Estudio cinético y análisis de un micro reactor de lecho escurrido para hidrodesulfuración Público Deposited

La máxima norma ambiental en México y otros países para combustibles como el diesel requieren niveles del orden de 5-10 ppm de azufre. Para tal fin, actualmente el proceso que opera en la mayoría de las refinerías es la reacción de hidrodesulfuración (HDS) donde ocurren varias reacciones análogas, por ejemplo, la hidrodesmetalización (HDM), hidrodesaromatización (HDA), la hidrodeoxigenación (HDO) y la hidrodesnitrogenación (HDN). Siendo esta última, una de las causantes de la disminución en la actividad catalítica en la HDS por inhibición de compuestos nitrogenados. Además, se ha realizado investigación para la reacción de HDS sobre procesos alternativos como la adsorción reactiva y extracción del átomo de S, la oxidación y extracción, la biodesulfuración, la destilación reactiva (DR), entre otros. Este último proceso es prometedor para la eliminación de compuestos azufrados debido a que se puede llevar a cabo la reacción y separación de los productos de interés de manera simultánea, entre otras ventajas. En el caso de la HDS de moléculas refractarias tales como el dibenzotiofeno (DBT) y el 4,6-dimetildibenzotiofeno (4,6-DMDBT) es importante conocer el comportamiento cinético de estas especies. Con base en lo anterior, en la presente investigación se obtuvo un modelo del tipo Langmuir-Hinselwood-Hougen-Watson (LHHW) en un reactor de suspensión por lotes. Se realizaron reacciones de HDS del 4,6-DMDBT en ausencia y en presencia de una molécula nitrogenada básica, quinolina (Q). Se varió la concentración de nitrógeno en partes por millón (0, 25, 50, 15 y 250 ppm de N) en competencia con la HDS del 4,6-DMDBT. Además, se cuantificaron los productos de reacción de ambas reacciones, solas y en competencia. Al obtener estos productos de reacción, se observó la disminución en la producción de los compuestos más básicos de la HDN de la Q. Esto dio la pauta para considerar la adsorción casi irreversible sobre la superficie catalítica del tipo MoS2. Lo antes mencionado, se corroboró mediante el análisis cinético de la expresión LHHW y los datos experimentales donde no siempre la molécula inhibidora es la molécula madre, sino que pueden ser sus productos más básicos, por ejemplo, la decahidroquinolina (DHQ) y la 1,2,3,4-tetrahidroquinolina (1,4-THQ). Con base en lo anterior, es de suma relevancia considerar las reacciones en competencia de HDS y HDN para cuantificar los productos de ambas reacciones y dar una explicación más concisa para el diseño de los reactores. Además, en esta investigación se utilizó un modelo de reactor de tres fases para obtener las condiciones donde se minimice las resistencias a la transferencia de masa para reacciones de HDS del DBT y 4,6-DMDBT en condiciones de destilación reactiva (DR). Uno de los principales problemas que se tiene al utilizar dichas condiciones fue la disminución en la presión, debido a que limitó la transferencia de masa en la interfase gas-líquido (G-L) y por lo tanto, se constató una disminución en la actividad catalítica global. Considerando lo anterior, se realizó un análisis para ver cuál fue la resistencia a la transferencia de masa limitante en la reacción de HDS en un micro-reactor de lecho escurrido (micro-RLE), con base en criterios aceptados en la literatura. Además, de los resultados de simulación del modelo matemático, se encontró que la dispersión axial no jugó un rol importante en el micro-RLE. Esto se atribuyó a que el catalizador en este dispositivo se diluyó con carburo de silicio (SiC, material inerte) entre dos camas de SiC y se mejoró el contacto entre el fluido y la partícula catalítica. En reacciones de HDS del DBT y del 4,6-DMDBT se encontró que en condiciones de DR las resistencias dependen de la presión de hidrógeno y se presentó el siguiente orden, por ejemplo a 2.5 MPa: interfase líquido-sólido (L-S) > interfase G-L > dispersión axial ≈ difusión intra-partícula, mientras que a 2.0 MPa y 1.5 MPa interfase G-L > interfase L-S > dispersión axial ≈ difusión intra-partícula. Por último, se utilizó el micro-RLE para la reacción de HDS del 4,6-DMDBT con dos solventes (dodecano y decalina) para observar el efecto que se tiene en la reacción. Al utilizar decalina se presentó una menor actividad en comparación al dodecano. Lo anterior se atribuyó a que se tendría una mayor resistencia a la transferencia de masa en la interfase G-L en el primero, así como una menor solubilidad del hidrógeno. Con base en estos resultados se puede optar por el uso del dodecano sin que se presente la limitante por la transferencia de masa a 2.5. Esta investigación en un trabajo futuro permite considerar un dispositivo donde se evalúen catalizadores en condiciones de una columna de DR para la reacción de HDS de corrientes representativas del diesel, minimizando la resistencia a la transferencia de masa. Se espera con esto lograr una contribución original al avance del conocimiento en el campo.

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  • 2013
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Última modificación: 09/29/2022
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