reactor de calentamiento por inducción cubas-tanque

Tenemos más de 20 años de experiencia en calentamiento por inducción y han desarrollado, diseñado, fabricado, instalado y puesto en servicio sistemas de calentamiento de recipientes y tuberías en muchos países de todo el mundo.

Dado que el sistema de calentamiento es naturalmente sencillo y muy fiable, la opción de calentamiento por inducción debería considerarse la preferida.

El calentamiento por inducción incorpora todas las comodidades de la electricidad llevada directamente al proceso y transformada en calor exactamente donde se necesita. Puede aplicarse con éxito a prácticamente cualquier recipiente o sistema de tuberías que necesite una fuente de calor.

La inducción ofrece muchas ventajas inalcanzables por otros medios y proporciona una mayor eficacia de producción de la planta y mejores condiciones de funcionamiento, ya que no hay una emisión significativa de calor al entorno. El sistema es especialmente adecuado para procesos de reacción de control estrecho, como la producción de resinas sintéticas en una zona de riesgo.

Como cada recipiente de calentamiento por inducción se adapta a las necesidades y requisitos específicos de cada cliente, por lo que ofrecemos distintos tamaños con diferentes velocidades de calentamiento. Nuestros ingenieros cuentan con muchos años de experiencia en el desarrollo de sistemas de calentamiento por inducción a medida para una amplia gama de aplicaciones en una gran variedad de industrias. Los calentadores se diseñan para adaptarse a los requisitos precisos del proceso y se construyen para un montaje rápido en el recipiente, ya sea en nuestras instalaciones o in situ.

VENTAJAS EXCLUSIVAS

- No hay contacto físico entre la bobina de inducción y la pared del recipiente calentado.
- Arranque y parada rápidos. Sin inercia térmica.
- Baja pérdida de calor
- Control preciso de la temperatura del producto y de la pared del recipiente sin sobrecalentamiento.
- Gran aporte de energía. Ideal para control automático o por microprocesador
- Zona de riesgo seguro o funcionamiento industrial estándar a tensión de línea.
- Calefacción uniforme sin contaminación y de alta eficiencia.
- Bajos costes de funcionamiento.
- Trabajo a baja o alta temperatura.
- Manejo sencillo y flexible.
- Mantenimiento mínimo.
- Calidad constante del producto.
- Calentador autónomo en el recipiente que genera un requisito mínimo de espacio en el suelo.

Diseños de bobinas de calentamiento por inducción se adaptan a los recipientes y depósitos metálicos de la mayoría de las formas que se utilizan actualmente. Desde unos pocos centímetros hasta varios metros de diámetro o longitud. Es posible calentar recipientes de acero dulce, acero dulce revestido, acero inoxidable macizo o no férricos. Por lo general, se recomienda un espesor de pared mínimo de 6 mm.

La potencia nominal de las unidades oscila entre 1 kW y 1.500 kW. Con los sistemas de calentamiento por inducción no hay límite en la densidad de potencia de entrada. Cualquier limitación existente viene impuesta por la capacidad máxima de absorción de calor del producto, el proceso o las características metalúrgicas del material de la pared del recipiente.

El calentamiento por inducción incorpora todas las comodidades de la electricidad llevada directamente al proceso y transformada en calor exactamente donde se necesita. Como el calentamiento se produce directamente en la pared del recipiente en contacto con el producto y las pérdidas de calor son extremadamente bajas, el sistema es muy eficiente (hasta 90%).

El calentamiento por inducción ofrece un gran número de ventajas inalcanzables por otros medios y proporciona una mayor eficacia de producción de la planta y mejores condiciones de funcionamiento, ya que no hay una emisión significativa de calor al entorno.

