durante el paso de regeneracion se desorben o se eliminan de otra forma del adsorbente. Las variaciones termicas que acompanan a estos procesos dclicos, como ocurre en los procesos TSA, afectan a componentes del lecho y de la vasija. Dependiendo de su configuracion y de su modo de conexion a la vasija, los componentes internos se expanden y se contraen cuando se les expone a variaciones de temperatura, y por lo tanto experimentan cargas inducidas por estos cambios de temperatura. Tales cargas termicamente inducidas crean tensiones mecanicas significativas sobre todos los elementos de los conjuntos internos de cesta, y la magnitud de tales cargas inducidas crece al aumentar la diferencia de temperatura. El desplazamiento axial y radial de las paredes de cesta tambien puede dar lugar a la compresion del lecho de material activo y a que las partfculas de material puedan migrar o resultar danadas como consecuencia del movimiento de la pared de cesta y sobre todo cuando tales materiales estan empaquetados de manera suelta. En el peor de los casos, estos efectos pueden causar ruptura ffsica del material activo y/o fallo mecanico de los conjuntos de cesta.

Tfpicamente, el material activo en forma de partfculas que fluyen con facilidad se carga en un lecho por metodos tales como vertido, volcado o "carga mediante manga", creando un lecho empaquetado de manera suelta y carente de uniformidad, con huecos en exceso entre las partfculas. Los lechos cargados mediante estas tecnicas pueden experimentar un grado de reduccion de volumen de 10% o mas a causa de la sedimentacion de las partfculas. Tal sedimentacion la hace posible el volumen de huecos en exceso, y es favorecida por una combinacion de ciclos de flujo y temperatura, expansion y contraccion de las cestas y fuerzas gravitatorias normales. Es deseable mitigar estos efectos mediante la maximizacion de la densidad de empaquetamiento y, al mismo tiempo, la minimizacion del exceso de volumen hueco. Por tanto, se prefiere cargar una vasija de una manera que origine un lecho uniforme y

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empaquetado densamente de material o materiales activos en donde se minimice o incluso se elimine el potencial de sedimentacion. Este metodo se conoce como "carga densa" o "empaquetamiento denso" y tambien se denomina asf en la presente memoria. Los beneficios potenciales de la carga densa incluyen el aumento de la capacidad o caudal del reactor, la mejora del rendimiento y/o la calidad del producto y la eliminacion de puntos calientes. Por otra parte, la carga densa automatizada es mas segura, ya que evita situar operarios en el interior del reactor durante la carga.

Es deseable, ademas, cargar simultaneamente multiples capas radiales discretas de diferentes materiales activos. Tales metodos de carga son generalmente conocidos para vasijas de flujo radial utilizadas para procesos PSA, vease, por ejemplo, la patente de EE.UU. n.° 5,836,362. En tales procesos no existen cargas termicas inducidas significativas. La estructura de la cesta interna de tales vasijas de la tecnica anterior esta disenada de manera que la cesta interna no esta directamente unida al cabezal superior de la vasija. En consecuencia, el metodo de carga antes descrito se ve facilitado cuando se pueden extender uno o varios brazos rotatorios desde el eje central de la vasija (y de las cestas) hasta la pared interna de la cesta externa. Los brazos son libres para barrer de manera continua la totalidad de los 360 grados del espacio anular entre las cestas, a medida que se cargan el material o materiales activos para formar el lecho. Tal metodo de carga no se puede aplicar facilmente a vasijas disenadas para ciclos termicos en donde la cesta interna esta fija o conectada de otra forma al cabezal superior de la vasija, es decir, en donde la rotacion libre de brazos en torno al eje central de la vasija se ve impedida por la presencia de la cesta interna que se extiende de manera continua. Por lo tanto, el primer problema a encarar es el deseo de cargar densamente material activo en un reactor de flujo radial disenado para procesos con ciclos termicos, en donde una cesta interna esta unida de manera ngida y continua al cabezal superior de la vasija.

Los reactores de flujo radial requieren tipicamente multiples capas de materiales activos. Por ejemplo, en los procesos de prepurificacion del aire se utilizan multiples capas de adsorbente, por ejemplo alumina para eliminar principalmente el H2O y tamices moleculares para eliminar principalmente el CO2, con el fin de reducir el consumo de energfa al reducir la temperatura maxima de regeneracion requerida y/o al disminuir la cantidad de gas de regeneracion requerido. Tambien pueden ser necesarias capas adicionales de adsorbentes, catalizadores u otro material activo cuando haya que eliminar otros contaminantes, tales como contaminantes para los cuales los materiales activos primarios del lecho no posean selectividad, capacidad o reactividad.

Se han empleado multiples cestas para acomodar multiples capas de materiales. Cuando se utilizan mas de dos cestas estructurales, tanto la fabricacion de la vasija como la carga del material o materiales activos se hacen significativamente mas complejas y costosas. Ademas, las cestas internas fijadas de manera ngida transfieren tensiones adicionales al lecho que contiene los materiales activos debido a las cargas termicas inducidas en estas cestas internas. Por lo tanto, un segundo problema a encarar es la necesidad de eliminar cestas adicionales entre la cesta mas interna y la mas externa.

Por lo tanto, existe una motivacion significativa para mejorar el diseno mecanico de reactores de flujo radial con el fin de conseguir una mayor fiabilidad operativa, menor coste y una flexibilidad de proceso acrecentada, al tiempo que se continua limitando la huella total de la vasija del reactor. Ademas, el presente reactor esta disenado para permitir un medio sencillo y eficaz de encarar los problemas estructurales inducidos por los efectos termicos, al emplear solamente cestas estructurales interna y externa, y al proporcionar un medio para empaquetar densamente multiples capas de adsorbente entre estas cestas.

Las ensenanzas de la tecnica son variadas e inconsistentes con respecto al diseno de reactores de flujo radial; particularmente para vasijas sometidas a ciclos termicos. Los disenos de reactor cilmdrico convencionales incluyen tipicamente un conjunto interno de al menos dos cestas concentricas de pared porosa, con el material activo contenido en el espacio anular formado entre estas cestas. Las cestas y el cuerpo de la vasija comparten generalmente el mismo eje longitudinal. Cuando se requieren multiples capas de material activo en tales reactores de flujo radial, la tecnica anterior emplea separadores porosos estructurales adicionales entre las capas de material activo, esto es, el uso de tres o mas cestas concentricas. No existen ensenanzas de como lograr la carga densa de adsorbentes en reactores de tipo de flujo radial que trabajen con ciclos termicos y que tengan cestas fijadas de manera continua a la parte superior de la vasija del reactor. La tecnica de patentes simplemente ensena verter o volcar el material activo a traves de una manga o bien directamente a traves de bocas de carga en la parte superior de la vasija.

