Optimización del proceso molex de obtención de parafinas lineales por adsorción

Resumen

Este trabajo se ha realizado en el grupo de investigación de Catálisis y Procesos de Separación (CyPS) del departamento de Ingeniería Química y de Materiales en la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Complutense de Madrid, en colaboración con CEPSA Química S.A.. La investigación presentada en esta tesis doctoral se enmarca en los procesos de separación de hidrocarburos por adsorción en fase líquida utilizando tamices moleculares de zeolita 5A. El proceso de separación de las parafinas lineales se realiza mediante adsorción en fase líquida a elevada presión y temperatura utilizando la tecnología de Lecho Móvil Simulado (SMB), un tipo de proceso cíclico de adsorción patentado por UOP en los años 60 (Broughton, 1968). En una unidad SMB, se simula la circulación en contracorriente de la fase líquida y el adsorbente sólido mediante cambios periódicos en los puntos de entrada y salida de las corrientes líquidas para maximizar la separación del componente de interés. Para modelar y optimizar este tipo de procesos, se requiere la obtención previa de parámetros termodinámicos y cinéticos mediante experimentación, lo que ha motivado la realización de este trabajo. El trabajo consta de las siguientes secciones: - Caracterización físico-química: Se han estudiado las propiedades físicas y la composición química de seis adsorbentes mediante las técnicas de difracción de rayos X (DRX), fluorescencia de rayos X (FRX), porosimetría de mercurio, adsorción de N2 a -196 C (BET) y análisis termogravimétrico (TGA). - Estudio comparativo de los adsorbente: Se ha realizado una serie de experimentos de adsorción y desorción con mezclas sintéticas y mezclas reales, empleando dos temperaturas de activación distintas. - Estudio de desactivación de los adsorbentes: Se ha realizado una serie de experimentos de desactivación para determinar el adsorbente más resistente a la desactivación y estudiar los tipos de moléculas responsables de los procesos de desactivación. - Modelado del proceso Molex: Se ha llevado a cabo una serie de experimentos de curvas de rotura con mezclas sintéticas de parafinas lineales para obtener los parámetros necesarios para el modelado del proceso. - Simulaciones de un proceso SMB comercial para la separación de parafinas lineales: Se ha empleado un simulador SMB en el que se ha implementado el modelo dinámico de adsorción para simular una unidad SMB comercial, con el objetivo de validar el modelo desarrollado mediante la predicción de las variables de salida del proceso. - Simulación molecular: Con el objetivo de estudiar la fenomenología del proceso, se han realizado simulaciones CBMC (Configurational-bias Monte Carlo). A partir de la caracterización físico-química, el estudio comparativo y los estudios de desactivación, se ha determinado el adsorbente más apropiado para ser empleado en un proceso de separación de parafinas lineales comercial. Así mismo, se ha observado que los compuestos responsables de una mayor desactivación de la zeolita 5A son las olefinas y las cicloolefinas, debido a que la presencia de dobles enlaces promueve las reacciones de polimerización que causan la formación de coque. A partir de los experimentos de modelado se ha logrado simular una unidad SMB comercial reproduciendo la separación con alta precisión. Esto ha permitido proponer nuevos valores de las variables de operación que mejoren la eficiencia del proceso. Las técnicas de simulación molecular han permitido dar explicación a los fenómenos observados experimentalmente. En concreto, se ha observado un comportamiento anómalo en función de la longitud de cadena de las parafinas lineales. Las simulaciones han permitido comprobar que esto se debe a las distintas configuraciones que adoptan las parafinas en el interior de las celdas del adsorbente. Así mismo, se ha comprobado el efecto que tiene la presencia del pentano, utilizado en el proceso como desorbente, en la adsorción de las parafinas de interés.