Industrias típicas que utilizan procesos de calentamiento por inducción:

- Reactores y marmitas
- Adhesivos y revestimientos especiales
- Química, gas y petróleo
- Procesado de alimentos
- Metalurgia y acabado de metales

- Precalentamiento de la soldadura
- Revestimiento
- Calentamiento de moldes
- Montaje y desmontaje
- Montaje térmico
- Secado de alimentos
- Calentamiento de fluidos en tuberías
- Calentamiento y aislamiento de tanques y recipientes

La disposición del calentador en línea de inducción HLQ se puede utilizar para aplicaciones incluyen:

- Calefacción por aire y gas para la industria química y alimentaria
- Calentamiento de aceite para aceites de proceso y comestibles
- Vaporización y recalentamiento: Elevación instantánea de vapor, baja y alta temperatura / presión (hasta 800ºC a 100 bar)

Entre los proyectos anteriores de calderas y calentadores continuos se incluyen:

Reactores y marmitas, autoclaves, recipientes de proceso, tanques de almacenamiento y sedimentación, baños, cubas y alambiques, recipientes a presión, vaporizadores y recalentadores, intercambiadores de calor, tambores rotativos, tuberías, recipientes calentados con dos combustibles

Entre los proyectos anteriores de calentadores en línea se incluyen:

Calentadores de vapor sobrecalentado de alta presión, calentadores de aire regenerativos, calentadores de aceite lubricante, calentadores de aceite comestible y aceite de cocina, calentadores de gas, incluidos calentadores de nitrógeno, nitrógeno argón y gas rico en catalizador (CRG).

El calentamiento por inducción es un método sin contacto para calentar selectivamente materiales conductores de electricidad mediante la aplicación de un campo magnético alterno para inducir una corriente eléctrica, conocida como corriente de Foucault, en el material, conocido como susceptor, calentando así el susceptor. El calentamiento por inducción se ha utilizado en la industria metalúrgica durante muchos años para calentar metales, por ejemplo para fundir, refinar, tratar térmicamente, soldar y soldar. El calentamiento por inducción se practica en una amplia gama de frecuencias, desde frecuencias de red de corriente alterna tan bajas como 50 Hz hasta frecuencias de decenas de MHz.

A una frecuencia de inducción determinada, la eficacia de calentamiento del campo de inducción aumenta cuando existe una vía de conducción más larga en un objeto. Las piezas sólidas de gran tamaño pueden calentarse con frecuencias más bajas, mientras que los objetos pequeños requieren frecuencias más altas. Para calentar un objeto de un tamaño determinado, una frecuencia demasiado baja proporciona un calentamiento ineficaz, ya que la energía del campo de inducción no genera la intensidad deseada de corrientes parásitas en el objeto. Por otra parte, una frecuencia demasiado alta provoca un calentamiento no uniforme, ya que la energía del campo de inducción no penetra en el objeto y las corrientes de Foucault sólo se inducen en la superficie o cerca de ella. Sin embargo, el calentamiento por inducción de estructuras metálicas permeables al gas no se conoce en la técnica anterior.

Los procesos de la técnica anterior para las reacciones catalíticas en fase gaseosa requieren que el catalizador tenga una superficie elevada para que las moléculas de gas reactivo tengan el máximo contacto con la superficie del catalizador. Los procesos del estado de la técnica suelen utilizar un material catalizador poroso o muchas partículas catalíticas pequeñas, convenientemente soportadas, para conseguir la superficie requerida. Estos procesos del estado de la técnica se basan en la conducción, la radiación o la convección para proporcionar el calor necesario al catalizador. Para lograr una buena selectividad de la reacción química, todas las partes de los reactivos deben experimentar una temperatura y un entorno catalítico uniformes. Para una reacción endotérmica, la velocidad de suministro de calor debe ser lo más uniforme posible en todo el volumen del lecho catalítico. Tanto la conducción como la convección, así como la radiación, están intrínsecamente limitadas en su capacidad de proporcionar la velocidad y uniformidad necesarias de suministro de calor.