La patente de EE.UU. n.° 4,541,851 describe, en una primera realizacion, una vasija que tiene dos capas concentricas de adsorbente, estando cada capa contenida entre dos rejillas cilmdricas concentricas. Tres rejillas cilmdricas son concentricas en torno a un eje longitudinal que es el mismo que el de la vasija que las rodea. La rejilla intermedia es axialmente ngida y radialmente flexible, mientras que las rejillas interna y externa son axialmente flexibles y radialmente ngidas. Las tres rejillas estan interconectadas ngidamente por su extremo superior al cuerpo de la vasija, e interconectadas ngidamente por su extremo inferior a una placa de fondo maciza flotante.

En una segunda realizacion se describe una vasija que tiene tres capas concentricas de adsorbente y cuatro rejillas permeables. Las rejillas interna y externa son ngidas tanto en la direccion axial como en la direccion radial, y las dos rejillas intermedias son ngidas en la direccion axial y flexibles en la direccion radial. Las cuatro rejillas estan interconectadas ngidamente al cuerpo por sus extremos inferiores. En esta configuracion se pueden utilizar dos o

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mas capas de adsorbente. En ambas realizaciones, la vasija tiene aberturas utilizadas para el llenado y el vaciado de los lechos de adsorbente. Grenier, M., J.-Y. Lehman, P. Petit, "Adsorption Purification for Air Separation Units" en Cryogenic Processes and Equipment, compilado por P.J. Kerney, et al., ASME, Nueva York (1984), describen detalles adicionales asociados a este diseno.

La patente de EE.UU. n.° 5,827,485 describe una vasija que contiene un lecho de adsorcion anular que esta limitado por cestas interna y externa. Se ensena una sola capa de adsorbente, que esta contenida entre las dos cestas concentricas permeables, que son ambas flexibles en la direccion axial y ngidas en la direccion radial. Al menos una de las cestas esta asegurada ngidamente al extremo superior de la vasija. La cesta interna esta conectada ngidamente por su extremo inferior a un elemento de soporte del fondo y adicionalmente apoyada sobre una tapa semiesferica inferior del cuerpo mediante nervios dispuestos en forma de estrella. La cesta externa se apoya directamente por su extremo inferior sobre la tapa de fondo. Existen aberturas para, aparentemente, el llenado (y la retirada) del adsorbente, aunque en el documento no se encuentra discusion alguna sobre las aberturas o el relleno. Tambien U. von Gemmingen, "Designs of Adsorptive Dryers in Air Separation Plants", Reports on Science & Technology, 54: 8-12 (1994) describe detalles adicionales.

La patente de EE.UU. n.° 6,086,659 describe una vasija de adsorcion de flujo radial que tiene una pluralidad de rejillas, en donde al menos una de las rejillas es flexible tanto en la direccion axial como en la direccion radial. Las rejillas estan unidas ngidamente tanto a la parte superior de la vasija como a una placa de fondo. La placa de fondo puede ser flotante o bien estar unida de manera seminigida o ngida al cabezal de fondo de la vasija. Se describen una o mas rejillas intermedias como medio para contener diversas capas de adsorbente dentro de la vasija. La vasija tiene bocas de llenado para introducir y retirar adsorbente, pero no se encuentra ninguna discusion sobre el proceso de llenado.

La patente alemana n.° DE-39-39-517-A1 describe una vasija de flujo radial que tiene una sola capa de adsorbente contenida entre dos rejillas permeables concentricas, que parecen ser ambas ngidas tanto en la direccion axial como en la direccion radial. La cesta externa esta conectada ngidamente al extremo superior de la vasija y a una placa de fondo flotante. La cesta interna esta conectada de manera flexible al extremo superior de la vasija mediante el uso de un fuelle de expansion o una grna deslizante. El extremo inferior de la cesta interna esta conectado ngidamente a la placa de fondo flotante. Todo el conjunto de cestas esta asf suspendido del extremo superior de la vasija, siendo la cesta externa la que soporta el peso del conjunto y el adsorbente contenido en la misma. Se utilizan bocas para introducir y retirar el adsorbente.

La tecnica de patentes ensena muchas variaciones dentro de configuraciones de diseno basicas en las cuales cestas internas, externas y/o intermedias, que tienen flexibilidades diversas, estan unidas a la parte superior de la vasija, a la parte de fondo o a ambas partes. Las ensenanzas acerca de lechos multicapa utilizan una cesta intermedia adicional para cada capa adicional de material o adsorbente. Estas cestas intermedias son componentes estructurales que soportan las cargas y tensiones inducidas por los ciclos termicos. La presencia de estas cestas intermedias no solo hace mas complejos el diseno estructural y la fabricacion del conjunto de cestas, sino que dificulta cargar adsorbentes y acceder y realizar el mantenimiento de componentes dentro de cada espacio anular. Tales disenos limitan la carga de adsorbentes al volcado, vertido o carga mediante manga, a traves de bocas en la parte superior de la vasija, lo que origina un empaquetamiento suelto de materiales sujetos a movimiento y sedimentacion durante el funcionamiento. La presencia de cestas intermedias origina espacios de menor volumen para la carga de materiales activos, aumentando aun mas los huecos y reduciendo la densidad de empaquetamiento cuando se vierten o se vuelcan materiales activos en estos espacios. En consecuencia, el uso de capas estrechas o de pequena profundidad queda limitado cuando se depende de metodos de carga con empaquetamiento suelto. Por tanto, no existe en la tecnica ensenanza o direccion claras para el diseno de un reactor de flujo radial que mitigue o elimine estos problemas.

El presente reactor de flujo radial esta disenado de manera que la cesta o conjunto de cestas interno que contiene el lecho de material activo esta apoyado ngidamente tanto en el extremo superior como en el extremo de fondo de la vasija. Las paredes de cesta son axialmente flexibles y radialmente ngidas, con el fin de minimizar el movimiento inducido termicamente y controlar las tensiones y cargas, mitigando asf el pandeo axial y radial de las cestas externa e interna. Se puede retirar temporalmente un manguito interno extrafble, cercano a la parte superior de la cesta interna, para crear una pequena seccion abierta en la cesta. Esta abertura permite el uso de uno o varios brazos de carga rotatorios para cargar densamente, ya sea una sola capa o bien simultaneamente multiples capas de material activo. Despues se vuelve a colocar el manguito extrafble para el funcionamiento normal del reactor. Cuando es deseable separar capas adyacentes de material activo, con el fin evitar pequenas mezcladuras de materiales durante la carga, por ejemplo cuando son deseables capas muy delgadas, tal separacion se logra empleando un material poroso flexible, no estructural, colocado en la interfase entre las capas.

La presente invencion no solo permite la carga densa uniforme de materiales activos en capas sencillas o multiples, sino que tambien elimina la necesidad de cestas estructurales adicionales. El diseno de reactor de lecho radial de la invencion permite la carga densa, tiene un funcionamiento mas fiable y resulta menos costoso de fabricar.

