Análisis del límite fluido-dinámico de la mezcla de gases- sólido (h2/co –catalizador) en microrreactores para la producción de líquidos vía fischer tropsch (2017)
El aprovechamiento idóneo y sustentable de los residuos agroindustriales y la alta demanda de recursos fósiles es uno de los grandes retos a los que se enfrenta actualmente la ciencia en el mundo. Una solución para estos grandes desafíos es la obtención de combustibles sintéticos, de productos químicos y de productos de alto valor agregado. En este sentido, la transformación termoquímica de estos residuos agroindustriales y la posibilidad de mezclarlos con carbón y/o con otro tipo de residuos se convierte en un tema transcendental de estudio. La transformación termoquímica de recursos sólidos mediante gasificación, permite la generación de un gas rico en hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO), obteniendo una relación H2/CO que se utiliza en diferentes aplicaciones. Una de ellas se relaciona con el descubrimiento hecho por Fischer y Tropsch a inicios del siglo XX, la cual la mezcla de los gases H2 y CO, se convierten en los precursores para generar monómeros de hidrocarburos sintéticos; estos se transforman en cadenas de mayor peso molecular, sustituyendo los hidrocarburos derivados del petróleo. Este proceso en el cual el gas de síntesis, entra en contacto con el catalizador formando hidrocarburos de diferentes pesos moleculares, se le denomina Síntesis de Fischer Tropsch (SFT) Para llevar a cabo la SFT, se debe tener en cuenta el estudio de variables críticas como son la temperatura y presión, que deben estar controladas en un rango con una variación mínima, tener una relación H2/CO determinada, garantizar que se dé el contacto de la mezcla de gas H2/CO con el catalizador y un enfriamiento rápido a las condiciones de condensación de los gases obtenidos de la SFT; estas condiciones se pueden lograr mediante el diseño de reactores especiales denominados microrreactores. Para disminuir los costos de experimentación, es importante modelar el proceso antes de diseñar y construir el microrreactor, permitiendo predecir el comportamiento de las variables más significativas y obtener parámetros de diseño apropiados. Por lo anterior, en la presente investigación se desarrolló un modelo matemático, que tiene en cuenta el comportamiento fluidodinámico y la cinética de la reacción, en el instante donde el gas entra en contacto con el catalizador. El modelo matemático, se planteó basado en las ecuaciones de balances de materia, energía y cantidad de movimiento.; La cinética que no estaba dentro de las subrutinas estándar del Ansys Fluent para el catalizador de Ruhrchemie (catalizador comercial); se programó mediante una UDF (función definida por usuario) en lenguaje C. El aporte significativo de la tesis está centrado en el nuevo microrreactor desarrollado, a partir del estudio del comportamiento fluidodinámico cuando entra en contacto el gas con el catalizador, mediante un modelo de fluidodinámica computacional (CFD), con una cinética acoplada, el cual permitió validar experimentalmente la producción de hidrocarburos con un rendimiento del 52% y con una distribución de productos de cadenas largas de C6 a C34.y se obtuvo con un microrreactor cilíndrico que favorecia el contacto de forma radial y axial y se trabajó con una temperatura de 320°C una presión de 8 bar y una relación de H2/CO 2:1.