ES2321319T3 - Equipo para atomizacion de 1 corriente liquida por medio de 1 corriente gaseosa de dispersion,para el mezclado del producto atomizado con 1 corriente gaseosa adecuada adicional en equipo para efectuar oxidaciones parciales cataliticas,proc. oxidacion parcial catalitica relativo. - Google Patents
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Abstract
Equipo para la atomización de una corriente líquida por medio de una corriente gaseosa de dispersión y para el mezclado del producto atomizado con una corriente gaseosa adicional, caracterizado porque comprende: - una zona de alimentación (A) equipada con unos medios adecuados para alimentar la corriente líquida, la corriente gaseosa de dispersión y la corriente gaseosa adicional; - una o más zonas de atomización de dos etapas (N) de la corriente líquida por medio de la corriente gaseosa de dispersión; - una zona de distribución (D) de la corriente gaseosa adicional; estando constituida esencialmente la primera etapa de la zona de atomización (N1) por un núcleo (2) tubular, a través del que pasa la corriente líquida, equipado con una serie adecuada de toberas (5), situadas a la misma altura, y una camisa externa (4) coaxial a dicho núcleo, a través de la cual pasa la corriente gaseosa de dispersión, en el que dichas toberas (5) permiten que la corriente gaseosa de dispersión entre en el núcleo tubular, de manera perpendicular al eje de dicho núcleo (2) tubular, efectuando una primera atomización de la corriente líquida, estando constituida esencialmente la segunda etapa de la zona de atomización (N2) por una o más toberas (6) colocadas en el extremo del núcleo (2) tubular, paralelas al eje de dicho núcleo tubular, para aumentar el grado de atomización, estando constituida esencialmente la zona de distribución (D) por una camisa (8) adicional, a través de la cual pasa la otra corriente gaseosa, externa y coaxial a la camisa (4) de la primera etapa de atomización, y una serie de toberas (9) situadas en la parte inferior de dicha camisa adicional, estando colocadas todas ellas a la misma altura y paralelas o inclinadas con un ángulo alfa inferior a 40º con respecto al eje del núcleo tubular.
Description
Equipo para la atomización de una corriente
líquida por medio de una corriente gaseosa de dispersión y para el
mezclado del producto atomizado con una corriente gaseosa adecuada
adicional en un equipo para efectuar oxidaciones parciales
catalíticas y procedimiento de oxidación parcial catalítica
relativo.
La presente invención se refiere a un equipo
para la atomización de corrientes líquidas por medio de una
corriente gaseosa de dispersión y para el mezclado del producto
atomizado con una corriente gaseosa adicional.
El equipo reivindicado se utiliza para alimentar
reactores químicos y puede mezclar el producto atomizado y la
corriente gaseosa en el espacio entre la salida del propio equipo y
el relleno sólido contenido en el reactor.
La simetría axial del equipo hace posible
extender el mismo en el caso de alimentación/ mezclado de varias
corrientes líquidas.
En algunos procesos químicos, por ejemplo en
reacciones de oxidación parcial catalítica de cargas de
hidrocarburos, es importante garantizar una dispersión rápida y
eficaz de la carga líquida (por ejemplo nafta, gasóleo, aceite
desasfaltado, etc.) y un contacto íntimo con los reactivos
contenidos en una segunda fase (por ejemplo aire, oxígeno). Si no
se satisface este requisito, pueden presentarse diversas
desventajas, entre las cuales una pérdida de selectividad con
respecto a los productos deseados y la producción de residuos
carbonosos que, con el tiempo, hacen necesarias frecuentes
detenciones del funcionamiento y la limpieza interna del
reactor.
El conocimiento adquirido a partir de las
tecnologías FCC (craqueo catalítico de fluidos), que, tal como se
conoce bien a partir de la bibliografía, han tratado y solucionado
ya problemas similares, ha conducido al resultado anterior.
Por otro lado, no es posible simplemente
utilizar dispositivos FCC, ya que no incluyen la alimentación
conjunta de una segunda fase de reactivo; de hecho, están limitados
a la atomización simple de una carga de hidrocarburos dentro de un
lecho fluidizado para proporcionar un producto atomizado que
presenta una geometría adecuada.