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Breve compendio de la invencion

La presente invencion es un reactor de flujo radial utilizado en procesos de separacion de gases y en particular para la purificacion del aire por adsorcion y/o reacciones cataltticas o no catalfticas. El reactor tiene dos cestas internas porosas concentricas que confinan dentro de las cestas y dentro del cuerpo cilmdrico al material activo, tfpicamente un solido en forma de partmulas que fluye con facilidad. Las cestas estan apoyadas ngidamente tanto en el extremo superior como en el extremo de fondo de la vasija, y preferiblemente tienen paredes que son axialmente flexibles para minimizar las tensiones y cargas inducidas termicamente y radialmente ngidas para contener y soportar el material activo. El reactor tiene un manguito interno extrafole, anejo a la parte superior de la cesta interna, que se puede retirar para permitir el uso de una tecnica de carga densa. Se puede aplicar la tecnica de carga densa, utilizando uno o varios brazos de carga rotatorios, para cargar una sola capa de material activo o bien cargar simultaneamente multiples capas de materiales activos entre las cestas interna y externa.

Segun una realizacion de la presente invencion, se provee un reactor de lecho radial que comprende:

(a) un cuerpo de vasija sustancialmente cilmdrico que tiene un eje longitudinal vertical, una tapa superior y una tapa inferior;

(b) una placa de soporte de fondo dispuesta dentro del cuerpo y conectada a la tapa inferior;

(c) una cesta externa porosa sustancialmente cilmdrica dispuesta concentricamente dentro del cuerpo a lo largo del eje longitudinal y unida a la tapa superior y a la placa de soporte de fondo; y

(d) una cesta interna porosa sustancialmente cilmdrica dispuesta concentricamente dentro de la cesta externa porosa a lo largo del eje longitudinal y que tiene una seccion sustancialmente maciza unida a la tapa superior de la vasija, una seccion sustancialmente porosa unida a la placa de soporte de fondo, y una seccion extrafble unida entre ambas.

Breve descripcion de los dibujos

Para una comprension mas completa de la presente invencion, debe hacerse referencia a la siguiente descripcion detallada, tomada conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los cuales:

la Figura 1 es una vista en seccion transversal de la vasija de reactor de flujo radial segun una realizacion de esta invencion;

la Figura 2 es un esquema de la vasija de reactor de flujo radial de la Figura 1, mostrando los caminos de flujo a traves del reactor;

la Figura 3 es una ilustracion de las cestas internas y del lecho dentro de la vasija de reactor que se muestra en la Figura 1;

la Figura 4 es la vista recortada de la pared de cesta mostrada en la Figura 2; la Figura 5 es una ilustracion parcial de una pared de cesta con cedazo y lecho;

la Figura 6 es una vista en seccion transversal de la vasija de reactor de flujo radial de una segunda realizacion de esta invencion, que muestra dos capas de adsorbente;

la Figura 7 es una vista en seccion transversal de la vasija de reactor de flujo radial segun una realizacion de esta invencion, con secciones de manguito interno retiradas y cargador y brazos de carga instalados para la carga densa de multiples capas; y

la Figura 8a es una vista lateral en seccion transversal del manguito interno extrafble de la cesta interna y la Figura 8b es una vista superior del manguito interno que muestra tres secciones de manguito interno interconectadas.

Descripcion detallada de la invencion

Las Figuras 1-8 ilustran la estructura basica de una realizacion de la vasija a presion de flujo radial de esta invencion y algunos de sus componentes. La vista en seccion transversal de la Figura 1 ilustra las caractensticas esenciales de esta realizacion y de la invencion, pero no muestra todos los medios de sujecion, conductos y detalles de aparato u otros aspectos de la invencion que un experto en la materia entiende y a quien le son facilmente evidentes. La Figura 2 es un esquema de la vasija, que muestra esencialmente las mismas caractensticas que la Figura 1 y, ademas, el camino de flujo a traves de la vasija. Las Figuras no representan dimensiones reales.

Haciendo referencia a la Figura 1, se muestra un reactor (1) de flujo radial sustancialmente cilmdrico sobre un eje longitudinal vertical (20). La vasija tiene un cuerpo externo (2) con tapas (o cabezales, como se denominan generalmente en el sector) hemisfericas superior (3) e inferior (4). La tapa inferior (4) tiene entrada (6) para recibir un gas de alimentacion y la tapa superior (3) tiene salida (5) para que salga el gas producto en el modo de adsorcion/reaccion normal. En los procesos de prepurificacion, el aire atmosferico se introducina a traves de la entrada (6) y el aire tratado o purificado saldna por la salida (5).

Dentro del cuerpo (2) se encuentra un lecho (8) que contiene material activo que esta confinado entre dos elementos de contencion cilmdricos concentricos, denominados en adelante "cestas" interna y externa (9, 10). La cesta interna (9) tiene dos secciones (9a y 9b) y la cesta externa 10 tiene dos secciones (10a y 10b) como se describira mas adelante. La disposicion de cestas se entendera mejor observando la Figura 3, que ilustra la relacion espacial de la cesta interna (9), la cesta externa (10) y el lecho (8). El termino "lecho", como se emplea en la presente memoria, describe tanto el espacio entre las cestas (9, 10) que contendnan el material o materiales activos, como el espacio con material o materiales activos presentes. Se prefiere utilizar solo dos cestas orientadas concentricamente en

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torno al mismo eje longitudinal principal (20) de la vasija del reactor (1), de la manera que se muestra, porque ello simplifica el diseno estructural de las cestas (9, 10) y permite un facil acceso a la totalidad del espacio anular del lecho (8) entre las cestas interna y externa para cargar y retirar el material activo. Durante el funcionamiento, se

alimenta gas de proceso en una direccion sustancialmente radial a traves del lecho (8) con respecto al eje de

simetna longitudinal de la vasija del reactor.

Haciendo referencia de nuevo a la Figura 1, las cestas (9, 10) estan fijadas ngidamente y cerradas en sus extremos de fondo o inferiores por la placa (7) de soporte de fondo, en donde los componentes combinados (7, 9 y 10) comprenden el conjunto de cesta que contiene el lecho (8). La placa (7) de soporte de fondo esta fijada a columnas (12) de soporte. Las columnas (12) de soporte pueden ser estructuras unitarias o bien pueden estar divididas o constar de multiples elementos, con medios para facilitar el movimiento hacia abajo de las cestas (9, 10) a fin de proporcionar tension a las paredes de cesta. Tales columnas de soporte de elementos divididos y un metodo de pretensado que emplea tales columnas se ensenan en una solicitud de patente en tramitacion junto con la presente, y presentada al mismo tiempo que esta solicitud. El diseno mostrado en la Figura 1 utiliza ocho columnas de soporte (cinco se muestran en la vista en seccion transversal), aunque se pueden emplear menos o mas columnas de

soporte. Se prefiere el uso de al menos tres columnas de soporte.

