Modelaje y simulación de reactores Trickle Bed utilizados en la hidrodesulfurización de Diesel y VGO

Abstract

De acuerdo a las especificaciones establecidas por la Asociación de Protección Ambiental de los Estados Unidos (Environmental Protection Agency, EPA), para el año 2006 se implementará en ese país un nuevo reglamento que obliga a disminuir el contenido de azufre en el diesel desde 500 hasta 15 ppm. En vista que PDVSA está ampliamente involucrada en el proceso de globalización mundial, el nuevo reglamento a ser implementado por la EPA plantea la necesidad de realizar modificaciones en los procesos de hidrodesulfurización actuales, entre los cuales se encuentra el hidrotratamiento en reactores del tipo trickle bed, para mejorar la calidad del diesel y alcanzar las nuevas especificaciones. En los simuladores comerciales no existe la posibilidad de estudiar reactores con la complejidad del reactor trickle bed, en el aspecto de no contar con la opción de operación con reacciones multifásicas en un lecho catalítico parcialmente mojado. Con esa motivación, en este trabajo se propone un modelo matemático para este tipo de reactores, el cual fue programado en Visual Fortran, en una subrutina, la cual fue integrada al simulador comercial PROII con Provision, mediante el uso de una librería dinámica de conexión; dicha integración, permite la interacción entre el programa desarrollado en Visual Fortran y las variables termodinámicas necesarias estimadas en el simulador comercial. El modelo matemático propuesto, consta de las ecuaciones de balance de masa diferencial de las especies químicas presentes en el proceso, definidas sobre las ecuaciones de conservación de masa para cada fase, y del balance de energía del sistema. Las propiedades termodinámicas como: densidad, viscosidad, entalpía, tensión superficial del líquido, capacidad calorífica, constante de Henry, constante de partición y volumen molar, se estiman a partir de PROII, mientras que la difusividad molecular, los coeficientes de transferencia de masa gas – líquido, la caída de presión, la fracción de mojado y la retención de líquido, son variables y parámetros determinados por correlaciones planteadas para este tipo de reactores. El modelo matemático propuesto, incluye también una expresión para la velocidad de reacción de hidrodesulfurización, descrita con la ecuación cinética del tipo Langmuir – Hinshelwood. En el proceso de simulación llevado a cabo para validar el modelo propuesto, se estudiaron las sensibilidades de: la conversión global del compuesto sulfuroso, la fracción de mojado del lecho, el holdup de líquido, el perfil de temperatura, la caída de presión y la transferencia de masa gas - líquido, para tres escalas de reactores ante diferentes condiciones de operación, utilizando hidrógeno puro como alimentación gaseosa y como alimentación líquida diesel con 0,706% de S constituido únicamente de Dibenzotiofeno como compuesto sulfuroso. A partir de éstas simulaciones, se concluyó que el modelo matemático desarrollado, logra simular el comportamiento en estado estacionario de los reactores trickle bed, utilizados en la hidrodesulfurización de diesel y VGO, ya que logra reproducir el efecto que tienen las variables de operación, sobre el desempeño y rendimiento del proceso, tanto en reactores industriales, como en reactores de menor escala.