Los principales mecanismos en los que se basa el
funcionamiento de las toberas FCC son (patente US nº 5.289.976):
- \bullet
- Expansión a través de una ranura u orificio
- \bullet
- Mezclado/expansión
- \bullet
- Atomización por cizallamiento/ruptura a través de un orificio en forma de espiral
- \bullet
- Tobera de choque
- \bullet
- Tobera de ruptura/mezclado a través de velocidad de alto impacto.
También se han considerado dispositivos
utilizados en otras tecnologías, tales como inyectores de motores
diésel y atomizadores ultrasónicos pero se mantiene que no pueden
lograr rendimientos significativamente mayores con respecto a los
dispositivos FCC; en el caso de los inyectores diésel, existe el
problema de combinar un dispositivo de impulsos con un reactor que
funciona de manera continua, mientras que en el caso de los
atomizadores ultrasónicos, surgen problemas debido al
funcionamiento del elemento de atomización. Por tanto, la presente
invención combina un componente que se deriva de dispositivos FCC
(por ejemplo aquellos citados en las patentes US nº 5.289.976,
US nº 6.257.504) con un componente adicional: en el
caso particular de oxidaciones parciales catalíticas, dicho segundo
componente se añade con el fin de mezclar uniformemente la fase que
contiene el agente oxidante (aire/oxígeno/nitrógeno) con el que
contiene el hidrocarburo.
Se dan a conocer dispositivos adicionales para
alimentar combustibles líquidos al interior de un reactor en los
documentos EP-A-1095904 y
US-A-4097366.
El equipo, principal objetivo de la presente
invención, para atomizar una corriente líquida con una corriente
gaseosa de dispersión y mezclar el producto atomizado con una
corriente gaseosa adicional, está caracterizado porque
comprende:
- \bullet
- una zona de alimentación (A) equipada con unos medios aptos para alimentar la corriente líquida, la corriente gaseosa de dispersión y la corriente gaseosa adicional,
- \bullet
- una o más zonas de atomización de dos etapas (N) de la corriente líquida con la corriente gaseosa de dispersión,
- \bullet
- una zona de distribución (D) de la corriente gaseosa adicional,
estando constituida esencialmente la primera
etapa de la zona de atomización (N1) por un núcleo (2) tubular,
preferentemente cilíndrico, a través del que pasa la corriente
líquida, equipado con una serie adecuada de toberas (5), situadas a
la misma altura, y una camisa externa (4) coaxial con dicho núcleo,
a través de la que pasa la corriente gaseosa de dispersión, en el
que dichas toberas (5) permiten que la corriente gaseosa de
dispersión entre en el núcleo tubular, perpendicular al eje de dicho
núcleo (2) tubular, provocando una primera atomización de la
corriente líquida por medio de "cizallamiento/ruptura",
estando constituida esencialmente la segunda
etapa de la zona de atomización (N2) por una o más toberas (6),
preferentemente una, conectadas a la parte inferior del núcleo (2)
tubular, paralelas al eje de dicho núcleo tubular, con el fin de
aumentar el grado de atomización,
estando constituida esencialmente la zona de
distribución (D) por una camisa (8) adicional, a través de la que
pasa la corriente gaseosa adicional, externa y coaxial a la camisa
(4) de la primera etapa de atomización, y una serie de toberas (9),
situadas en la parte inferior de dicha camisa adicional, colocadas a
la misma altura, y paralelas o inclinadas con un ángulo \alpha
inferior a 40º con respecto al eje del núcleo tubular,
preferentemente paralelas o inclinadas con un ángulo \alpha
inferior a o igual a 15º, más preferentemente inclinadas con un
ángulo que oscila entre 5º y 10º.
Un elemento adecuado para aumentar la extensión
del chorro que sale de la propia tobera, puede instalarse próximo a
las toberas (9) de la zona de distribución.
Las toberas (5) del núcleo tubular
preferentemente pueden:
- -
- ser más de 2, distribuidas de manera simétrica entre sí;
- -
- estar situadas próximas a la segunda etapa de atomización;
- -
- presentar un diámetro comprendido entre 0,3 mm y 3 mm, más preferentemente entre 0,5 mm y 1 mm.
\vskip1.000000\baselineskip
Las toberas (9) de la zona de distribución son
preferentemente más de 2, distribuidas de manera simétrica entre
sí.