El exterior de la cesta interna (9) y el interior de la cesta externa (10) representan las paredes delimitantes del lecho (8). Las paredes de las cestas (9, 10) estan perforadas y son permeables en la mayor parte de su longitud (tfpicamente al menos 50% de la longitud de la cesta) a fin de permitir el flujo a traves del lecho de material activo y a traves del reactor en su conjunto. La fraccion de la longitud de la cesta que es permeable no debe confundirse con el porcentaje de area abierta de las secciones permeables, por ejemplo el area abierta de las porciones perforadas de las paredes puede ser mayor o menor que 50%. Un experto en la materia apreciara que estas secciones permeables de las cestas (9, 10) pueden estar delimitadas por encima y/o por debajo por secciones no permeables macizas, con fines estructurales (por ejemplo por soldadura a las tapas superior e inferior), para definir el comienzo y el final de la region de flujo radial a traves del lecho y para mitigar el desvfo de flujo en torno a los extremos del lecho. La presente invencion introduce secciones extrafbles en la parte superior de la cesta interna (9) con el fin de permitir la carga densa del material o materiales activos.

La cesta interna (9) consta de seccion (9a) sustancialmente maciza y seccion (9b) sustancialmente permeable a los gases, para formar la estructura completa de la cesta interna. La seccion maciza (9a) de la cesta interna (9) esta fijada por su extremo superior a la tapa superior (3) de la vasija (1), y por su extremo inferior a la seccion (9b) permeable a los gases de la cesta interna (9), y contiene una seccion extrafble (22) entre ambas. Como se muestra en la Figura 6 y se describira con mayor detalle mas adelante, la seccion extrafble (22) consta de tres elementos individuales de manguito interno sustancialmente ngidos (22a, 22b, 22c) que, cuando estan conectados entre sf, forman un cilindro, que preferiblemente se superpone a las secciones de 9a por encima y por debajo de la seccion extrafble 22 con el fin de facilitar la conexion a la misma. Aunque la seccion extrafble (22) se muestra aqrn consistente en tres elementos separados y ngidos (22a, 22b, 22c), como se prefiere, se pueden utilizar mas o menos elementos. La seccion maciza (22) de la cesta interna (9) es extrafble para permitir el uso de brazos de carga rotatorios a traves del espacio creado por la retirada de la misma. La tapa superior (3) tiene bocas (14) y escotilla (16), como se muestra en la Figura 1, ubicadas de una manera y con una separacion uniformes sobre el lecho anular (8) para llenar "hasta arriba" el lecho de material o materiales activos una vez que se han retirado los brazos de carga y para permitir el acceso de personal de mantenimiento. Se pueden emplear multiples bocas o escotillas en cualquier configuracion adecuada.

La cesta externa (10) consta de seccion (10a) sustancialmente maciza y seccion (10b) sustancialmente permeable a los gases, para formar la estructura completa de la cesta externa como se muestra en la Figura 1. La seccion maciza (10a) de la cesta externa (10) esta fijada por su extremo superior a la tapa superior (3) de la vasija (1), y por su extremo inferior a la seccion (10b) permeable a los gases de la cesta externa (10).

Las paredes verticales de las cestas (9, 10) estan perforadas a lo largo de una mayor parte de su longitud para hacerlas permeables al flujo de gases y para impartir caractensticas estructurales de manera que las cestas consigan flexibilidad axial y rigidez radial con el fin de minimizar su movimiento y controlar las tensiones y cargas que se inducen termicamente durante el funcionamiento. Preferiblemente, las secciones permeables de las paredes de cesta se fabrican utilizando chapas metalicas perforadas, soldadas y enrolladas en forma de cilindros. El metal es tfpicamente acero o aleacion de acero, seleccionado en base a requisitos de propiedades ffsicas, facilidad de perforacion, resistencia a la corrosion, soldabilidad y coste. Como un experto en la materia comprendera, el grosor de los materiales de la pared de cesta depende de diversas consideraciones estructurales, y el material seleccionado y su grosor no tiene por que ser el mismo para las cestas interna y externa. No obstante, el grosor tfpico de la pared de cesta esta entre 3 mm y 35 mm.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 8a y 8b, el manguito interno (22a) y dos manguitos internos (22b, 22c) identicos constituyen la seccion extrafble maciza (22) de la seccion maciza (9a) de la cesta interna, y estan disenados para encajar dentro del canal central en el interior de la cesta interna (9) entre la seccion porosa (9b) y la tapa superior (3). Los manguitos internos (22a, 22b, 22c) estan curvados de manera que, cuando se unen uno con otro, forman un cilindro concentrico uniforme que puede estar fijado de manera extrafble a la seccion (9a) con el fin de formar una parte integral y estructural de la cesta interna (9). Cada uno de los manguitos internos (22a, 22b, 22c)

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tiene cartelas (23) de izado opcionales y medios de sujecion tales como pernos para conexion a las mismas. Como se muestra en la seccion recortada de la Figura 8b, cada manguito interno, en este caso 22a, tiene preferiblemente un reborde elevado (24) en un extremo distal, para superponerse al extremo distal del elemento (22c) al que se acopla y para permitir que el elemento al que se acopla se interconecte ajustadamente con el fin de evitar huecos o espacios.

Como un experto en la materia comprendera, se pueden emplear variaciones de este diseno que se ilustra. Por ejemplo, aunque se prefieren tres elementos de manguito, se pueden emplear uno o mas elementos, por ejemplo un elemento de una sola pieza deslizable. Ademas, se pueden emplear medios o configuraciones de conexion alternativos para encajar juntos los manguitos y se pueden utilizar diversos medios de izado para maniobrar los manguitos. Ademas, aunque por facilidad de uso se prefiere que los elementos de manguito esten fijados de manera extrafole a la cara interna de las secciones de la cesta interna que se acoplan, y dentro del canal central, los manguitos extrafoles pueden estar fijados de manera extrafole a la cara externa de las secciones que se acoplan o bien formar una sola pieza con la superficie externa de la cesta interna, con medios de conexion apropiados, sin apartarse del concepto de la invencion. Se comprendera, ademas, que todas las uniones entre los manguitos y entre los manguitos y la seccion (9a) de la cesta interna deben estar obturadas para evitar la fuga de gases entre el lecho y el canal central de la cesta interna, utilizando metodos y materiales obturadores que son comunmente conocidos en la tecnica, tales como, por ejemplo, juntas para altas temperaturas, selladores, etc.

