1. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________CAPTULO 3. MODELIZACIN NUMRICA DEL PROCESO DE ABSORCIN. 3.1. INTRODUCCIN. En este captulo se presenta el desarrollo de modelos matemticos para la simulacin del sistema reaccionante. Se ha dividido en dos partes. En la primera se modela el estudio de las reacciones gas-slido no catalticas, con deposicin de producto slido, o variacin de las propiedades del mismo, aplicables a la absorcin y regeneracin de los sorbentes para desulfuracin. En la segunda se hace lo correspondiente con los reactores de lecho fluidizado en los que tendran lugar las reacciones anteriores. Se ha intentado abarcar la mayor parte de posibilidades en las reacciones gas-slido, de forma que se pueda incluir cualquier tipo de sorbente de los citados en el captulo 2: tanto para aqullos cuyo xido activo est mezclado o soportado con un inerte, como para los que no lo est; con incremento o decremento del volumen, es decir con variacin del rea superficial o porosidad. En general, se consideran los efectos cinticos, difusivos, de transferencia de masa entre fases, adems de aspectos estructurales en la partcula de slido. En el captulo 5 estos modelos se aplicarn a un sorbente experimental, integrados en los modelos de reactores. En los reactores se han considerado los fluidizados de burbujas, as como los de lecho mvil y fijo, aunque en estos dos ltimos no se han realizado pruebas experimentales que permitan su validacin.3.2. ESTUDIO CINTICO CON VARIACIN DE LA ESTRUCTURA DEL SLIDO El proceso de purificacin del gas consiste en reacciones gas-slido no catalticas con deposicin de producto slido. A causa de esto las caractersticas del slido, tales como porosidad, dimetro de poro, distribucin de dimetros, rea superficial, composicin qumica, y otras, varan con el grado de conversin de la reaccin. Las reacciones, tal como se ha visto en el captulo 2, se pueden expresar como: A (g) + b B (s) ------> c C (g) + d D (s)(3.1)En la que b, c, d son los coeficientes estequiomtricos, A el reactante gaseoso, B el sorbente slido, y C y D los productos gas y slido respectivamente. Se acepta que tanto las reacciones de absorcin, como las de regeneracin, son de primer orden respecto al reactante gaseoso (esto se comprobar experimentalmente en el captulo 5):1 d nA = kv C A Vs dt(3.2)La reaccin gas-slido consiste en varios pasos en serie: -Transferencia del gas reactante desde el seno del gas hasta la superficie del slido. Difusin a travs de los poros del slido. Difusin a travs de la capa de slido reaccionado que rodea al reactante slido que todava ha de reaccionar. Reaccin gas-slido no cataltica. Difusin del producto gaseoso a travs de la capa de slido reaccionado. Difusin a travs de los poros, hacia la superficie de la partcula. Transferencia de masa desde la superficie del slido al seno del gas.47

2. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________Hay varias posibilidades para tratar matemticamente toda esta serie de pasos: -Modelos de ncleo sin reaccionar, figura 3.1, o de conversin progresiva, figura 3.2. Son los utilizados comnmente [Levenspiel, 1981]. Modelos que se podran denominar estructurales, ya que tienen en cuenta la evolucin de la estructura del slido: de grnulo (figura 3.3) [Szekeley, 1976], de poro [Froment, 1979] [Petersen, 1957] (figura 3.4), con distribucin de tamaos en grnulos y poros o sin distribucin de tamaos [Sotirchos, 1987], con solapamiento de formas [Lindner, 1981] [Sotirchos, 1988] (figura 3.5) o sin solapamiento, con inertes [Ramachandran, 1982] (figura 3.6) o sin ellos.Figura 3.1. Esquema del modelo cintico de ncleo decreciente (MND) o de ncleo sin reaccionar [Levenspiel, 1981].Figura 3.2. Esquema del modelo cintico de conversin progresiva [Levenspiel, 1981].Figura 3.3. Esquema del modelo de grnulo sin superposicin: a) velocidad controlada por todas las resistencias (difusin en poros, cintica y en capa de producto), b) controlada por cintica, c) controlada por difusin en poro intergranular [Szekeley, 1976].48 3. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________Figura 3.4. Esquema del modelo de poro sin superposicin de formas [Froment, 1979] y con superposicin [Petersen, 1957].Figura 3.5. Esquema correspondiente a modelo de grnulo con solapamiento [Lindner, 1981]Figura 3.6. Modelo de grnulo con inertes [Ramachandran, 1982]. Los que permiten el solapamiento de formas se han desarrollado ltimamente para explicar las variaciones, los mximos, que se producen en las reacciones tales como las de gasificacin de carbn, en la que se da una volatilizacin del slido, o las de absorcin de SO2(g) con CaO(s), en la que los poros de esta ltima especie van disminuyendo del tamao, hasta obturarse, impidiendo la total conversin o aprovechamiento del slido. Han dado buen resultado en estos casos, por lo que se estn extendiendo a todos aquellas reacciones gas-slido en las que se da deposicin de producto slido. Los modelos de grnulo han sido muy estudiados para modelizar cambios estructurales en medios porosos que reaccionan con una mezcla gaseosa. En modelos de estructura de grano, la fase slida del49 4. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________medio poroso se visualiza como una matriz densa de grnulos slidos de alguna forma geomtrica (usualmente con forma cilndrica, esfrica o de plato), la cul no est superpuesta, y que reacciona segn el modelo MND. Szekeley y colaboradores [Szekeley, 1976] realizaron un completo trabajo en la aplicacin del modelo de grano en el estudio de reacciones gas-slido con producto slido utilizando diferentes expresiones cinticas. Cuando los modelos de grnulo se aplican a reacciones gas-slido con producto slido, se asume que el grnulo de reactante slido decreciente est envuelto en una capa de producto slido de espesor uniforme. Los modelos de grnulo superpuesto se desarrollaron para reacciones gas-slido con producto slido [Lindner, 1981], e inicialmente se les denominaba de slido sinterizado. El desarrollo de los modelos est basado en la suposicin de que tanto las superficies de poro (superficies en contacto con el gas, con el hueco), como las superficies de reaccin (las que separan la capa de cenizas o producto de reaccin del reactante slido no reaccionado, segn la visin propuesta por el modelo de ncleo decreciente o de ncleo sin reaccionar (MND) y que sigue considerndose vlida para los grnulos que componen la partcula o pellet), se pueden representar por dos poblaciones de grnulos superpuestos (las formadas por las zonas externas y las internas de los grnulos) que comparten los mismos centros (grnulos en forma de esfera), los mismos ejes longitudinales (cilindros) o planos (los que tienen forma de plato) de simetra. Estos modelos se aplicaron inicialmente a la sulfatacin con SO2 de CaO calcinado [Kakaras, 1995]. Los resultados obtenidos revelan una fuerte dependencia sobre la reactividad global del slido poroso de la superposicin de los grnulos y del tipo de distribucin del tamao de grano. La comparacin de los resultados con las predicciones de los modelos de poro aleatorio mostr que, en general, las estructuras capilares tienen mayores reactividades que los propios grnulos. La mayora de modelos presentados en bibliografa y utilizados para analizar la reactividad y la evolucin de datos de reacciones gas-slido consideran poblaciones de grnulos no superpuestos de tamao uniforme. Szekeley y Porpster [Szekeley, 1975] presentaron modelos estructurales que contemplaban distribuciones de tamao de grnulo. Dichos autores hicieron un extenso clculo computacional probando varias distribuciones de tamao, las cules se vio tenan una marcada influencia en el comportamiento conversin-tiempo de las reacciones gas-slido. Especficamente se encontr que haba grandes diferencias en los resultados al considerar distribuciones de tamao frente a considerar nicamente un tamao promedio en modelos de grano uniforme. Como se asume que