La(s) tobera(s) (6) de la segunda
etapa de atomización y las toberas (9) de la zona de distribución
pueden estar colocadas a la misma altura o a diferentes alturas: se
prefiere la disposición a la misma altura.
Un objetivo adicional de la presente invención
se refiere a un equipo para la oxidación parcial catalítica de
combustibles líquidos, caracterizado porque comprende un equipo para
atomizar corrientes líquidas, tal como se describió anteriormente,
según la invención, y porque también comprende las siguientes
zonas:
- \bullet
- una zona de mezclado (M), para el mezclado del producto atomizado, que proviene de la segunda etapa de la zona de atomización, con una corriente gaseosa adicional, que proviene de la zona de distribución, que está constituida sustancialmente por una cámara esencialmente vacía, sin elementos internos;
- \bullet
- una zona de reacción (R), que está constituida por un lecho catalítico, que presenta una sección constante o creciente a lo largo del eje del aparato;
- \bullet
- una posible zona de expansión de gas (E) aguas abajo con respecto a la zona de reacción.
\vskip1.000000\baselineskip
La cámara esencialmente vacía de la zona de
mezclado es preferentemente de forma cilíndrica o troncocónica, en
la que interpenetran los diversos chorros que provienen de tanto de
la zona de distribución (D) como de la segunda etapa de la zona de
atomización (N1), con ausencia de movimientos de giro.
Pueden estar presentes preferentemente unos
medios que presentan formas geométricas que son aptas para minimizar
los fenómenos de reflexión del producto atomizado, por lo menos en
la cabeza del lecho catalítico, (de modo que se minimicen los
fenómenos de reflexión del producto atomizado): en particular,
pueden usarse monolitos con canales paralelos.
Además, en el equipo según la invención, el
mezclado entre las dos fases de reactivo preferentemente tiene
lugar en el espacio entre la salida del dispositivo y la entrada al
interior del lecho catalítico real. La formación de movimientos de
giro en el equipo se minimiza deliberadamente, ya que pueden
producir depósitos de parte de la alimentación sobre las paredes
del alimentador/reactor; de hecho, la experiencia ha demostrado que
dicho depósito puede producir residuos sólidos u otros
desequilibrios en el funcionamiento del equipo.
Este problema es particularmente importante en
el caso de hidrocarburos pesados, que presentan un punto de
ebullición final (> 200ºC) significativamente superior a la
temperatura de alimentación.
Lo que se ha especificado anteriormente no debe
interpretarse a título limitativo de la presente invención dado
que, funcionando en condiciones de seguridad adecuadas, también es
posible mezclar los dos flujos dentro del propio equipo.
Las ventajas de dicho equipo son:
- \bullet
- Atomización uniforme durante un periodo de tiempo: adecuado para alimentar un reactor catalítico continuo.
- \bullet
- Atomización rápida y forzada: para proporcionar un producto atomizado con dimensiones adecuadas, minimizando las reacciones secundarias.
- \bullet
- Adecuado para funcionar a altas temperaturas, gracias a la función de "aislante térmico" de los gases que fluyen en el conducto externo e intermedio con respecto a la carga de hidrocarburo.
- \bullet
- Bajas caídas de presión, gracias a la tobera/diseño radial y la posible presencia conjunta de ebullición vigorosa del líquido.
- \bullet
- Mínimo impacto mecánico sobre la superficie del catalizador: gracias a la forma geométrica conformada como un cono sólido del efluente, la velocidad de la corriente en la salida de este dispositivo es moderada.
- \bullet
- Separación física de las fases oxidante y de hidrocarburo dentro del dispositivo, con una gran ventaja desde el punto de vista de la seguridad.
\vskip1.000000\baselineskip
Las pruebas llevadas a cabo con modelos de dicho
distribuidor han mostrado una gran flexibilidad de uso, escasos
lazos entre la carga líquida/gaseosa, además de una fácil puesta en
marcha y parada. Los escasos lazos entre la carga líquida/gaseosa
son importantes cuando se efectúan reacciones tales como las citadas
anteriormente.
El conjunto de los dos elementos sigue
preferentemente una simetría axial, tal como se muestra en la figura
1.