Haciendo referencia de nuevo la estructura general de cesta, un experto en la materia reconocera que aunque las paredes de cesta deben ser permeables a los gases o porosas (estar perforadas) para permitir el flujo de fluido, el tamano, forma y orientacion particulares de los orificios o perforaciones influira en la flexibilidad direccional de las paredes de cesta. Aunque con esta invencion se pueden emplear diversos patrones de perforacion, se establece la geometna de perforacion con el fin de proporcionar simultaneamente: (1) area abierta suficiente para una permeabilidad de flujo uniforme con baja resistencia al flujo gaseoso, (2) permitir una flexibilidad axial y rigidez radial suficientes para mantener la integridad estructural bajo la influencia de cargas termicamente inducidas y (3) mantener la estabilidad de la cesta interna cuando se han quitado las secciones extrafbles durante la carga densa de la vasija.

Por ejemplo, y como se ilustra mejor en las Figuras 2 y 4, se sabe que un diseno de perforacion ranurada, con ranuras alargadas (40) escalonadas y orientadas de manera horizontal o tangencial con respecto al eje vertical (longitudinal) de la vasija, confiere flexibilidad axial (vease la flecha 42) y rigidez radial (vease la flecha 41). La rigidez radial se consigue gracias a las periodicas bandas o cintas continuas de metal macizo que se extienden en torno a la circunferencia de la pared de cesta. Por el contrario, no hay ninguna tira o cinta ininterrumpida de metal macizo en la pared de cesta en la direccion axial (vertical), debido a la configuracion escalonada de ranuras (40) orientadas horizontalmente. Tal configuracion es importante cuando las cestas interna (9) y externa (10) estan fijadas tanto a la parte superior como al fondo de la vasija, como ocurre en la presente invencion. Por tanto, a temperaturas mas altas las ranuras (40) se comprimen para absorber la expansion axial, aliviando algo de la tension de compresion axial que se producina en caso contrario. Sin embargo, esta flexibilidad axial (determinada por el modulo de elasticidad eficaz) no debe ser tan grande como para permitir el pandeo de la pared de cesta debido a tensiones de compresion axial, tambien denominado en la presente memoria "pandeo axial". Aunque son posibles muchas geometnas de perforacion distintas, un experto en la materia sabra que geometnas se deben seleccionar para permitir un area de flujo abierta suficiente y, al mismo tiempo, proporcionar un modulo de elasticidad efectivo del material de cesta que de lugar a la flexibilidad axial y rigidez radial deseadas. Para los fines de la presente invencion, se prefiere la configuracion general de perforaciones ranuradas que se muestra en la Figura 4, pero las dimensiones espedficas de las ranuras y las separaciones entre las mismas deben seleccionarse en funcion del material de cesta espedfico y el grado de flexibilidad estructural deseado.

Tambien se ha encontrado mediante analisis estructural que preferiblemente se anaden y se unen a la cesta interna (9) nervios rigidizantes (32) para mitigar el pandeo debido a la presion externa aplicada por el material activo, tambien denominado en la presente memoria "pandeo radial." Tfpicamente, los nervios rigidizantes (32) son soportes estructurales hechos de metal u otro material ngido (preferiblemente con las mismas caractensticas de dilatacion termica que el material de la cesta interna) que se colocan en la pared interna de la cesta interna (9) de modo que cada nervio se situa en un plano horizontal y se extiende de manera continua en torno a la circunferencia de la cesta interna (9). Los nervios (32) estan espaciados a intervalos regulares para aumentar la rigidez de la cesta, con el fin de resistir las fuerzas de presion radial resultantes de los ciclos termicos de las cestas y el lecho encerrado. La rigidez adicional proporcionada por los nervios sirve tambien para estabilizar y mantener la seccion transversal circular de la cesta interna cuando se retira el manguito interno (22).

El material activo puede estar contenido y/o dividido adicionalmente dentro del lecho (8) mediante el uso de materiales porosos y flexibles, metalicos u otros. Por ejemplo, se pueden utilizar cedazos para forrar las paredes metalicas perforadas de las cestas cuando las perforaciones o ranuras son mayores que el tamano de partfcula del material activo, tal como se ilustra en la Figura 5. La Figura 5 muestra una configuracion preferida en donde la pared de la cesta interna (9b) esta hecha de una chapa metalica perforada en contacto con cedazo (30) en contacto con lecho (8) que contiene material activo (17). Aunque no se muestra, el lado opuesto del lecho (8) estana en contacto con la pared interna de la cesta externa (10), que tambien puede tener un cedazo entre ambos. Tambien se pueden emplear cedazos similares para separar diferentes materiales activos en dos o mas capas dentro del lecho (8), si se

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desea. Los cedazos son flexibles y no estan destinados a soportar cargas axiales significativas, y pueden estar hechos de materiales metalicos o no metalicos tejidos o no tejidos, tales como cedazos de alambre, malla de tela, malla de metal expandido, espuma de celda abierta, materiales polimericos y similares.

Dependiendo del tipo de proceso de tratamiento de gas, es posible que, de una manera dclica repetitiva, haya que regenerar a intervalos regulares el material solido activo. Durante este proceso se introduce un gas de regeneracion en la vasija, y fluye radialmente a traves del lecho de material activo antes de salir. El camino del flujo de regeneracion es normalmente inverso al camino del flujo de alimentacion. Para vasijas de reactor de la presente invencion, los gases fluyen siempre radialmente a traves del material activo, con independencia de por donde entren en la vasija los gases de alimentacion y de regeneracion.

Haciendo referencia de nuevo a la Figura 2, el gas de alimentacion entra al fondo del reactor (1) por la entrada (6) y es dirigido a un canal externo formado entre el cuerpo (2) y la pared externa de la cesta externa (10). Despues, el gas de alimentacion fluye radialmente a traves de la seccion de pared permeable de la cesta externa (10), a traves del lecho (8) y del material activo, y sale a traves de la seccion de pared permeable de la cesta interna (9) a un canal central alineado con el eje vertical de la vasija del reactor (1). El gas producto (o gas purificado) sale de la vasija del reactor (1) a traves de la salida (5) de la vasija (1), como se muestra. La vasija del reactor (1) puede estar disenada para hacer que el gas de alimentacion entre ya sea a la parte de fondo, entrada (6), o a la parte superior, salida (5), de la vasija, de manera que el flujo radial de gas de proceso a traves del lecho (8) puede ser o bien hacia dentro o bien hacia fuera, respectivamente. Tfpicamente, los procesos dclicos dirigen los flujos de alimentacion y de regeneracion en contracorriente entre sf, por ejemplo, si el flujo de alimentacion se dirigiese radialmente hacia dentro, entonces el flujo de regeneracion estana dirigido radialmente hacia fuera.

