REACTOR DE LECHO FIJO
Los reactores catalíticos de lecho fijo son columnas cilíndricas empacadas con partículas de catalizador. Estas partículas están inmovilizadas, y por tanto en contacto unas con otras. Las partículas permiten el paso tortuoso del fluido sin separarse unas de otras. Esto hace que la altura del lecho se mantenga constante y por tanto la fracción de vacío en el lecho (porosidad se mantiene constante. En esta etapa el fluido e!perimenta la mayor caída de presión del proceso. Las partículas catalíticas pueden variar de tama"o y forma# $ %ranulares, cilíndricas, esf&ricas. $ 'iámetro desde .) a ).* mm en la industria en la que fuyen los gases a través de un catalizador sólido (que es a menudo con orma de peque-ños gránulos para incrementar el área super-cial). e descri!e a menudo como un lec"o #o ( Fixed Bed) de catalizador CARACTERISTICAS PRINCIPALES PRINCIPALES • • • •
La reacción química se lleva a ca+o en un sistema a+ierto. Los reactantes y productos se a"aden y descargan continuamente. peran a r&gimen esta+le. La temperatura, presión y composición pueden variar con respecto al tiempo. -uncionamiento El fluido se mueve a trav&s de los espacios que hay entre las partículas.
FUNCIONAMIENTO
El fluido se mueve a trav&s de los espacios que hay entre las partículas. Las partículas permiten el paso tortuoso del fluido sin separarse una de otras. -inalmente salen los productos formados o transformados transfor mados por el efecto catalítico. VENTAJAS • • • •
u operación es continua u comportamiento es similar al reactor de flujo pistón /ás eficiente que el reactor de cama fluidificada o 0ajo costo de operación 1ltas conversiones
'E2E34151 •
El catalizador se puede desactivar o envenenar con el tiempo
•
•
•
Es difícil controlar la temperatura y por lo tanto se pueden formar zonas calientes que pueden perjudicar al catalizador e incluso desactivarlo. 3o se puede emplear catalizadores de un tama"o muy peque"o ya que se formarían tapones y ha+ría grandes p&rdidas de presión. E!iste dificultades en la limpieza del equipo
Configuraciones de e!ui"o Ca#ai$ador Ti"os
o!ido nitroso que se usa+a para la o!idación del 6 para la o+tención de acido sulfurico %as &
Li!uido& acido sulf7rico, acido clorhídrico, acido fosforico Soido& metales como niquel, platino, plata , hierro, paladio Dis"osicion de ca#ai$ador
8n solo lecho# consiste en una columna rellena con el catalizador dispuestos al azar o en orden en una posición fija LE9: so+re +andejas El catalizador se presenta como un lecho de partículas peque"as orientadas al azar y en una posición fija. El fluido se mueve a trav&s de los espacios entre las partículas (flujo convectivo. Es posi+le un flujo difusivo. La estructura del lecho consta de una parrilla metálica o cerámica so+re la que hay varias capas de partículas de diámetros cada vez más peque"os, y so+re estas van situadas las partículas del catalizador 480 /;L4<=LE 9onsisten en uno o más tu+os empacados con partículas de catalizador, que operan en posición vertical. Las partículas catalíticas pueden variar de tama"o y forma# granulares, cilíndricas, esf&ricas. Eliminacion de 9alor '(
1dia+atico 3o se intercam+ia calor con el e!terior. En consecuencia, la temperatura aumenta si la reacción es e!ot&rmica y disminuye si es endot&rmica. i el reactor consiste en un 7nico lecho de catalizador (reactor de una etapa esto define la situación desde el punto de vista t&rmico. in em+argo, si el catalizador está dividido en dos o más lechos dispuestos en serie (reactor multietapa hay la oportunidad de ajustar la temperatura entre etapas. =uede hacerse de dos formas. La primera es por intercam+io de calor entre etapas con intercam+iadores de calor, este m&todo puede utilizarse tanto con reacciones e!ot&rmicas como endot&rmicas. El segundo, llamado por inyección de fluido frío,
puede ser empleado con reacciones e!ot&rmicas.
En o"eraci*n no adia+,#ica,
se intercam+ia calor con el lecho para controlar la temperatura. El reactor es esencialmente un intercam+iador de carcasa y tu+os, con el catalizador en el interior o e!terior de los tu+os y, correspondientemente, con un fluido refrigerante circulando por la carcasa o los tu+os Dis"osicion de fu-o& Fu-o A.ia& 4radicionalmente,
la mayor parte de reactores de lecho fijo operan con flujo a!ial descendente de fluido so+re el catalizador. Fu-o Radia& 8na tendencia moderna es operar en flujo radial hacia el interior o el e!terior
con el o+jetivo de reducir la p&rdida de presión (>?= al incrementar el área de paso por unidad de volumen de lecho (por ejemplo, en la producción de estireno monómero. En este capítulo se estudiar 7nicamente el flujo a!ial. Fu-o "or go#eo# el flujo es a!ial descendente pero cae en formas de gotera.