La patente GB 2210286 (GB '286), que es típica de la técnica anterior, enseña a montar pequeñas partículas de catalizador que no son conductoras de la electricidad sobre un soporte metálico o a dopar el catalizador para hacerlo conductor de la electricidad. El soporte metálico o el material dopante se calienta por inducción y, a su vez, calienta el catalizador. Esta patente enseña el uso de un núcleo ferromagnético que pasa centralmente a través del lecho de catalizador. El material preferido para el núcleo ferromagnético es el hierro silicio. Aunque es útil para reacciones de hasta unos 600 grados C., el aparato de la patente GB 2210286 adolece de graves limitaciones a temperaturas más elevadas. La permeabilidad magnética del núcleo ferromagnético se degradaría significativamente a temperaturas más altas. Según Erickson, C. J., "Handbook of Heating for Industry", pp 84-85, la permeabilidad magnética del hierro empieza a degradarse a 600 C y desaparece efectivamente a 750 C. Puesto que, en la disposición de GB '286, el campo magnético en el lecho catalizador depende de la permeabilidad magnética del núcleo ferromagnético, dicha disposición no calentaría eficazmente un catalizador a temperaturas superiores a 750 C, y mucho menos alcanzaría los más de 1000 C necesarios para la producción de HCN.

El aparato de la patente GB 2210286 también se considera químicamente inadecuado para la preparación de HCN. El HCN se fabrica haciendo reaccionar amoniaco y un gas hidrocarburo. Se sabe que el hierro provoca la descomposición del amoníaco a temperaturas elevadas. Se cree que el hierro presente en el núcleo ferromagnético y en el soporte del catalizador dentro de la cámara de reacción del GB '286 causaría la descomposición del amoníaco e inhibiría, en lugar de promover, la reacción deseada del amoníaco con un hidrocarburo para formar HCN.

El cianuro de hidrógeno (HCN) es un importante producto químico con numerosos usos en las industrias química y minera. Por ejemplo, el HCN es una materia prima para la fabricación de adiponitrilo, cianohidrina de acetona, cianuro de sodio y productos intermedios en la fabricación de pesticidas, productos agrícolas, agentes quelantes y piensos. El HCN es un líquido muy tóxico que hierve a 26 grados C. y, como tal, está sujeto a estrictas normas de envasado y transporte. En algunas aplicaciones, el HCN se necesita en lugares remotos alejados de las instalaciones de fabricación de HCN a gran escala. El transporte de HCN a esos lugares entraña grandes riesgos. La producción de HCN en los lugares en los que se va a utilizar evitaría los riesgos que conlleva su transporte, almacenamiento y manipulación. La producción in situ de HCN a pequeña escala, utilizando procesos del estado de la técnica, no sería económicamente viable. Sin embargo, la producción in situ de HCN, tanto a pequeña como a gran escala, es técnica y económicamente viable utilizando los procesos y aparatos de la presente invención.

El HCN puede producirse cuando compuestos que contienen hidrógeno, nitrógeno y carbono se juntan a altas temperaturas, con o sin catalizador. Por ejemplo, el HCN se produce normalmente por la reacción del amoníaco y un hidrocarburo, una reacción que es altamente endotérmica. Los tres procesos comerciales para fabricar HCN son el Blausaure aus Methan und Ammoniak (BMA), el Andrussow y el Shawinigan. Estos procesos se distinguen por el método de generación y transferencia de calor y por el empleo o no de un catalizador.

El proceso Andrussow utiliza el calor generado por la combustión de un gas hidrocarburo y oxígeno dentro del volumen del reactor para proporcionar el calor de reacción. El proceso BMA utiliza el calor generado por un proceso de combustión externo para calentar la superficie exterior de las paredes del reactor, que a su vez calienta la superficie interior de las paredes del reactor y proporciona así el calor de reacción. El proceso Shawinigan utiliza una corriente eléctrica que fluye a través de electrodos en un lecho fluidizado para proporcionar el calor de reacción.

En el proceso Andrussow, se hace reaccionar una mezcla de gas natural (una mezcla de gas hidrocarburo con alto contenido de metano), amoníaco y oxígeno o aire en presencia de un catalizador de platino. El catalizador suele estar formado por varias capas de malla metálica de platino/rodio. La cantidad de oxígeno es tal que la combustión parcial de los reactivos proporciona energía suficiente para precalentar los reactivos a una temperatura de funcionamiento superior a 1000° C., así como el calor de reacción necesario para la formación de HCN. Los productos de la reacción son HCN, H2, H2O, CO, CO2 y trazas de nitritos superiores, que deben separarse.