Cuando los reactores de flujo radial como en la presente invencion se utilizan conjuntamente con un paso de regeneracion por oscilacion termica, o con otros procesos dclicos termicos para limpiar o reactivar material catalttico, las cestas internas se contraen y se expanden al disminuir y aumentar respectivamente la temperatura del proceso de tratamiento gaseoso, como se ha descrito. Tales expansiones y contracciones termicas de las cestas se producen tanto radial como axialmente con respecto al eje longitudinal de la vasija de reactor, induciendo tensiones en las cestas y en todos los componentes internos y los medios accesorios. En la presente invencion, las cestas estan restringidas por la parte superior y el fondo de la vasija. Bajo ese soporte restringido, dentro de las paredes porosas de cesta se desarrollaran tensiones internas significativas en respuesta a las variaciones dclicas de temperatura.

Una de las ventajas principales de fijar el conjunto de cesta interna a ambos extremos de la vasija reside en que se evita sustancialmente el desplazamiento axial de las cestas durante los ciclos termicos. Cuando las cestas estan apoyadas solo por un extremo, el extremo no apoyado se desplazara de manera significativa durante cada ciclo termico. Este desplazamiento promueve el movimiento relativo del material activo, lo que origina fractura (abrasion) y mezcladura en la interfase de dos capas de diferentes materiales. La cesta interna queda apoyada temporalmente en su extremo inferior por la placa de soporte de fondo y los soportes de columna cuando se retira el manguito interno (22) para cargar el material activo en la vasija. Despues de la carga, se vuelve a colocar el manguito, y nuevamente la cesta interna queda apoyada ngidamente en ambos extremos de la vasija.

La presencia de material activo genera fuerzas radiales adicionales sobre las paredes de cesta debidas a la expansion y contraccion termicas. El lecho compuesto de partfculas solidas resulta comprimido cuando la cesta interna se expande y cuando la cesta externa se contrae, radialmente. Este lecho de partfculas de material activo actua como una resistencia a tal compresion y empuja en sentido contrario sobre las paredes de cesta. Los materiales de cesta deben seleccionarse con un bajo coeficiente de expansion termica. No obstante, no se puede evitar la expansion radial de las cestas cuando aumenta la temperatura.

A pesar de un diseno estructural que minimice la expansion y contraccion termicas, y las cargas y tensiones inducidas asociadas, sobre el conjunto de cesta y sus componentes, debe minimizarse el movimiento relativo de las partfculas de material activo, y esto se facilita de la mejor manera por el empaquetamiento denso del material activo cuando se carga por primera vez en la vasija. El empaquetamiento denso, como se emplea en la presente memoria, se refiere a la dispensacion deliberada y controlada de partfculas de material o materiales activos, al permitir que las partfculas adquieran una velocidad suficiente para que las partfculas individuales sean impelidas hacia la superficie superior del lecho, con lo que, tras el impacto con la misma, se consigue un empaquetamiento uniforme de las partfculas en todo el lecho con un espacio hueco mmimo entre las partfculas. El empaquetamiento denso se logra mediante el control de parametros de la carga de material tales como el caudal y la distribucion de las partfculas, la distancia minima entre el distribuidor de carga y la parte superior del lecho, y la velocidad de rotacion del brazo o brazos distribuidores. Tales metodos de carga densa contrastan con los metodos tfpicos de "empaquetamiento suelto" de la tecnica anterior, en donde se vuelca el material activo a granel a traves de una boca o una manga, y este se extiende por fluencia a lo largo de la superficie del lecho. Estos empaquetamientos sueltos se caracterizan por una menor densidad de empaquetamiento (incluso 10% inferior) y mayor fraccion de huecos en comparacion con los metodos de carga densa a que se hace referencia en esta invencion.

Los metodos de carga densa adoptados dentro de la presente invencion se han descrito en general en la patente de EE.UU. n.° 5,836,362 para vasijas de flujo radial utilizadas en procesos de PSA, donde los efectos termicos estan

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ausentes o son mmimos. En tales procesos no existen cargas termicas inducidas significativas. La estructura de cesta interna de tales vasijas de la tecnica anterior esta disenada de manera que la cesta interna no esta directamente unida al cabezal superior de la vasija. La carga de material activo no se ve estorbada por la presencia de una pared maciza de cesta interna que se extiende hasta el cabezal superior de la vasija, sino que, en lugar de ello, se pueden extender uno o varios brazos rotatorios desde el eje central de la vasija (y las cestas) hasta la pared interna de la cesta externa, sin alterar el diseno estructural de la vasija. Los brazos de carga son libres para barrer de manera continua toda la circunferencia de 360 grados del espacio entre las cestas, durante la carga del material o materiales activos. Tal metodo de carga no se puede aplicar facilmente a vasijas disenadas para ciclos termicos y que tienen una cesta interna conectada al cabezal superior de la vasija. En este caso, la presencia de la cesta interna concentrica continua y la conexion ngida a la tapa superior (3) impedinan la libre rotacion de brazos en torno al eje central de la vasija.

Tambien se presenta a menudo la necesidad de utilizar diferentes materiales activos, siendo cada material activo selectivo hacia uno o mas contaminantes espedficos que se deban eliminar o hacer reaccionar del gas de alimentacion para generar el producto deseado con pureza aceptable. En un reactor de flujo radial, generalmente se dispersan diferentes materiales activos en capas radiales concentricas como se ilustra en la Figura 6, donde las capas (8c, 8d) constituyen el lecho. Cada capa contiene un diferente material activo o mezcla de materiales activos, que se requiere para lograr la separacion o reaccion deseada. Como se ha discutido mas arriba, el enfoque de la tecnica anterior para satisfacer esta necesidad de multiples capas en reactores de flujo radial ha sido utilizar cestas estructurales adicionales, de manera que cada capa de material esta contenida entre dos cestas concentricas adyacentes. La presente invencion evita la necesidad de utilizar cestas estructurales adicionales mediante el uso de la seccion extrafble (22), compuesta de elementos (22a, 22b, 23c) de manguito, de la cesta interna (9), y permite asf el uso de un metodo rotatorio de carga densa descrito mas arriba y tal como se representa en la Figura 7.

La Figura 7 muestra el cargador y otros componentes de carga en su lugar en la parte superior de la vasija, y con la seccion extrafble (22) retirada. Tolvas (84, 86) de carga que contienen materiales activos (88c, 88d) alimentan el cargador (80) que a su vez dirige un flujo de cada material a canales separados situados dentro de cada uno de los brazos (82) de carga. Cuando se ha completado la carga densa de los materiales activos, se retiran el cargador (80) y los brazos (82) de carga y otros componentes, y se vuelve a colocar la seccion extrafble (22). Se vuelven a conectar todos los elementos (22a, 22b, 22c) de manguito de la seccion extrafble (22) y se obturan con un sellador para altas temperaturas, con el fin de evitar cualquier intercambio gaseoso a traves de la cesta interna en las secciones macizas (no porosas) de la cesta.