cada grano reacciona independientemente, el modelo de grano predice una disminucin progresiva de la superficie de reaccin. Para un nmero de sistemas gas-slido esto contradice la evidencia experimental que sugiere un mximo en la superficie de reaccin con la conversin. Lindner y Simonsson [Lindner, 1981] mostraron que este inconveniente de los modelos de grnulos puede ser obviado si se permite que los grnulos se superpongan o sintericen (figura 3.5). Un sistema de cilindros de longitud infinita de igual radio, e intersecciones aleatorias, y un agregado de esferas truncadas de tamao tambin uniforme, se utiliz por los anteriores autores para modelizar cambios en reacciones gas-slido con producto slido. La nocin de modelos de grnulo con superposicin fue tambin estudiado por Sotirchos [Sotirchos, 1987], que mostr que el anlisis de Avrami [Avrami, 1940] de reacciones de transformacin de fase, puede ser utilizado para derivar expresiones analticas o semianalticas para las propiedades estructurales de medios porosos, cuya fase slida est representada por una poblacin de grnulos superpuestos de tamao uniforme o con una distribucin de tamao. Estas expresiones se utilizaron en las reacciones de gasificacin de slidos porosos. Despus del inicio de la reaccin, en que empieza a aparecer el producto slido, el slido poroso se caracteriza esencialmente por una estructura de tres fases descrita por dos superficies mviles, figura 3.4, la interfase reactante slido-capa de producto y la superficie que configura los poros. Aunque la distancia de difusin en la capa de producto es considerablemente menor que la escala de difusin en la estructura porosa, el valor de la difusividad en la capa de slido es considerablemente menor, en algunos rdenes de magnitud. Por ello pueden existir gradientes de concentracin significativos en esta capa, incluso sin haber gradientes en la fase gas. Bajo tales condiciones, la concentracin del reactante gas en la interfase de reaccin no es uniforme, y grnulos de diferente tamao puede exhibir velocidades de reaccin50 5. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________diferentes. Se puede complicar adicionalmente el proceso si el producto slido ocupa ms volumen que la cantidad equivalente de reactante slido, pudiendo aparecer obstruccin de poros. Adicionalmente a los diferentes modelos de grnulo, varios modelos de poro han aparecido para reacciones gas-slido con producto slido [Bathia 1983, 1985]. Los modelos de poro representan el espacio vaco de las partculas slidas por una poblacin de cilindros usualmente capilares. Una clase general de modelos para poro aleatorio se realiz por el grupo de Sotirchos [Sotirchos 1985, 1987] para su utilizacin cuando el control es cintico o de la difusin en la capa de producto. Los modelos toman en consideracin los efectos de la superposicin de los poros sobre el flujo en la capa de producto y sobre la evolucin de las superficies de reaccin y de poros, y pueden describir casi todos los fenmenos que se dan en reacciones gas-slido con formacin de producto slido incluyendo la formacin de espacio de poro inaccesible. En este estudio se presentan modelos de grnulo superpuesto para reacciones gas slido con producto slido. Las ecuaciones son lo suficientemente generales para, con unas modificaciones mnimas, poder ser aplicado a cualquier poblacin de grnulos superpuestos. En esta tesis se han desarrollado algoritmos para la resolucin numrica de cualquiera de las posibilidades que se deseen resolver, aplicando posteriormente las que se ha considerado ms apropiadas. En lo que sigue se explican las bases de los modelos y las simplificaciones que conducen de uno a otro, es decir se desarrollan los modelos ms completos, con los que se pueden obtener todos los apuntados en los prrafos anteriores. El modelo ms completo es el de formas de tamao distribuido con inertes y superposicin, no estudiado hasta ahora, que se desarrolla a continuacin.51 6. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________3.2.1.REACCIN EN UNA PARTCULA DE SLIDO (PELLET). El balance de masa de gas, para una partcula esfrica, en coordenadas esfricas es: ( p C p ) t ( p C p ) t= De 2 C p Rv =C p 1 De r s Rv r r s r (3.3)(3.4)la velocidad de reaccin Rv se puede expresar, para reacciones de primer orden como:Rv = k v ( X )C p(3.5)es el producto de un coeficiente cintico volumtrico kv (unidades: s-1), por una concentracin de reactante gas en los poros del pellet, Cp. La concentracin Cp vara radialmente, por lo que se ha de evaluar esta velocidad de reaccin en cada punto de la partcula de slido, donde tambin se ha de obtener el coeficiente cintico kv(X), funcin de la conversin del slido. Para facilitar la resolucin de balance de materia del gas en el interior del pellet, se puede suponer que el perfil de concentraciones en su interior se establece rpidamente, comparado con la variacin en la conversin del slido, mucho ms lenta. Es decir se tendra estado pseudoestacionario, con lo que la ecuacin del gas queda:0=C p C p 1 1 De r s Rv = s De r s k v (X )C p r r r s r r r (3.6)y para el reactante slido: s k v (X )C p X =b t (1 0 )(3.7)donde s es el volumen molar de reactante slido sin poros, m3/mol. Ambas ecuaciones se han de resolver simultneamente. El coeficiente cintico depende de la conversin. Para el modelo de reaccin gas-slido elegido, que tiene en cuenta la evolucin de la estructura del slido con el transcurso de la reaccin, se ha de evaluar este coeficiente de una forma adecuada. Se ha de obtener el valor de kv(X) teniendo en cuenta que en la partcula de slido (pellet) se da toda una gama de valores de conversin X, por lo que el valor de kv(X) es un valor ponderado. Para ello se expresa la ecuacin cintica en funcin de la superficie de reaccin del frente de reaccin, y de un coeficiente cintico superficial intrnseco:Rv = k v (X )C p = k s C r dS(3.8)el valor de esta integral vara con la conversin global del slido. La superficie del frente de reaccin dS, se define por unidad de volumen de slido.52 7. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________3.2.2. EVOLUCIN DE LA ESTRUCTURA DEL SLIDO. Se utilizan los modelos de poro y de grnulo con superposicin [Sotirchos 1985, 1987]. Son los ms completos en reacciones gas-slido con o sin producto slido, como se ha visto en el apartado anterior. Los modelos de poro aleatorio consideran que el espacio inicial de poros del slido sin reaccionar se pueden describir como una poblacin de capilares de tamao uniforme o no, aleatoriamente distribuidos en el espacio tridimensional. Para el modelo de poro, la poblacin de cilindros se describe por la funcin de densidad l0(R0), en la que l0(R0)dR0 es la longitud de ejes de poro por unidad de volumen pertenecientes a capilares en la gama de tamaos de [R0, R0+dR0]. Para una distribucin discreta de tamaos: R01, R02, R03, ..., R0N, se puede obtener la longitud de poro mediante: N 1 oj 1 l0 i = 2 ln j =i +1 N Roi 1 oj j =i (3.9)ecuacin que se obtiene de la expresin que relaciona el volumen extendido con la porosidad:1 = e Vext(3.10)Para dos tamaos de poro consecutivos, teniendo en cuenta que el volumen extendido (sin contar con las superposiciones entre poros) por unidad de volumen es: N Vext 0i = R02i l 0i = ln1 0i ln1 j =i N0ij =i +1 (3.11)Para el modelo de grnulo distribuido con superposicin, se obtiene una expresin semejante, pero en este caso, el volumen extendido corresponde al slido [Sotirchos, 87], por lo que la ecuacin de partida es:1 = e Vext Vext 0 i = n0 iN 4 3 R0i = ln1 0i ln1 3 j =i (3.12) Nj =i +10i N 1 oj 1 j = i +1 ln n0i = N 4 3 Roi 1 oj 3 j =i (3.13)(3.14)gneralizando para otros tipos de grnulos, no slo grnulos esfricos como en este caso, mediante el uso de los factores de forma y factores geomtricos: s, f (Tabla 3.1) Tabla 3.1. Factores de forma y geomtricos para diversos tipos de grnulos. Factor de Factor Dimensin forma: s geomtrico: f caracterstica Grnulo tipo pastilla (slab) 0 2A Espesor/2 Grnulo cilndrico 1 R L Grnulo esfrico 2 R 4 /353 8. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________se obtiene la siguiente expresin general:n0i =1 s fRoi+1N 1 oj j = i +1 ln N 1 oj j =i (3.15)0j es la fraccin de volumen de fase slida que pertenece a grnulos de tamao R0i incluyendo la superposicin con otros grnulos. Se definen dos radios para la evolucin de la estructura slida con el transcurso de la reaccin: Rp, Rr, con las variables: qp, qr,R pi = R0i + q p(3.16)Rri = R0i + qrutilizando estos radios se pueden definir las superficies y porosidades de poro y de frente de reaccin de la tabla 3.2: Tabla 3.2. Expresiones de superficies y porosidades del frente de reaccin. Modelo de poro Modelo de grnulo Superficie S R l = 2 1 = (s + 1) f S (r , p )iPorosidad((r , p )i)(r , p )iN = 1 exp R2 l r, p r , p i 0i i =1 (r , p )i0is(r , p )i R (r , p )i n 0iN = exp f Rs + 1 n r, p r , p i 0i i =1 La superficie total de poro o de reaccin por unidad de volumen es: NS (r , p ) = (r , p )i(3.17)i =1Para obtener la concentracin Cr de gas reactante, as como la superficie de reaccin del slido (frente de reaccin), se plantea un balance local de este reactante gas a travs de la capa de producto slido ya reaccionado, hasta alcanzar la superficie donde reacciona con el slido: C S D p R = 0 R (3.18)que puede integrarse con las condiciones de contorno siguientes: 1- La concentracin en la superficie del poro es Cp : para R= Rp, C=Cp(3.19)2- Lo que alcanza la superficie de reaccin es igual a lo que reacciona en ella. Es decir se supone tambin aqu estado pseudoestacionario: Para R=Rr , DpC = ksC R(3.20)54 9. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________Integrando una vez:C = cte1 RS Dp(3.21)aplicando la segunda condicin de contorno:cte1 = S r k s C r(3.22)sustituyendo cte1, integrando de nuevo, y aplicando la primera condicin de contorno:dC = C=S r k s C r dR Dp SS r k sCr DpC = Cp RRp(3.23)dR + cte2 S(3.24)dR S(3.25)S r k s Cr DpRRpPara R=Rr, se tiene que C=Cr:Cr = C p S r k s Cr DpRrRpdR S(3.26)de donde se obtiene la concentracin en la superficie o frente de reaccin, en funcin de la existente en el poro:Cr =Cp S k Rr dR 1+ r s D p Rp S(3.27)La ecuacin cintica queda ahora, sustituyendo este valor de Cr:Rv = k v (X )C p = k s C r dS r =C p S r (X ) S (X )k s Rr dR 1+ r D p R p S(3.28)La relacin entre los coeficientes cinticos superficial (intrnseco) y volumtrico, es:k v (X ) = k sS r (X ) S ( X )k s Rr dR 1+ r D p R p S(3.29)55 10. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________Si se supone concentracin unitaria en los poros de la estructura, se puede resolver esta parte independientemente de la resolucin de todo el pellet. Se obtiene la funcin kv(X) desde X=0, hasta X=Xmax, es decir el coeficiente cintico medio referido a volumen, suponiendo una concentracin unitaria, y estos valores pueden utilizarse para la resolucin posterior de las ecuaciones del balance de slido y gas en el pellet de slido.3.2.3. DIFUSIVIDAD EN LOS POROS DE LA ESTRUCTURA. Al igual que este coeficiente cintico, se obtiene asimismo el valor de la difusividad efectiva del reactante a travs de los poros del slido conforme avanza la reaccin: De(X). La difusividad para un gas a travs de un medio poroso, se puede tomar [Szekely 1976]:De = D A (3.30) es la tortuosidad , cuyo valor est entre 1 y 10. Para un sistema discreto de poros, se tiene:De =1 N D A (R pi ) pi i =m(3.31)donde m es el poro ms pequeo no obturado, y pi es la fraccin de volumen de poros de tamao Rpi: N N 2 2 pi = exp l 0 j R pj exp l 0 j R pj j = i +1 j =i (3.32)Para una estructura de grnulos, la difusividad efectiva se calcula obteniendo el radio promedio de los poros con la expresin:Rp =De =2 p Spp D A (R p )(3.33)(3.34)3.2.4. RESOLUCIN SECUENCIAL DE LOS MODELOS ESTRUCTURA Y PARTCULA. Si se prescinde del efecto de la temperatura, es decir se supone que la partcula se mantiene en estado isotrmico, la evolucin de la estructura del slido a lo largo de la reaccin, hasta conversin completa, o hasta la completa oclusin de los poros, es un proceso acumulativo. Es decir se obtiene el mismo resultado para dos concentraciones diferentes que acten en intervalos de tiempo tales que cumplan la igualdad:C ' t ' = Ct(3.35)o expresado en forma integral, con una equivalencia de tiempos:t' =1 t C dt C ' 0(3.36)56 11. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________Dudukovic [Dudukovic, 1976], Fue el primero en plantear este tipo de resolucin, utilizaba un tiempo equivalente, que defina : tt e = 0 C dt(3.37)Por tanto, se plantea la resolucin de modo secuencial, primero se calcula numricamente el coeficiente cintico para cada valor de conversin del slido, as como la difusividad. Estos pares de valores se utilizan posteriormente en la resolucin de los balances de materia para la partcula completa de slido. Con estos dos pasos se resuelve el tema de la reaccin de una sola partcula de slido.3.2.5. OTROS MODELOS DE REACCIN GAS-SLIDO. Son cronolgicamente anteriores, ms simples. No calculan la evolucin de la estructura del slido a lo largo de la reaccin, y por tanto slo necesitan un nico balance de materia, el de la partcula completa. Por orden de complejidad seran los de ncleo sin reaccionar (MND) o de conversin progresiva, y los de grnulo sin superposicin. Ncleo sin reaccionar o de conversin progresiva. Desarrollado por Yagi y Kunii [Levenspiel, 1981]. Para partculas sin poros. Supone que el tiempo total de reaccin de una partcula es la suma de los tiempos necesarios para cada uno de los tres procesos siguientes (en serie): -Transferencia de reactante gas desde el seno del mismo hasta la superficie de la partcula. -Difusin del reactante gas desde la superficie hasta el punto de reaccin. -Reaccin qumica.Rv = CAS 1 dN A = V dt 1 R(R rc ) R 2 + + 2 kg rc De rc k s(3.38)en este caso la superficie S se refiere a la superficie exterior de la partcula esfrica, no a la del frente de reaccin. Otra consideracin es que la difusividad De empleada en este modelo, no tiene nada que ver con la difusividad del modelo anterior, pues engloba dos tipos de transporte, el que hay a travs de los poros del slido, y el existente en la capa de ceniza. Es ampliamente utilizado. Modelo de grnulo sin superposicin. En ste vuelven a aparecer los dos tipos de difusividades, en poros y en la capa de producto slido que el gas ha de atravesar hasta llegar a la superficie de reaccin: Se postula que el tiempo necesario para alcanzar una determinada conversin es la suma de los necesarios con resistencia puramente cintica, difusiva intergranular, o difusiva intragranular:57 12. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________ Ag (1 )k s C s F p k s C A Ag V g Fg t = g Fg (X ) + 2 Fg V g Ap 2 Dep Vp ksCs p (X ) p Fp (X ) + Ag Fg 2 Deg Vg (3.39)Esta ecuacin es una aproximacin. Hay posibilidad de utilizarla para partculas de tipo esfrico, pastilla o cilindro. Tambin los grnulos pueden ser de cualquiera de los tres tipos. Para definirlos se utilizan los factores de forma Fp y Fg, para partcula y grnulo respectivamente, y que toman los valores: 1 para pastillas (slabs), 2 para cilindros, y 3 para esferas. Hay tres funciones geomtricas, cuyos valores son:g Fg (X ) = 1 (1 X )1 / Fgslabs F po Fg = 1 p Fp = p Fg = X 2cilindros F p esferas F p(3.40)o Fg = 2 p Fp = p Fg = X + (1 X )ln (1 X ) o Fg = 3 p Fp = p Fg = 1 3(1 X )2/3(3.41)+ 2(1 X )Este modelo de Szekeley [Szekeley, 1976] supone un avance respecto al de ncleo sin reaccionar, por cuanto es aplicable a partculas porosas, de ah que se utilicen las dos difusividades: en poros, y a travs de la capa de slido reaccionado que recubre los grnulos individuales. stos grnulos reaccionan de acuerdo con el modelo de ncleo sin reaccionar. Las limitaciones de aplicacin de este modelo se dan por ejemplo cuando el volumen de producto slido es superior al del reactante, con lo que vara la porosidad con la conversin del slido, pudiendo