-ases •
0ifasico# @ fase fluida (líquida o gaseosa y @ sólida (el catalizador En la industria química existen diversas maneras de poner en contacto un fuido y un catalizador sólido. En la situación más común el sólido se emplea en orma de partículas que suelen disponerse en un lecho a través del cual el fuido circula
Aeacciones en com7n 9raqueo catalítico fluido El proceso de craqueo catalítico fluido se +asa en la ruptura de cadenas de hidrocar+uros del orden de los B) átomos de car+ono, mediante la acción de un catalizador que favorece que las reacciones se produzcan a una temperatura mas +aja que la necesaria para el craqueo t&rmico de la misma carga. Conceptos del craqueo catalítico !CC"
El proceso de craqueo catalítico fluido se +asa en la ruptura de cadenas de hidrocar+uros del orden de los B) átomos de car+ono, mediante la acción de un catalizador que favorece que las reacciones se produzcan a una temperatura mas +aja que la necesaria para el craqueo t&rmico de la misma carga. Las reacciones producidas son mucho mas rápidas y selectivas que las de craqueo t&rmico. Las reacciones generan una cantidad de car+ón que se deposita so+re la superficie del catalizador. Los procesos se desarrollan en forma continua , mediante una circulación de catalizador que se contacta íntimamente con la carga. =osteriormente el catalizador se regenera por medio de la com+ustión del car+ón producido, lo que produce la energía que requiere el sistema para funcionar. Economía del proceso La carga de la unidad es un producto intermedio de +ajo valor. =uede ser comercializado como fuel oil o carga de -99. /ediante este proceso se o+tiene # •
/ayor e!pansión volum&trica (@@* m6 de productosC @** m6 de 9arga.
•
/ayor nivel de conversión a productos de alta demanda y valor comercial.
•
La nafta producida aporta el mayor volumen de octanos del pool de naftas.
•
Es el proceso de mayor producción de L=%.
•
0utano como materia prima para la producción de /40E y 1lDilato .
•
=ropileno de alto precio y creciente demanda.
Trifasico •
@ fase líquida, @ gaseosa y @ sólida (el catalizador
Aeacciones comunes# :idrodesulfuracion# #a $idrodesuluración es un tratamiento con hidró%eno que se aplica a crudos pesados& livianos y cortes de destilación en presencia de catalizadores. #os o'(etivos son me(orar la calidad del producto en cuanto a olor& color& esta'ilidad& entre otros. )urante el proceso se eliminan compuestos sulurados en orma de suluro de hidró%eno& nitró%eno& diole*nas y otros. El proceso de desuluración se lleva a ca'o en ase %aseosa para destilados livianos con presiones de +,- /m0 a +,1/m0 y temperaturas de 2,03402" 567 en al%unos casos la temperatura se incrementa para compensar la actividad declinante causada por la acumulación de coque& los reactores comúnmente usados son de lecho *(o.
#a mezcla corte/hidró%eno entra al reactor donde las reacciones químicas deseadas son promovidas en lecho *(os de catalizadores co'alto3moli'deno so're una 'ase 89 de alúmina. :llí ocurren las reacciones de tal manera que a la salida del reactor hay una mezcla de producto desulurado y %ases. El sistema de reacción consta usualmente de reactores empacados de tres fases, son llamados así porque se encuentran presentes la fase líquida (gasóleo), la fase gas (H 2 y H2S) y la fase sólida (catalizador). Estos son o perados a co-corriente, es decir, la fase líquida y gas fluyen en la misma dirección y la masa de catalizador, tipo coalto!molideno sore al"mina, se mantiene fi#a.
Reactor de goteo (trickle bed): un reactor de lecho *(o operando en tres ases este reactor ha adquirido mucha
importancia de'ido a su aplicación en los procesos del petróleo hidrodesuluración& hidrocrac;in%&...". En este tipo de columnas el %as es la ase continua& el liquido disperso circula a través del lecho de catalizador en orma de %otas .
as que las usadas en los a'sor'edores. ?or otro lado para evitar pro'lemas de control de @AB evitar actores de e*cacia" es necesario utilizar tama>os de partículas ineriores a los del relleno de los a'sor'edores& lo cual ori%ina una racción de huecos mucho menor. En los procesos de $) ?ara alimentaciones pesadas se utilizan reactores tric;le3'ed para el contacto %as sólido3líquido7 con condiciones más severas de'ido a que la alimentación se hace menos reactiva. #a temperatura utilizada es de 2243840" 5C y presiones de 2 a 0," x+,- /m0 . ?ara este tipo de car%a el coque y los compuestos metálicos causan desactivación prematura de los catalizadores. ?ara las dierentes car%as el catalizador más usado es de óxido de co'alto y moli'deno soportados so're alúmina #a razón cantidad de catalizador/cantidad de reactante es alta comparada con un slurry y por tanto la velocidad de reacción es alta. :ctualmente se tiende a utilizar mayores velocidades de fu(o para me(orar el mo(ado y aumentar los coe*cientes de transerencia de materia #3 y <3 #. Evidentemente ello a cam'io de un mayor consumo ener%ético.
Condiciones de Operación •
Alimento del reactante gaseoso en EXCESO por moti#os :
ESTEQUO!"TRCO
!avorecer la cinética cuando el %as es poco solu'le en el líquido
Conse%uir mayor distri'ución del líquido y mayor área interacial #3<
Control del aumento de temperatura en el reactor.
$
Delocidades super*ciales a tu'o vacío
$
?resión elevada hasta 0, F 2, Bpa alcanzar mayor concentración del reactante %aseoso"
$
:ltura de relleno de 4 F 2, m.
$
Gazón #/) 43 04
$
Catalizador sólido de + a 4 mm de tama>o nominal
$
?orosidad de lecho de ,&24 F ,&8,
Aplicaciones nd$striales $ntre los e#emplos de su uso están la a!ricación de ácido sul%rico (el proceso de &ontacto con el ó'ido de vanadio como catalizador) la manu-actura de ácido ntrico y la a!ricación de amonaco (el proceso *a!er con "ierro como ca-talizador). Hn e(emplo adicional de un reactor de lecho *(o está en el reormado catalítico de nata para producir alcanos de cadena rami*cada& cicloal3 canos e hidrocar'uros aromáticos utilizando %eneralmente platino o una aleación de platino3renio so're un soporte de alúmina. El uso de reactores de lecho *(o está muy extendido o'tención de I 2 por el método ?hillips& o'tención de amoníaco& craqueo con vapor& etc"&