El uso del metodo de carga densa permite dispersar de manera continua, uniforme y simetrica materiales activos de diferente tipo o tamano, en capas radiales con o sin un separador ffsico. Es preferible cargar tales capas sin ningun separador ffsico. Para capas radiales relativamente delgadas y/o cuando solo se puede tolerar una minima mezcladura, o bien ninguna en absoluto, en las capas de interfase de los materiales, se puede proveer un ffmite no estructural entre los materiales 8c y 8d en forma de un cedazo flexible poroso. Un cedazo de este tipo tiene una capacidad insignificante para soportar cargas radiales o axiales aplicadas, y sirve solo como un ffmite ffsico en la interfase de las capas. Los materiales separadores porosos aceptables pueden ser del tipo tejido o del tipo no tejido, por ejemplo tela, cedazo flexible de alambre, material polimerico, cedazo de metal expandido, espuma de celda abierta, etc. Tales materiales no estructurales deben seleccionarse con baja resistencia al flujo y suficiente resistencia al calor generado en el proceso.

Cuando se va a utilizar un separador ffsico, se conforma en un cilindro y se coloca en la interfase entre dos capas adyacentes de materiales activos. Para materiales autoportantes, tales como cedazos de alambre o de metal expandido, simplemente se une el cilindro formado a la placa de soporte del fondo. Este cilindro (no mostrado) se extiende hacia arriba hasta cerca de la parte superior de la vasija, terminando por debajo del plano barrido por los brazos de carga rotatorios. Para tela u otros cedazos no autoportantes, el separador de forma ciffndrica (que tampoco se muestra) esta unido a la placa de soporte del fondo y se extiende o se estira firmemente para unirse a una serie de riostras dispuestas de una manera y con una separacion angular uniformes, y conectadas entre las cestas interna y externa cerca de la parte superior de la vasija, pero por debajo del plano barrido por los brazos de carga rotatorios. El cedazo flexible tiene la ventaja de que se puede arriar o retirarlo para acceder a los cedazos con fines de mantenimiento si fuera necesario.

El conjunto de cesta esta disenado con secciones (9a, 10a) de pared maciza de cesta conectadas a secciones (9b, 10b) permeables al flujo, de las cestas interna y externa, respectivamente, como se muestra en la Figura 1. Estas secciones macizas sirven para varios propositos, por ejemplo para proporcionar una extension suficiente de las paredes de cesta con el fin de llegar a la tapa superior (3) y conectarse ngidamente a la misma, como una terminacion de las secciones permeables de las paredes de cesta, con el proposito de limitar el flujo radial a traves del lecho a la region definida por el cuerpo (2) de la vasija situada entre las tapas superior (3) e inferior (4), y para proporcionar un volumen por encima de las paredes permeables de cesta con la finalidad de cargar material activo o inerte adicional destinado a evitar que el flujo eluda el lecho (8). La Figura 7 muestra el lecho (8) cargado hasta el extremo superior de las secciones permeables al flujo de las cestas (9b, 10b). Se prefiere continuar cargando de manera densa el material activo en el volumen delimitado por las paredes macizas (9a, 10a) de cesta y entre la parte superior de la parte permeable del lecho (8), indicada por la flecha (90), y la punta del brazo (82) de carga, indicado por la flecha (92). Si no se llena este volumen, y queda vado como se muestra en la Figura 7, entonces existe un

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camino de baja resistencia para que el flujo eluda el material activo en la parte superior del lecho, es dedr, se permite que una parte de la corriente de alimentacion pase relativamente sin tratar a la corriente de producto.

Despues de la carga densa, se retiran los brazos (82) de carga, las bajantes (81), los cargadores (80) y las tolvas de alimentacion (84, 86) y se vuelven a instalar todos los elementos (22a, 22b, 22c) de manguito de la seccion extrafble (22). Dependiendo de la distancia entre la parte superior (90) de la parte permeable del lecho y la punta (92) del brazo de carga, puede ser deseable llenar "hasta arriba" manualmente las capas de material activo con materiales activos o inertes adicionales a traves de bocas (14) de llenado y/o escotillas (16) mostradas en la Figura 6, para aumentar aun mas la resistencia a la derivacion y/o para llenar el espacio hueco entre el lecho densamente cargado y la tapa superior (3). En la Figura 6 se muestra un ejemplo de dicha carga por encima de las secciones permeables de las cestas. Un experto en la materia apreciara que todavfa se puede anadir mas material activo para llenar parcial o completamente el espacio hueco restante hasta la tapa superior (3). Dado que el material o materiales activos estan predominantemente cargados densamente no habra sedimentacion significativa de estos materiales en las regiones permeables de las cestas. Esto evita la necesidad de parar la instalacion transcurrido el tiempo inicial de funcionamiento dclico, abrir el reactor y anadir mas materiales activos (lo que se conoce como llenar "hasta arriba"), que es comun en reactores donde no se han cargado densamente los materiales activos.

Aunque esta invencion es particularmente adecuada para reactores de flujo radial que tienen solo una cesta interna y una externa, y las cestas estan ngidamente fijadas a la parte superior y al fondo de la vasija, tambien es aplicable a cualquier reactor de flujo radial con uno o mas cestas internas o intermedias (es decir, situadas dentro de la cesta mas externa) unidas ffsicamente a la parte superior de la vasija.

La invencion no esta limitada a ningun proceso en particular, y se puede poner en practica con reactores de flujo radial que contengan materiales activos y esten disenados para el uso en procesos de tratamiento de gases dclicos y no dclicos, de naturaleza reactiva, de adsorcion o de separacion. Son ejemplos de tales procesos reacciones catalfticas o purificaciones a temperatura ambiente o elevada, en estado estacionario, separaciones por adsorcion dclicas tales como adsorcion por oscilacion de presion (PSA), adsorcion por oscilacion de temperatura (TSA) o combinaciones de estas. Aunque esta invencion es aplicable a capas simples y dobles de materiales activos, utilizando el diseno y los metodos descritos en la presente memoria se pueden cargar tres o mas capas. Las capas pueden estar compuestas de adsorbentes, catalizadores, materiales o materiales compuestos reactivos o inertes, mezclas u otras combinaciones de los mismos. Se puede instalar una capa de material de alta densidad inerte, por ejemplo, bolas de ceramica, en cualquiera de los lados, o entremedias del conjunto de cesta, pudiendo funcionar una capa de este tipo como un regeneradortermico.

El material activo solido puede ser un material adsorbente, catalizador o reaccionante consistente en partfculas solidas que fluyan con facilidad, en forma de esferas (perlas), cilindros ("pellets"), granulos irregulares, etc. El material activo se selecciona para el proceso particular empleado, y se conocen una amplia gama de materiales.

