Estudo da dinâmica do escoamento gás-sólido em resfriadores de catalisador de FCC usando fluidodinâmica computacional (CFD)

Abstract

El craqueo catalítico fluido (FCC) es un proceso importante en la industria petrolera, ya que convierte las fracciones más pesadas en las más livianas, que son más valiosas. Las partículas de catalizador (típicamente m) se desactivan durante el proceso de reacción y necesitan regenerarse antes de regresar al reactor. La temperatura es un factor clave que promueve la formación y desactivación de coque dentro del reactor. Como consecuencia, es necesario enfriar las partículas sólidas del catalizador antes de devolverlas al reactor. El sistema de enfriamiento generalmente está fuera del regenerador en un intercambiador de calor diseñado específicamente, que usa agua como fluido frío. El enfriador de catalizador no se estudió mucho antes y se pueden hacer muchas contribuciones para mejoras e intensificación. El objetivo de este trabajo fue contribuir con este tema, utilizando la dinámica de fluidos computacional (CFD) para evaluar el comportamiento del flujo de gas sólido en las geometrías características del enfriador de catalizador. Se usó el paquete comercial Fluent de ANSYS v14.5 durante la simulación y se aplicó el modelo Eulerian para la fase sólida. Se evaluó y describió la fase de fracción de volumen para las velocidades de fase sólida, sólida y gaseosa. Los resultados se compararon en términos de flujo de sólidos gaseosos en diferentes geometrías y mostraron una explicación hidrodinámica diferente de la utilizada actualmente por los autores para justificar la intensificación del intercambio térmico en este tipo de equipos. En resumen, un mayor tiempo de contacto con la pared sólida será el principal responsable de la transferencia de calor eficiente.

O craqueamento catalítico fluidizado é um processo amplamente utilizado no campo do refino de petróleo. Na unidade de craqueamento, frações pesadas são transformadas em outras mais leves e com maior valor de mercado (gasolina, diesel, naftas). Após o craqueamento, o catalisador é regenerado e retorna ao reator. A temperatura do catalisador é um parâmetro que possui forte influência sobre o processo. O resfriamento de catalisador é feito em unidades externas a fim de controlar a temperatura de entrada do catalisador no reator. O funcionamento deste sistema ainda foi pouco explorado e o objetivo deste trabalho foi o de simular o escoamento gás-sólido em geometrias características de colunas para resfriamento de catalisador com diferentes condições de operação, assim tentando contribuir com o conhecimento sobre este processo. Técnicas de Fluidodinâmica Computacional foram usadas para a simulação de diferentes geometrias com o programa comercial FLUENT do pacote ANSYS v14.5. As distribuições fração volumétrica dos sólidos e de velocidades do gás e fase particulada foram analisados como parâmetros de interesse hidrodinâmico. Os resultados foram comparados em termos de escoamento gás-sólido em diferentes geometrias e mostraram uma explicação hidrodinâmica diferente da atualmente utilizada pelos autores para justificar a intensificação de troca térmica em este tipo de equipamentos. Em suma, maior contato sólido-parede seria o principal responsável pela transferência eficiente de calor.