La etapa de atomización del hidrocarburo se basa
en una combinación de mecanismos de atomización que permiten la
construcción sencilla de equipo adecuado para procesar una amplia
variedad de velocidades de flujo: desde pequeñas plantas
residenciales hasta reactores tales como aquellos para la oxidación
parcial catalítica.
Pueden ser igualmente eficaces mecanismos tales
como la expansión a través de un orificio (patente US nº
3.071.540), pero, en el caso de pequeñas velocidades de flujo, requieren el uso de orificios con un diámetro pequeño, que pueden atascarse fácilmente cuando se usan cargas pesadas y/o que contienen suspensiones.
3.071.540), pero, en el caso de pequeñas velocidades de flujo, requieren el uso de orificios con un diámetro pequeño, que pueden atascarse fácilmente cuando se usan cargas pesadas y/o que contienen suspensiones.
Puede utilizarse una combinación de uno o más de
estos dispositivos de alimentación, dependiendo del tipo de reactor
y su productividad; también es posible insertar elementos
adicionales adecuados con el fin de obtener una geometría adecuada
(normalmente, un cono sólido) para la corriente de alimentación.
Además, es posible añadir, en la cabeza del
equipo de esta invención, unos elementos de calentamiento adecuados,
con el fin de moderar apropiadamente la tensión interfacial y la
viscosidad de la carga de hidrocarburo, cuando esta última es
particularmente pesada.
A diferencia de lo que se establece normalmente
en la bibliografía sobre FCC, la tobera de esta invención funciona
principalmente con una dirección de flujo del tipo descendente
aunque no está limitada a esto.
Pueden encontrarse en la bibliografía
reivindicaciones de equipo similar al que está presente en las
tecnologías FCC (por ejemplo, patente US nº 4.195.779); el equipo
reivindicado en la presente memoria es diferente a los que están
presentes en la bibliografía debido al diseño de la zona de mezclado
y atomización, que, en este caso, es más adecuado para tratar
cargas pesadas que pueden generar depósitos a lo largo de las
paredes del conducto de mezclado u obstruir los orificios con un
diámetro particularmente pequeño (plantas de pequeña capacidad).
A continuación, se proporcionarán formas de
realización de las presentes invenciones con la ayuda de las figuras
1, 2, 3 y 4, entendiéndose que no debe considerarse que éstas
representen una limitación de la presente invención.
La figura 1 muestra una de las configuraciones
del equipo según la invención, en el caso particular de un mezclado
entre tres fases diferentes: hidrocarburo líquido/gas
natural/agua-aire: pueden añadirse niveles de
mezclado adicionales al sistema, permaneciendo inalterada la
simetría axial de toda la sección.
Haciendo referencia a la figura 1, una carga de
hidrocarburo pesado (LCO) se carga en la cabeza de un reactor
SCT-CPO (oxidación parcial catalítica con tiempo de
contacto corto).
La carga (1) de hidrocarburo líquido entra en la
zona de alimentación (A), desde la que, en la zona de atomización
(N1), pasa a través del conducto principal (el núcleo tubular) (2),
en el que se mezcla con agua (3), mientras que la corriente gaseosa
de dispersión (por ejemplo, metano, hidrógeno, gas natural, efluente
gaseoso, etc..) entra en la zona de alimentación (A), fluye a
través del conducto intermedio (conducto externo coaxial con el
núcleo tubular ((4) de la zona de atomización (N1) y, que pasa a
través de la serie de toberas (5) en una dirección externa =>
interna, se encuentra con la carga (1) líquida provocando una
primera atomización. El grado de atomización avanza adicionalmente
cuando la carga pasa a través de la tobera (6) de la segunda etapa
de la zona de atomización (N2), desde donde la carga entra en la
zona de mezclado (M) en la cabeza del reactor.
La segunda corriente (7) gaseosa entra en la
zona de alimentación (A) y la zona de distribución (D) a través del
conducto externo (camisa coaxial exterior) (8) para distribuirse a
través de la serie de orificios/toberas (9). Los chorros
procedentes de los orificios/toberas (6), (9) se combinan para
proporcionar un buen grado de mezcla global.
Con el fin de reducir la tensión interfacial del
hidrocarburo, es posible añadir, en la cabeza del distribuidor, un
elemento (10) de calentamiento controlado adecuadamente.