Para procesos de purificacion o separacion del aire se utiliza material adsorbente, y este es tfpicamente un material de tamiz molecular de tipo zeolita tal como se conoce y esta disponible comercialmente. El material adsorbente utilizado en el lecho adsorbente puede estar compuesto por una sola capa, o por una configuracion de dos o mas capas, donde la primera capa (por ejemplo alumina activada) mas cercana a la entrada de alimentacion elimina agua del gas de alimentacion y la segunda capa (por ejemplo tamiz molecular de zeolita) adsorbe un componente gaseoso seleccionado, tal como dioxido de carbono en la purificacion del aire o nitrogeno en la separacion del aire, y se puede utilizar una tercera capa para adsorber o hacer reaccionar uno o mas contaminantes traza (como CO o N2O), y asf sucesivamente. Preferiblemente, el material adsorbente o activo esta empaquetado densamente, con el fin de minimizar la sedimentacion del adsorbente y otros movimientos de las partfculas, y para maximizar la eficiencia de los procesos.

Debe ser evidente para los expertos en la materia que la presente invencion no esta limitada por los ejemplos proporcionados en la presente memoria, que se han proporcionado meramente para demostrar la operatividad de la presente invencion. El alcance de esta invencion incluye realizaciones equivalentes, modificaciones y variaciones que caen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un reactor (1) de lecho radial que comprende:

a) un cuerpo (2) de vasija sustancialmente cilmdrico que tiene un eje longitudinal vertical (20), una tapa superior (3) y una tapa inferior (4);

b) una placa (7) de soporte de fondo dispuesta dentro del cuerpo (2) y conectada a la tapa inferior (4);

c) una cesta externa porosa sustancialmente cilmdrica (10) dispuesta concentricamente dentro del cuerpo (2) a lo largo del eje longitudinal (20) y unida a la tapa superior (3) y a la placa (7) de soporte de fondo; y

d) una cesta interna porosa sustancialmente cilmdrica (9) dispuesta concentricamente dentro de la cesta externa porosa (10) a lo largo del eje longitudinal (20) y que tiene una seccion sustancialmente maciza (9a) unida a la tapa superior (3) de la vasija, una seccion sustancialmente porosa (9b) unida a la placa (7) de soporte de fondo, y una seccion extrafole (22) unida entre ambas.
2. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 1 en donde esta distribuida al menos una capa de material activo (17) en torno al eje longitudinal (20) en el espacio anular formado entre las cestas interna y externa (9, 10).
3. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 1 en donde la seccion extrafble (22) es un manguito interno (22a, 22b, 22c) con medios para ser fijado de manera extrafole a la cara interna de la seccion sustancialmente maciza (9a).
4. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 3 en donde la seccion extrafole (22) forma una estructura de cesta interna continua cuando esta fijada a la seccion sustancialmente maciza (9a).
5. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 3 en donde la seccion extrafole (22) consta de multiples elementos.
6. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 5 en donde la seccion extrafole (22) consta de 3 elementos (22a, 22b, 22c).
7. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 5 en donde los elementos (22a, 22b, 22c) estan conectados para formar un cilindro concentrico uniforme dentro de, y unido a, la cesta interna (9).
8. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 7 en donde cada elemento (22a, 22b, 22c) tiene medios para interconectar con el fin de reducir asf espacio o huecos entre los elementos.
9. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 8 en donde cada elemento (22a, 22b, 22c) tiene en un extremo distal un reborde (24) para superponerse al extremo distal del elemento (22a, 22b, 22c) al que se acopla.
10. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 1 en donde las cestas interna y externa (9, 10) son axialmente flexibles y radialmente ngidas.
11. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 10 en donde las paredes de las cestas (9, 10) estan hechas de chapas metalicas perforadas.
12. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 11 en donde las chapas perforadas incluyen ranuras alargadas (40) que estan escalonadas y orientadas horizontalmente con respecto al eje vertical (20) de la vasija.
13. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 11 en donde estan colocados cedazos (30) entre el lecho (8) y la cesta interna (9), entre el lecho (8) y la cesta externa (10), o ambas cosas.
14. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 1, en donde estan colocados nervios rigidizantes (32) sobre la pared interna de la cesta interna (9) en un plano horizontal, y se extienden en torno a la circunferencia de la cesta interna.
15. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 1 en donde estan dispuestas al menos tres columnas (12) de soporte entre la placa (7) de soporte de fondo y la tapa inferior (4).
16. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 1 en donde las columnas (12) de soporte constan de dos elementos.
17. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 1 en donde la seccion porosa (9b) de la cesta interna (9) representa al menos 50% de la estructura total de la cesta interna.
18. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 1 que comprende al menos dos capas de material activo (17) contenidas entre la cesta interna (9) y la cesta externa (10) distribuidas de una manera continua y uniforme, y orientadas de manera que todo el gas que se va a procesar pasa a traves de ambas capas y en donde las capas de

material activo estan situadas de manera que los materiales activos de dos capas adyacentes estan en contacto directo entre sf en la interfase entre dichas capas adyacentes.
19. El reactor de lecho radial segun la reivindicacion 1 que comprende al menos dos capas de material activo (17) contenidas entre la cesta interna (9) y la cesta externa (10) distribuidas de una manera continua y uniforme, y

5 orientadas de manera que todo el gas que se va a procesar pasa a traves de ambas capas y en donde capas adyacentes del material activo estan separadas por un cedazo flexible, que no soporta carga.
20. Un metodo para cargar densamente un reactor (1) de lecho radial que tiene un cuerpo (2) de vasija sustancialmente cilmdrico con un eje longitudinal vertical (20), una cesta externa porosa sustancialmente cilmdrica (10) dispuesta concentricamente dentro del cuerpo a lo largo del eje longitudinal, una cesta interna porosa

10 sustancialmente cilmdrica (9) concentricamente dentro de la cesta externa porosa a lo largo del eje longitudinal;

a) con las cestas interna y externa (9, 10) unidas a la parte superior y al fondo del cuerpo y que forman un lecho para contener material activo entre las cestas interna y externa; y

b) en donde la cesta interna (9) incluye una seccion extrafble (22) cerca de la parte superior del cuerpo, comprendiendo el metodo:

15 1) retirar la seccion extrafble (22) de la cesta interna (9); y

2) cargar densamente una o mas capas de materiales activos (88c, 88d) en la circunferencia del lecho a traves de la abertura creada por la retirada de la seccion extrafble (22) utilizando un cargador (80) y despues volver a instalar la seccion extrafble (22) antes del funcionamiento.
21. El metodo segun la reivindicacion 20 en donde el cargador (80) dirige un flujo de material activo a canales 20 separados.
22. El metodo segun la reivindicacion 21 en donde el cargador (80) tiene al menos un brazo (82) que puede barrer toda la circunferencia de 360 grados del lecho traves de la abertura creada por la retirada de la seccion extrafble (22).