Simulación y optimización de reactores de reformado de metano con vapor /
En la presente tesis se estudia el comportamiento del proceso de reformado de metano, asignando especial énfasis a la operación del reformador primario en la generación del gas de síntesis para la producción de amoníaco. El objetivo principal de este estudio es avanzar en el desarrollo de módulos de...
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| Autor Principal: | |
|---|---|
| Formato: | Libro |
| Idioma: | Spanish |
| Publicado: |
2002.
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | Texto completo |
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| Sumario: | En la presente tesis se estudia el comportamiento del proceso de reformado de metano, asignando especial énfasis a la operación del reformador primario en la generación del gas de síntesis para la producción de amoníaco. El objetivo principal de este estudio es avanzar en el desarrollo de módulos de simulación (basados en modelos matemáticos suficientemente detallados) que permitan representar adecuadamente le operación del reformador primario. Asimismo, estos módulos de simulación se utilizan para identificar las variables críticas del proceso, estimar el impacto de éstas sobre el comportamiento del reactor, evaluar la posibilidad de incorporar cambios que permitan optimizar su operación, definir ventanas operativas que garanticen una operación segura y eficiente; y analizar los problemas operativos más frecuentes. Basándose en los objetivos planteados, la presente Tesis se organiza de la siguiente manera: En el Capítulo 1 -introductorio- se presentan tanto la importancia del gas de síntesis en la industria del amoníaco como la de este producto en mercado mundial. Asimismo, se introducen los procesos y materias primas disponibles para la generación del gas de síntesis. Seguidamente, se describe el proceso de obtención de amoníaco vía la ruta de reformado de gas natural con vapor, detallando las condiciones operativas y unidades del sector de reformado. Finalmente, se presentan otras aplicaciones de interés del proceso de reformado con vapor. En el capítulo 2 se describe un modelo matemático heterogéneo unidimensional, el cual se utiliza en los Capítulos 3, 5 y 6 para representar y analizar distintos aspectos de interés relativos a la operación del reformador primario. Previo al planteo de este modelo, se presentan el esquema de reacción, las correspondientes expresiones cinéticas adoptadas y el catalizador comercial seleccionado. También se realiza una descripción detallada de las tareas experimentales que permitieron determinar algunos de los parámetros necesarios para el modelado de la partícula y del lecho catalítico. En el Capítulo 3 se estudia la influencia de los perfiles axiales de flujo calórico sobre la operación de los reformadores con vapor y se estimam distribuciones óptimas de flujo calórico que permitan, bajo ciertas restricciones, maximizar la producción del reactor o minimizar la máxima temperatura de piel de tubo (es decir, extender la vida útil del tubo de reformado). Para resolver estos problemas de optimización se utilizan el modelo heterogéneo presentado en el Capìtulo 2 y un modelo pseudohomogéneo, desarrollado para simular la operación del reformador primario en menores tiempos de cómputo pero con grado de precisión comparable. Debido al elevado ingreso de calor a través de la pared del tubo y a la naturaleza endotérmica de las reacciones de reformado, los tubos catalíticos están expuestos a significativos gradientes radiales de temperatura. Para representar estos fenómenos locales en el Capítulo 4 se plantea un modelo heterogéneo bidimensional. En particular, se estudian en detalle los perfiles radiales de las velocidades de reacción y de los factores de efectividad. Además, el modelo bidimensional se utiliza para comparar la operación de reformadores de fuego lateral y superior; analizar la influencia del diámetro del tubo de reformado sobre la performance del reactor; y estudiar la conveniencia de usar diferentes distribuciones axiales y radiales de actividad catalítica, con el propósito de reducir simultáneamente la máxima temperatura de pared de tubo y la masa del catalizador de mayor actividad. En el Capítulo 5 se analiza uno de los problemas operativos más frecuentes en los reformadores primarios industriales, la desactivación del catalizador como consecuencia del envenenamiento por azufre. Previa revisión de los modelos disponibles en la literatura abierta, se presenta un modelo matemático para describir apropiadamente la distribución del veneno en la partícula de catalizador y en la fase gas a lo largo del tubo de reformado, el cual se acopla al modelo heterogéneo unidimensional (descripto en el Capítulo 2), actualizando las velocidades de reacción sobre el catalizador parcialmente desactivado a medida que progresa el envenenamiento. En particular, se estudian los efectos del envenenamiento por azufre sobre la performance del catalizador y sobre la operación del reactor. En el Capítulo 6 se considera uno de los problemas operativos más drásticos de los procesos industriales de reformado de metano con vapor, la formación de carbón filamentoso.// CALIFICACION DEPARTAMENTO DE GRADUADOS Calificación de la defensa oral: Sobresaliente - 10 (diez) Fecha:04/04/03 |
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| Descripción Física: | 271 p. : il. ; 29 cm. Disponible también en formato digital. |
| Bibliografía: | Incluye referencias bibliográficas. |