En lo que respecta a la temperatura de
funcionamiento, un uso preferido prevé el mantenimiento, en la
proximidad de la punta del distribuidor (6), (9), una temperatura
superior a la del líquido de menor punto de ebullición
(normalmente, agua); en estas condiciones, se garantiza una completa
vaporización del producto de bajo punto de ebullición, entre el
punto (5) de atomización y la tobera (6), lo que provoca una mejora
en los rendimientos globales.
Con respecto a las presiones de funcionamiento,
éstas dependen principalmente de los valores de funcionamiento del
reactor y de las caídas de presión asociadas en particular con el
paso a través de los orificios/toberas (59, (6); aunque el grado de
atomización del líquido mejora con una reducción en el diámetro de
tobera, los expertos en el campo conocen bien los aspectos
negativos de mayores caídas de presión y la posibilidad de
taponamiento de las toberas debido a las impurezas presentes en la
carga líquida.
En lo que respecta a la geometría de la
corriente de salida, ésta es aproximadamente un cono sólido, con un
ángulo que depende tanto de la geometría de las salidas (6), (9)
como de los valores de velocidad de flujo de la corriente
oxidante/corriente de hidrocarburo.
La figura 2 sintetiza un caso de colocar el
equipo dentro de un reactor y la geometría de las corrientes de
salida desde el propio equipo.
En la figura 2, el mezclador/atomizador (11)
está colocado en la zona de entrada (12) de un reactor para efectuar
reacciones de oxidación parcial catalítica. La zona de entrada (12)
puede presentar una geometría cónica con un ángulo \alpha que
oscila entre 0º y 60º. El ángulo de pared permite, en ciertos casos,
que se reduzca o evite la condensación de hidrocarburos atomizados
sobre la pared. La zona catalítica (13) por debajo de la zona de
entrada de las corrientes premezcladas, también puede presentar una
geometría troncocónica para permitir altas velocidades de entrada
de las mezclas de reactivos y reducir las caídas de presión debidas
al aumento del número de moles y la elevación de la temperatura
provocados por las reacciones.
La figura 3 muestra otros tipos de toberas
consideradas para la fase oxidante: en estos casos, la inserción de
un pasador (14) en la salida o un perfil (15) almenado de la tobera
de salida, permite que se expanda la geometría del chorro oxidante
y en consecuencia que se obtenga una mejor interacción con la fase
de hidrocarburo. Es preferible aplicar estos elementos a la
corriente gaseosa oxidante en lugar de a la corriente de
hidrocarburo, para minimizar la formación de posibles depósitos de
hidrocarburo en la línea.
Las toberas de salida de la fase oxidante pueden
inclinarse adecuadamente para obtener una mejor interacción con la
fase de hidrocarburo tal como se muestra en la figura 4, en el que
el eje de la tobera 9 está inclinado 8º con respecto al eje de la
tobera 6.
Otro objetivo de la presente invención se
refiere al procedimiento para la oxidación parcial catalítica de
combustibles de hidrocarburos líquidos, seleccionados de gasolina,
nafta, medios destilados, aceites desasfaltados y residuos pesados
de refinería y/o de productos oxigenados, seleccionados de metanol,
DME y éteres, caracterizado porque se efectúa por medio del equipo
descrito anteriormente y porque comprende las siguientes etapas:
- -
- atomizar los combustibles líquidos con una corriente gaseosa de dispersión;
- -
- premezclar y, en la puesta en marcha, precalentar hasta temperaturas que oscilan entre 50ºC y 600ºC, por debajo de los valores de inflamabilidad de los reactivos que están constituidos por combustibles líquidos, oxígeno o aire enriquecido con oxígeno, posiblemente vapor y/o CO_{2}, de modo que la velocidad de superficie del gas de reacción es superior a la velocidad de llama y la temperatura de los reactivos de la zona antes del lecho catalítico es inferior a su temperatura de inflamabilidad;
- -
- hacer reaccionar, mediante la interacción de un sistema catalítico adecuado, la mezcla de reactivos en la zona de reacción, desencadenándola a temperaturas comprendidas entre 150ºC y 600ºC y efectuándola a velocidades espaciales comprendidas 50.000 y 5.000.000 reactivos de N1/L cat. x h, alcanzando temperaturas comprendidas entre 600ºC y 1350ºC.
