Balance de energía en proceso Fischer-Tropsch utilizando gas de síntesis

Abstract

Fischer-Tropsch synthesis (FTS) is a catalytic process that produces long-chain hydrocarbons from synthesis gas (H2 + CO). There are several catalysts to carry out FTS, being those based on Cobalt those that have the great advantage of being selective towards n-paraffins and 1-olefins. More advantages of this process are the absence of sulphur, nitrogen and aromatic content in the final product. The complex reactions present in FTS are highly exothermic, polymerization-like reactions, so it is necessary to carefully consider the energy balance when designing FTS reactors in order to ensure stable reaction conditions. Increased computing capabilities and better understanding of the fundamentals of heterogeneous and organometallic chemistry have inspired the construction of microkinetic models for FTS. Among them, single-event microkinetics (SEMK) models preserve the fundamentals of reaction rates, while restricting the number of adjustable kinetic parameters. Based on a recently developed SEMK-FTS kinetic model, this work presents the design of a non-isothermal plug flow reactor. The objective is to quantitatively evaluate the greatest influence of the operating temperature on the distribution of products in short contact times.

La síntesis de Fischer-Tropsch (FTS) es un proceso catalítico que produce hidrocarburos de cadena larga a partir del gas de síntesis (H2 + CO). Existen varios catalizadores para realizar FTS, siendo aquellos basados en Cobalto los que presentan la gran ventaja de ser selectivos hacia n-parafinas y 1-olefinas. Más ventajas de este proceso son la ausencia de azufre, nitrógeno y contenido aromático en el producto final. Las reacciones complejas presentes en FTS son reacciones similares a la polimerización, altamente exotérmicas, por lo que es necesario considerar cuidadosamente el balance de energía al diseñar reactores FTS, a fin de poder asegurar condiciones estables de reacción. El aumento de las capacidades informáticas y la mejor comprensión de los fundamentos de la química heterogénea y organometálica han inspirado la construcción de modelos microcinéticos para FTS. Entre ellos, los modelos de microcinética de evento simple (SEMK) preservan los fundamentos de las velocidades de reacción, mientras que restringen el número de parámetros cinéticos ajustables. Basado en un modelo cinético SEMK-FTS desarrollado recientemente, en este trabajo se presenta el diseño de un reactor de flujo pistón no isotérmico. El objetivo es evaluar cuantitativamente la mayor influencia de la temperatura de funcionamiento en la distribución de productos en tiempos de contacto cortos.