Modelo matemático para el reactor catalítico gas-líquido-sólido aplicado al hidrotratamiento de cortes de diésel

Abstract

This paper analyzed using a mathematical model, the behavior of gas-liquid-solid catalytic reactor used for hydrotreating (HDT) cuts diesel. This process is used to reduce the content of pollutants such as sulfur oil of different cuts, which helps reduce air pollution, and consequently the public health problems. The alternative to operate the reactor with a configuration of liquid and gas flows countercurrently, since higher sulfur removal expected with this form of operation of reactor, compared to traditional parallel configuration set. The model-liquid gas-solid catalytic reactor was proposed, can be visualized as a series of small differential reactors which are preceded by a mixer and an equilibrium stage "flash", whereby it is assumed that the liquid and steam quickly reach equilibrium and the reaction is carried out in the liquid phase composition and the prevailing flash output temperature. The proposed model was applied to the reaction of hydrodesulfurization of dibenzothiophene, which was selected as a model compound representing the mixture of sulfur compounds found in diesel. This model predicts countercurrent configuration further sulfur removal reactor outlet compared to the parallel configuration. These results agree satisfactorily with experimental data available to the same conditions of operation for a pilot plant reactor level. Most sulfur removal obtained in countercurrent configuration is that in the intermediate region of the reactor has a higher reaction rate for this system compared to the parallel configuration.

En este trabajo se analizó, mediante un modelo matemático, el comportamiento del reactor catalítico gas-líquido-sólido utilizado para el hidrotratamiento (HDT) de cortes de diésel. Este proceso se emplea para reducir el contenido de contaminantes como el azufre de diversos cortes del petróleo, lo cual contribuye a disminuir la contaminación atmosférica, y como consecuencia los problemas de salud pública. Se propuso la alternativa de operar el reactor con una configuración de flujos de líquido y gas a contracorriente, ya que se esperaba una mayor remoción de azufre con esta forma de operación del reactor, comparado con la configuración tradicional en paralelo. El modelo del reactor catalítico gas-líquido-sólido que se propuso, se puede visualizar como una serie de pequeños reactores diferenciales los cuales se encuentran precedidos de un mezclador y una etapa de equilibrio “flash”, por lo cual se supone que el líquido y el vapor alcanzan rápidamente el equilibrio y la reacción se lleva a cabo en fase líquida con la composición y temperatura prevalecientes a la salida del flash. El modelo propuesto se aplicó a la reacción de hidrodesulfuración del dibenzotiofeno, el cual se seleccionó como compuesto modelo representativo de la mezcla de compuestos de azufre que se encuentran en el diésel. Este modelo con la configuración en contracorriente predice una mayor remoción de azufre a la salida del reactor comparado con la configuración en paralelo. Estos resultados concuerdan satisfactoriamente con datos experimentales disponibles a las mismas condiciones de operación para un reactor a nivel planta piloto. La mayor remoción de azufre que se obtiene en la configuración en contracorriente se debe a que en la zona intermedia del reactor se tiene una mayor velocidad de reacción para este sistema en comparación con la configuración en paralelo.