El sistema catalítico está constituido
preferentemente por óxidos, nitruros u oxinitruros que contienen uno
o más elementos seleccionados de entre Rh, Ru, Ir, Pt, Ni, Fe, Co,
Cr y Cu.
\newpage
El/los elemento(s) contenidos en los
óxidos, nitruros u oxinitruros está(n) preferentemente en una
cantidad comprendida entre el 0,05% y el 15% en peso.
Los materiales mencionados anteriormente han
mostrado generalmente una considerable resistencia al choque
térmico, particularmente relevante en las condiciones de activación
de la reacción. Estas propiedades han mostrado ser mejores que las
de los materiales de óxido usados en las reacciones OPC. Además,
dichos materiales catalíticos han mostrado una actividad superior
a, o igual a, la de los materiales conocidos.
La razón entre moles de vapor/moles de átomos de
carbono de hidrocarburo (vapor de agua/C) preferentemente
comprendida entre 0 y 3,5, más preferentemente entre 0,1 y 1,5, y la
razón entre los moles de oxígeno molecular/moles de átomos de
carbono de hidrocarburo (O_{2}/C) preferentemente comprendida
entre 0,15 y 0,7, más preferentemente entre 0,25 y 0,65.
Los procedimientos OPC según la invención pueden
usarse, tal como se mencionó anteriormente, como reformado previo:
en este caso, los productos obtenidos a partir de la oxidación
parcial catalítica, efectuada entre los reactivos con una razón
volumétrica O_{2}/C inferior a 0,5, se envían a una etapa de
reformado autotérmico.
A continuación, se proporcionan algunos
ejemplos, que no deben considerarse a título limitativo de la
presente invención.
Se sometió a prueba un equipo fabricado de AISI
316 con las dimensiones mostradas en la tabla 1, alimentando
conjuntamente agua y nitrógeno, según las velocidades de flujo
enumeradas en la tabla 2.
El líquido en la salida del dispositivo
presentaba dimensiones finas, estaban ausentes partículas de
dimensiones relevantes (0,3 mm).
El cono surgió con un ángulo (2 \theta) que
oscila entre aproximadamente 13º y 20º, dependiendo de las
velocidades de flujo del gas de atomización.
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\vskip1.000000\baselineskip
Se sometió a prueba un equipo que difería del
del ejemplo 1 en una distancia tobera-orificios de
gas igual a 15 mm, en las mismas condiciones experimentales que en
el ejemplo 1. La pulverización emitida era de menor calidad,
mostrando una formación esporádica de gotas que presentaban
dimensiones relevantes.
Se sometió a prueba un equipo que difería del
del ejemplo 1 en un diámetro de los orificios para nitrógeno igual
a 0,4 mm en lugar de 0,5 mm, en las mismas condiciones
experimentales que en el ejemplo 1. Se emitió una pulverización de
buena calidad.
Se sometió a prueba el mismo equipo que en el
ejemplo 1 dentro de un recipiente transparente cerrado, que podía
tolerar presiones de 8 bar.
Una inspección visual mostró un buen grado de
atomización en un intervalo de presión comprendido entre 1 y 7 bar,
manteniéndose constantes las velocidades de flujo de gas (N1/h). El
grado de atomización a 7 bar apareció sorprendentemente superior al
de a 1 bar.
Se sometió a prueba el mismo equipo que en el
ejemplo 4 mediante la alimentación conjunta de nitrógeno desde el
conducto externo. La pulverización siguió siendo de buena calidad y
no se observaron canalizaciones en la corriente. El chorro siguió
siendo homogéneo a lo largo de todo el conducto.
Se insertó el mismo equipo que en el ejemplo 1
en una planta a escala de banco de pruebas para producir gas de
síntesis a partir de LCO. Las velocidades de flujo usadas se
enumeran en la tabla 3, funcionando el equipo a una presión de 6
bar ate y a temperaturas de la tobera que oscilan entre 160ºC y
205ºC.
El atomizador estaba equipado con una banda de
calentamiento a 250ºC, con el fin de mantener una tensión
superficial adecuada y facilitar que se alcancen las temperaturas
mencionadas anteriormente en la tobera.