En el proceso BMA, una mezcla de amoníaco y metano fluye por el interior de tubos cerámicos no porosos fabricados con un material refractario de alta temperatura. El interior de cada tubo está revestido o recubierto con partículas de platino. Los tubos se colocan en un horno de alta temperatura y se calientan externamente. El calor se conduce a través de la pared cerámica hasta la superficie del catalizador, que es parte integrante de la pared. La reacción suele llevarse a cabo a 1300° C. cuando los reactivos entran en contacto con el catalizador. El flujo de calor necesario es elevado debido a la elevada temperatura de reacción, al gran calor de reacción y al hecho de que la coquización de la superficie del catalizador puede producirse por debajo de la temperatura de reacción, lo que desactiva el catalizador. Dado que cada tubo suele tener aproximadamente 1″ de diámetro, se necesita un gran número de tubos para satisfacer los requisitos de producción. Los productos de la reacción son HCN e hidrógeno.

En el proceso Shawinigan, la energía necesaria para la reacción de una mezcla formada por propano y amoníaco la proporciona una corriente eléctrica que fluye entre electrodos inmersos en un lecho fluidizado de partículas de coque no catalítico. La ausencia de un catalizador, así como la ausencia de oxígeno o aire, en el proceso Shawinigan significa que la reacción debe realizarse a temperaturas muy elevadas, normalmente superiores a 1500 grados C. Las temperaturas más elevadas requeridas imponen limitaciones aún mayores a los materiales de construcción del proceso.

Aunque, como se ha expuesto anteriormente, se sabe que el HCN puede producirse por la reacción del NH3 y un gas hidrocarburo, como el CH4 o el C3H8, en presencia de un catalizador metálico del grupo del Pt, sigue siendo necesario mejorar la eficiencia de tales procesos, y de otros relacionados, con el fin de mejorar la economía de la producción de HCN, especialmente para la producción a pequeña escala. Es especialmente importante minimizar el uso de energía y la irrupción de amoníaco, al tiempo que se maximiza la tasa de producción de HCN en comparación con la cantidad de catalizador de metales preciosos utilizado. Además, el catalizador no debe afectar negativamente a la producción de HCN promoviendo reacciones indeseables como la coquización. Además, se desea mejorar la actividad y la vida útil de los catalizadores utilizados en este proceso. Significativamente, una gran parte de la inversión en la producción de HCN se realiza en el catalizador del grupo del platino. La presente invención calienta el catalizador directamente, en lugar de indirectamente como en la técnica anterior, y así cumple estos desiderata.

Como se ha comentado anteriormente, se sabe que el calentamiento por inducción de frecuencia relativamente baja proporciona una buena uniformidad de suministro de calor a altos niveles de potencia a objetos que tienen trayectorias de conducción eléctrica relativamente largas. Cuando se suministra energía de reacción a una reacción catalítica endotérmica en fase gaseosa, el calor debe suministrarse directamente al catalizador con una pérdida de energía mínima. Los requisitos de suministro de calor uniforme y eficaz a una masa catalizadora permeable al gas y de gran superficie parecen entrar en conflicto con las capacidades del calentamiento por inducción. La presente invención se basa en resultados inesperados obtenidos con una configuración de reactor en la que el catalizador tiene una forma estructural novedosa. Esta forma estructural combina las características de: 1) una longitud de la vía de conducción eléctrica efectivamente larga, que facilita el calentamiento por inducción directa eficaz del catalizador de manera uniforme, y 2) un catalizador que tiene una superficie elevada; estas características cooperan para facilitar las reacciones químicas endotérmicas. La ausencia total de hierro en la cámara de reacción facilita la producción de HCN mediante la reacción de NH3 y un gas hidrocarburo.