Simulación numérica usando CFD de un reactor de reformación catalítica de metano con vapor

Abstract

Hoy en día los reactores de reformado de metano con vapor han adquirido gran interés dada la creciente demanda de Hidrógeno en el mercado energético. Por otra parte, las simulaciones basadas en fluido dinámica computacional se han vuelto muy importantes para el logro de un mayor entendimiento del comportamiento de reactores químicos, en la medida que ésta tecnología avanza. Por estas razones se efectuó una simulación CFD de un segmento de un reactor de reformado de metano con vapor a condiciones de operación industrial, a fin de comparar los resultados con resultados provenientes de una bibliografía especializada. Para ello, se utilizó el programa AnsysCFX, que permitió simular el campo de flujo dentro de un lecho catalítico de pellets, dispuestos en el interior de un tubo. Se comenzó con el planteamiento de un diseño de reactor de reformado y luego tras análisis de las simetrías presentes se llegó a un segmento de tubo lleno de pellets catalíticos, que pasó a ser construido utilizando el programa DesignModeler. Posteriormente se generó una malla y luego se acoplaron los modelos matemáticos necesarios para la simulación, utilizando la línea de comandos CFX CEL. Una vez alcanzada consistencia física del sistema, se corrió la simulación en un computador con un CPU Intel QuadCore de 2,8Hgz y 4Gb de memoria RAM. Se simuló empaques basados en pellets cerámicos de geometrías 0H, 1H y 4H; así como un empaque estructurado de la empresa Catacel. Luego de la simulación, se efectuó una comparación de los resultados arrojados por el CFD con aquellos predichos por modelos de naturaleza unidimensional, evidenciándose buena aproximación entre los perfiles de Presión, Temperatura del gas y Conversión. Por último se encontró que la implementación del catalizador estructurado, condujo a mejoras en la conversión de hasta un 31%, respecto a sus contrapartes basados en pellets.