El equipo funcionó de manera continua durante
200 horas sin problemas relevantes. Al final de la prueba, una
inspección visual no reveló ningún daño mecánico del distribuidor;
la cantidad de residuos pesados en la cabeza del lecho fue
irrelevante.
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Claims (24)
1. Equipo para la atomización de una corriente
líquida por medio de una corriente gaseosa de dispersión y para el
mezclado del producto atomizado con una corriente gaseosa adicional,
caracterizado porque comprende:
- \bullet
- una zona de alimentación (A) equipada con unos medios adecuados para alimentar la corriente líquida, la corriente gaseosa de dispersión y la corriente gaseosa adicional;
- \bullet
- una o más zonas de atomización de dos etapas (N) de la corriente líquida por medio de la corriente gaseosa de dispersión;
- \bullet
- una zona de distribución (D) de la corriente gaseosa adicional;
estando constituida esencialmente la primera
etapa de la zona de atomización (N1) por un núcleo (2) tubular, a
través del que pasa la corriente líquida, equipado con una serie
adecuada de toberas (5), situadas a la misma altura, y una camisa
externa (4) coaxial a dicho núcleo, a través de la cual pasa la
corriente gaseosa de dispersión, en el que dichas toberas (5)
permiten que la corriente gaseosa de dispersión entre en el núcleo
tubular, de manera perpendicular al eje de dicho núcleo (2) tubular,
efectuando una primera atomización de la corriente líquida,
estando constituida esencialmente la segunda
etapa de la zona de atomización (N2) por una o más toberas (6)
colocadas en el extremo del núcleo (2) tubular, paralelas al eje de
dicho núcleo tubular, para aumentar el grado de atomización,
estando constituida esencialmente la zona de
distribución (D) por una camisa (8) adicional, a través de la cual
pasa la otra corriente gaseosa, externa y coaxial a la camisa (4) de
la primera etapa de atomización, y una serie de toberas (9)
situadas en la parte inferior de dicha camisa adicional, estando
colocadas todas ellas a la misma altura y paralelas o inclinadas
con un ángulo alfa inferior a 40º con respecto al eje del núcleo
tubular.
2. Equipo según la reivindicación 1, en el que
el núcleo (2) tubular de la primera etapa de la zona de atomización
es de forma cilíndrica.
3. Equipo según la reivindicación 1, en el que
un elemento está instalado, próximo a las toberas (9) de la zona de
distribución, apto para aumentar la amplitud del chorro que sale de
la propia tobera.
4. Equipo según la reivindicación 1, en el que
sólo está prevista una tobera (6) de la segunda etapa de la zona de
atomización.
5. Equipo según la reivindicación 1, en el que
las toberas (5) del núcleo tubular están en un número superior a 2,
distribuidas de manera simétrica.
6. Equipo según la reivindicación 1, en el que
la serie de toberas (5) del núcleo tubular están próximas a la
segunda etapa de atomización.
7. Equipo según la reivindicación 1, en el que
las toberas (5) del núcleo tubular presentan un diámetro comprendido
entre 0,3 mm y 3 mm.
8. Equipo según la reivindicación 7, en el que
las toberas (5) del núcleo tubular presentan un diámetro comprendido
entre 0,5 mm y 1 mm.
9. Equipo según la reivindicación 1, en el que
las toberas (9) de la zona de distribución están en un número
superior a 2, distribuidas de manera simétrica.
10. Equipo según la reivindicación 1, en el que
la(s) tobera(s) (6) de la segunda etapa de atomización
y las toberas (9) de la zona de distribución están a la misma
altura.
11. Equipo según la reivindicación 1, en el que
las toberas (9) son paralelas o están inclinadas en un ángulo
\alpha inferior a o igual a 15º, con respecto al núcleo
tubular.
12. Equipo según la reivindicación 11, en el que
el ángulo \alpha está comprendido entre 5º y 10º.
13. Equipo para la oxidación parcial catalítica
de combustibles líquidos, caracterizado porque comprende el
equipo según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 12, y
porque comprende asimismo:
- \bullet
- una zona de mezclado (M), para el mezclado del producto atomizado, que proviene de la segunda etapa de la zona de atomización, con una corriente gaseosa adicional, que proviene de la zona de distribución, que está constituida sustancialmente por una cámara esencialmente vacía, sin elementos internos;
- \bullet
- una zona de reacción (R), que está constituida por un lecho catalítico, que presenta una sección constante o creciente a lo largo del eje del equipo.
