Modelación y simulación del estado estacionario de un reactor de reformación catalítica de naftas.

Abstract

En este trabajo se realiza la modelación y simulación de un reactor de reformación catalítica de naftas tomando como base un modelo cinético reportado en la literatura, el cual toma en cuenta 33 pseudocomponentes así como 41 isómeros de parafinas, con el objetivo de simular la operación de una refinería del Sistema Nacional de Refinación. Con el modelo cinético se busca obtener una nafta reformada con las mismas composiciones y número de octano reportado por esta unidad de reformación de uso industrial. El modelo cinético antes mencionado, fue modificado a 29 pseudocomponentes y 40 isómeros de parafinas, utilizando n-parafinas, i-parafinas, naftenos y aromáticos con las que se contaba información de la planta. Por medio de las reacciones consideradas se desarrollan las expresiones de velocidad de reacción que están en función del coeficiente cinético (ki) y que son de primer orden en la concentración de cada pseudocomponente (Pi, Ni, Ai), que junto a los balances de materia y energía y la caída de presión dan origen a un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias, el cual fue resuelto por el método de Runge-Kutta de cuarto orden. Los resultados obtenidos de la simulación de una planta de reformación catalítica de naftas sobre las temperaturas a la salida de cada reactor, se encuentran en un intervalo de ±20 K con respecto a las temperaturas reportadas por la refinería, mientras que la diferencia en las composiciones no rebasa el 3% mol de los valores comerciales en cada reactor. Con base a los resultados de las composiciones a la salida del tercer reactor, obtenemos una nafta reformada de 96 octanos, igual que la obtenida en planta. Se analiza el efecto de las temperaturas de entrada y flujos de alimentación de la nafta sobre las fracciones mol y el RON de la nafta reformada. Se observa que el aumentar 20 K la temperatura de entrada, la producción de aromáticos se eleva un 2% mol mientras que; por otro lado, al disminuir el flujo a 18,000 BPD, la producción de aromáticos aumenta hasta un 1% mol. Para el objetivo de la reformación catalítica, es más conveniente aumentar la temperatura ya que el RON de la nafta reformada llegaría hasta 97 octanos, obteniendo más cantidad de aromáticos que pueden ser utilizados para procesos petroquímicos posteriores.

In this work the modeling and simulation of a catalytic reforming reactor of naphtha is performed based on a kinetic model reported in the literature, which takes into account 33 lumps and 41 isomers of paraffins to simulate the operation of a refinery of the National Refining System. The purpose of this kinetic model is to match the reformed naphtha compositions and octane number reported by such reforming unit of industrial use. The aforementioned kinetic model that was based, was modified to 29 lumps and 40 isomers of paraffins, using n-paraffins, i-paraffins, naphthenes and aromatics based on information obtained from the plant. The rate expressions are a function of the kinetic coefficient (ki) and are first-order in the concentration of each component (Pi, Ni, Ai). The latter help to establish the mass and energy balances as well as the pressure drop equation, giving rise to a system of ordinary differential equations, which was solved by the fourth order Runge-Kutta method. The results of the simulation in terms of the outlet temperatures of each reactor are within a range of ± 20 K with respect to the temperatures reported by the refinery, while the difference in compositions does not exceed 3 mol% of commercial values in each reactor. Based on the results of the compositions at the outlet of the third reactor, the octane number of the obtained reformed naphtha was 96, the same as the one reported by the plant. The effect of inlet temperatures and flow naphtha on mol% and the reformed naphtha RON is analyzed. It is observed that increasing the temperature by 20 K, the production of aromatics is raised by 2 mol%; mean while decreasing the flow rate to 18,000 BPD, aromatics production increases to 1 mol%. For purposes of catalytic reforming process, is more convenient to increase the temperature because the RON of the reformed naphtha would reach 97 octanes, yielding the largest amount of aromatics that can be utilized for later petrochemical processes.