ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗΣ ΠΥΡΟΛΥΣΗΣ

Abstract

ΑΝΑΠΤΥΧΘΗΚΕ ΕΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ, ΤΟ ΟΠΟΙΟ ΠΡΟΒΛΕΠΕΙ ΤΗΝ ΤΡΙΔΙΑΣΤΑΤΗ ΔΙΦΑΣΙΚΗ ΡΟΗ, ΤΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΤΗΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΣΕ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ ΤΥΠΟΥ RISER ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗΣ ΠΥΡΟΛΥΣΗΣ ΚΛΑΣΜΑΤΩΝ ΤΟΥ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ. ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΣΤΗΡΙΖΕΤΑΙ ΣΤΗΝ ΕΠΙΛΥΣΗ ΤΩΝ ΔΙΑΦΟΡΙΚΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΔΙΑΤΗΡΗΣΗΣ ΜΑΖΑΣ, ΟΡΜΗΣ, ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ ΓΙΑ ΚΑΘΕ ΜΙΑ ΑΠΟ ΤΙΣ ΔΥΟ ΦΑΣΕΙΣ ΠΟΥ ΣΥΜΜΕΤΕΧΟΥΝ ΣΤΗΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ, ΣΕ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟ ΜΕ ΕΜΠΕΙΡΙΚΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ ΠΟΥ ΠΕΡΙΓΡΑΦΟΥΝ ΤΗ ΔΙΑΦΑΣΙΚΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΟΡΜΗΣ, ΤΗΝ ΔΙΑΦΑΣΙΚΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΤΙΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΤΡΙΒΗΣ ΤΟΥ ΡΕΥΣΤΟΥ ΜΕ ΤΟ ΤΟΙΧΩΜΑ. Η ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗΣ ΠΥΡΟΛΥΣΗΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΤΑΙ ΣΤΗΝ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΥΤΗ ΜΕΣΩ ΕΝΟΣ ΚΙΝΗΤΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΤΡΙΩΝ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ, ΧΩΡΙΣ ΑΥΤΟΝΑ ΑΠΟΤΕΛΕΙ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟ, ΚΑΘΩΣ ΟΠΟΙΑΔΗΠΟΤΕ ΠΟΛΥΠΛΟΚΗ ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΕΝΣΩΜΑΤΩΘΕΙ ΣΤΟ ΡΕΥΣΤΟΔΥΝΑΜΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ. ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΠΡΟΒΛΕΨΕΙ ΤΑ ΚΥΡΙΩΤΕΡΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΕΝΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑ ΤΥΠΟΥ RISER, ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΟΠΟΙΩΝ ΤΗΝ ΠΤΩΣΗ ΠΙΕΣΗΣ, ΤΟ ΠΟΣΟ ΤΟΥ ΚΑΤΑΛΥΤΗ ΠΟΥ ΚΑΤΑΚΡΑΤΕΙΤΑΙ ΣΤΟΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑ, ΤΗ ΔΙΑΦΑΣΙΚΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ ΚΑΤΑΛΥΤΗ-ΥΔΡΟΓΟΝΑΝΘΡΑΚΩΝ, ΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΗΣ ΤΟΥ ΚΑΤΑΛΥΤΗ, ΤΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΟΥ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑ ΣΕ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΣΤΡΑΓΓΑΛΙΣΜΟΥ (CHOKING), ΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΚΗ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΩΝ ΔΥΟ ΦΑΣΕΩΝ ΚΑΙ ΤΗΝ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΩΝ ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΩΝ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΣΕ ΟΛΟ ΤΟ ΧΩΡΟ ΤΟΥ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑ. Η ΒΑΣΙΚΗ ΣΥΝΕΙΣΦΟΡΑ ΤΗΣ ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ, ΕΙΝΑΙ Η ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΜΕΛΕΤΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΤΗΣ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑΣ, ΜΕ ΤΗΝ ΟΠΟΙΑ ΓΙΝΕΤΑΙ Ο ΨΕΚΑΣΜΟΣ ΤΗΣ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ, ΠΑΝΩ ΣΤΟ ΒΑΘΜΟ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ ΤΗΣ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ, ΣΤΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΕΝΖΙΝΗΣ ΚΑΙ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΠΑΡΑΠΡΟΙΟΝΤΩΝ.

A MATHEMATICAL MODEL IS DEVELOPED THAT PREDICTS THREE-DIMENSIONAL, TWO-PHASE FLOW WITH HEAT TRANSFER AND CHEMICAL REACTION INSIDE CATALYTIC CRACKING RISER-TYPE REACTORS. THE MODEL CONSISTS OF THE FULL SET OF PARTIAL-DIFFERENTIAL EQUATIONS THAT DESCRIBE THE CONSERVATION OF MASS, MOMENTUM, ENERGY AND CONCENTRATIONOF CHEMICAL SPECIES FOR BOTH PHASES IN THE REACTOR, COUPLED WITH EMPIRICAL CORRELATIONS CONCERNING INTERPHASE FRICTION, INTERPHASE HEAT-TRANSFER AND FLUID-TO-WALL FRICTIONAL FORCES. THE CRACKING REACTION IS SIMULATED BY A THREE-LUMP KINETIC MODEL, ALTHOUGH THIS DOES NOT REPRESENT A LIMITATION OF THE MODEL. THE MODEL CAN PREDICT THE MOST IMPORTANT ENGINEERING DESIGN PARAMETERS OF A RISER REACTOR INCLUDING PRESSURE DROP, CATALYST HOLDUP, INTERPHASE SLIP VELOCITY, CATALYST ACCELERATION ZONE, CHOKING BEHAVIOUR, TEMPERATURE DISTRIBUTION IN BOTH PHASES AND YIELDS DISTRIBUTION ALL OVER THE REACTOR. IT CAN ALSO ANALYSE GEOMETRY EFFECTS, ESPECIALLY IN THE COMPLEX FEED INJECTION AREA, WHERE THE CRACKING REACTIONS ARE INITIATED.