14. Equipo según la reivindicación 13, en el que
está presente una zona de expansión de gas (E) adicional tras la
zona de reacción.
15. Equipo según la reivindicación 13, en el que
están presentes unos medios que presentan unas formas geométricas
que son aptas para minimizar los fenómenos de reflexión del producto
atomizado, por lo menos en la cabeza del lecho catalítico.
16. Equipo según la reivindicación 15, en el que
los medios presentes por lo menos en la cabeza del lecho
catalítico, son monolitos con canales paralelos.
17. Procedimiento para la oxidación parcial
catalítica de combustibles de hidrocarburos líquidos, seleccionados
de entre gasolina, nafta, destilados medios, aceites desasfaltados y
residuos pesados de refinería y/o de productos oxigenados,
seleccionados de entre metanol, DME y éteres, caracterizado
porque se efectúa por medio del equipo según una de las
reivindicaciones 11 a 14, y porque comprende las siguientes
etapas:
- -
- atomizar los combustibles líquidos con una corriente gaseosa de dispersión;
- -
- premezclar y, en la puesta en marcha, precalentar hasta temperaturas comprendidas entre 50ºC y 600ºC, por debajo de los valores de inflamabilidad, estando constituidos los reactivos por combustibles líquidos, oxígeno o aire enriquecido con oxígeno, posiblemente vapor y/o CO_{2}, de tal modo que la velocidad de superficie del gas de reacción es superior a la velocidad de llama y la temperatura de la mezcla de reactivos en la zona antes del lecho catalítico, es inferior a su temperatura de inflamabilidad;
- -
- hacer reaccionar, mediante la interacción de un sistema catalítico adecuado, la mezcla de reactivos en la zona de reacción, desencadenándola a temperaturas comprendidas entre 150ºC y 600ºC y efectuándola a velocidades espaciales comprendidas entre 50.000 y 5.000.000 reactivos de N1/L cat. x h, alcanzando temperaturas comprendidas entre 600ºC y 1350ºC.
18. Procedimiento según la reivindicación 17, en
el que el sistema catalítico está constituido por nitruros u
oxinitruros que contienen uno o más elementos seleccionados de entre
Rh, Ru, Ir, Pt, Ni, Fe, Co, Cr y Cu.
19. Procedimiento según la reivindicación 17, en
el que el sistema catalítico está constituido por óxidos de uno o
más elementos seleccionados de entre Rh, Ru, Ir, Pt, Ni, Fe, Co, Cr
y Cu.
20. Procedimiento según la reivindicación 18, en
el que el/los elemento(s) contenidos en los nitruros u
oxinitruros está(n) en una cantidad comprendida entre el 0,05% y el
15% en peso.
21. Procedimiento según la reivindicación 17, en
el que la reacción se desencadena a temperaturas comprendidas entre
250ºC y 450ºC, mientras que las velocidades espaciales están
comprendidas entre 150.000 y 5.000.000 reactivos de
N1/L cat. x h.
22. Procedimiento según la reivindicación 17, en
el que, entre los reactivos, la razón entre moles de vapor/moles de
átomos de carbono de hidrocarburo (vapor de agua/C) está comprendida
entre 0 y 3,5, y la razón entre los moles de oxígeno
molecular/moles de átomos de carbono de hidrocarburo (O_{2}/C)
está comprendida entre 0,15 y 0,7.
23. Procedimiento según la reivindicación 22, en
el que la razón entre moles de vapor/moles de átomos de carbono de
hidrocarburo (vapor de agua/C) está comprendida entre 0,1 y 1,5, y
la razón entre los moles de oxígeno molecular/moles de átomos de
carbono de hidrocarburo (O_{2}/C) está comprendida entre 0,4 y
0,6.
24. Procedimiento según la reivindicación 17, en
el que los productos obtenidos a partir de la oxidación parcial
catalítica, efectuada entre reactivos con una razón volumétrica
O_{2}/C inferior a 0,5, se envían a una etapa de reformado
autotérmico.
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