llegar a la oclusin total de los poros y con ello de la posibilidad de alcanzar la conversin completa. Esto no se podra obtener con este modelo. Por otro lado cuando la superficie de reaccin aumenta durante el transcurso de la misma, producindose un mximo en la velocidad de reaccin, tampoco se puede modelizar.3.3. ALGORITMOS DE RESOLUCIN DEL MODELO DE PORO O GRNULO DISTRIBUIDO. La resolucin de las ecuaciones de balance de materia de gas y slido, teniendo en cuenta todas las posibilidades remarcadas, slo es posible mediante la implementacin en un algoritmo de clculo numrico. Los diagramas de flujo para los tipos de grnulo distribuido, y de poro distribuido se presentan a continuacin en la figura 3.7. Estos algoritmos, implementados en programas FORTRAN, permiten calcular la evolucin de la estructura del slido con el avance de la reaccin, evaluando para cada valor de conversin del reactante slido, el rea superficial de poro Ssp(X), y de frente de reaccin, Ssr(X), la porosidad (X), la difusividad del reactante gas en los poros del material De(X), y el coeficiente cintico kv(X).58 13. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________inicio definicin de variables Inicializacin de valores lectura de datos de entrada Clculo de n0=n grnulos/(volumen slido+vol. poros)Porosidad: % poro grnulo tamao (i) Dimensin grnulo(i) : R0(i) Coefte. cintico Ks(T) Temperatura: T Relacin volumtrica:ZDeterminacin de R0 mximo Nmero mximo de bucles, m=Mayor dimensin de grnulo/ radio 2 j=1 mprimer bucle?er(j)=e0; ep(j)=e0; qp=-(z-1)+qr qpt=qp; qrt=qrsino a=j-1Inicializacin de superficies medias: Srmed=0; Spmed=0 1 i=1, tipos grnulo no %(i)>0? si Grnulo activo? Rr(i)>0? sinoSr(i,j)=0 Sp(i,j)=0Sr(i,j)=rea extendida del frente de reaccin de grnulo i Sp(i,j)=rea extendida deporo de grnulo i13259 14. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________1Srt(j)=rea total extendida del frente de raccin Spt(j)=rea total extendida del frente de raccin Srt(j)=Srt(j)+Sp(i,j) Spt(j)=Srt(j)+Sp(i,j)32Spm(i,j)=Sp(i,j); Srm(i,j)=Sr(i,j) grnulo tipo slab, y Rr(i,j)>0?sinonogrnulo tipo cilindro, y Rr(i,j)>0?Spm(i,j)=media logartmica; Srm(i,j)=media logartmicaj=1? si sin grnulo tipo esfera, y Rr(i,j)>0?siSpm(i,j)=Sp(i,j); Srm(i,j)=Sr(i,j)Spm(i,j)=media geomtrica; Srm(i,j)=media geomtricano Rr=0; siendo C0 la concentracin de la corriente de entrada al reactor. Hay que hacer notar que esta concentracin no se dar normalmente en ninguno de los nodos del reactor, a no ser que no exista reaccin. Condiciones de interfase (de contorno): -Se ha de cumplir que el caudal molar de gas que sale de la zona jet sea el que se introduce en la zona de burbujeo, altura zB. Para un balance diferencial:[]u 0 C gj ( z B ) = ( z B )[u 0 u mf ]C B ( z B ) + u 0 1 ( z B ) + u mf ( z B ) C E ( z B )(3.91)-Igualmente entre la zona de burbujeo y el freeboard. Altura zf:[]( z f )[u 0 u mf ]C B ( z f ) + u 0 1 ( z B ) + u mf ( z B ) C E ( z f ) = u 0 C F ( z f )(3.92)Para esta dos ltimas condiciones tambin es vlido lo dicho para la condicin de contorno de la entrada del gas del reactor.84 39. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________3.7. RESULTADOS. Para facilitar la tarea de anlisis de los sistemas se han desarrollado una serie de interfases. Se muestran unos ejemplos de estas pantallas, y de la forma como se presentan los resultados.Figuras 3.16- 3.17. Ejemplos de pantallas de la interfase de usuario [Perales 1996].85 40. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________3.7.1. ANLISIS DE SENSIBILIDAD. Se ha comprobado el funcionamiento de los modelos con simulaciones de comportamiento de un BFB, utilizando el sorbente estudiado por Tamhankar a base de xido de hierro, descrito en el captulo 2. El anlisis de sensibilidad de las diferentes variables que intervienen [Perales 1995] permite obtener efectivamente informacin acerca de cmo operara un reactor de estas caractersticas con el sorbente. Esta informacin puede ser empleada en el diseo y optimizacin del equipo. A continuacin se muestra grficamente el efecto de las variable ms importantes en el funcionamiento mediante simulacin, que servir para una primera comprobacin de la coherencia del modelo desarrollado. El estudio de escenarios reales comportar un ajuste ms detallado de los parmetros del modelo, segn ha sido previsto. Efecto de la conversin del slido en el nivel de purificacin del gas. Aqu queda patente que al ser la velocidad de reaccin dependiente de la conversin del slido, cuanto mayor sea la conversin del mismo menor la velocidad de reaccin (captulo 2), al ser el BFB en lo que respecta al slido de flujo de mezcla perfecta, el efecto es de disminuir el grado de purificacin del gas conforme aumenta la conversin del slido. Para el tipo de slido empleado, esto empezara a notarse para muy altas conversiones del slido, y ms cuanto menor la altura del lecho.86 41. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________1.00.90.8Xg0.7Altura total = 2 m Altura total = 4 m Altura total = 10 m0.60.50.40.00.20.40.60.81.0X, Conversin del slido[-] Ug Dimetro de reactor Tipo de slido Caudal de gas Tipo de gas H2S conc. Temperatura Presin Dimetro de slido= = = = = = = = =0.15 m/s 5.80 m [Tamhankar 81] 50 Nm3/s Gasificador Shell 4000 ppm 350C 30 Bar 100 micrasFig. 3.18. Efecto de la conversin del slido en conversin del gas (Xg), para diferentes alturas de reactor, en una sola etapa.87 42. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________Efecto de la velocidad de reaccin gas-slido en la conversin del gas en funcin de la longitud del reactor.1.00.8Xg 0.6 X slido = 0.5 X slido = 0.7 X slido = 0.8 X slido = 0.9 X slido = 0.990.40.20.00Ug Dimetro de reactor Tipo de slido Caudal de gas Tipo de gas H2S conc. Temperatura Presin Dimetro de slido2= = = = = = = = =468Altura de reactor [m]100.15 m/s 5.80 m [Tamhankar 81] 50 Nm3/s Gasificador Shell 4000 ppm 350C 30 Bar 100 micrasFig. 3.19. Efecto de la conversin del slido en la purificacin del gas, en funcin de la altura del reactor . Como cabra esperar, cuanto mayor es la altura del lecho de partculas que ha de atravesar el gas, mayor el tiempo de residencia del mismo, y con ello mayor grado de purificacin. El efecto de la conversin del slido empleado (caudal del mismo) es la esperada, de disminucin de la velocidad de reaccin gas-slido y con ello disminuye la conversin del gas. Para las dimensiones del reactor empleado, el tiempo de residencia del gas permite que este efecto se vea bastante amortiguado.88 43. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________Efecto del tamao de partcula de slido. En funcin de las condiciones de operacin, se observa un mnimo en la absorcin del contaminante, que indicara que en la operacin habra que huir de ese tamao de partcula, si se tiene ya definido el dimensionado del reactor, el caudal de gas a tratar y las condiciones de operacin.1.00 0.95 0.90Xg 0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60100150200250300350400Dimetro de partcula[micras]Ug Dimetro de reactor Tipo de slido Caudal de gas Tipo de gas H2S conc. Temperatura Presin= = = = = = = =0.15 m/s 5.80 m [Tamhankar 81] 50 Nm3/s Gasificador Shell 4000 ppm 350C 30 BarFig. 3.20. Influencia del tamao de partcula en la purificacin del gas.89 44. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________Influencia del nmero de etapas en que se divide la altura total del reactor. Manteniendo constante la altura de lecho de partculas de slido, ste se divide en varios tramos como en la figura 3.9, de forma que el gas pasa sucesivamente por cada una de estas etapas. En cada tramo se obliga al gas a pasar a travs de un distribuidor, antes de entrar en la etapa correspondiente, iniciando el crecimiento de la burbuja desde l. La ventaja de esta distribucin es que el gas que en una etapa asciende en forma de burbuja, con una reducida transferencia de masa con el slido, se homogeneiza en el freeboard con el resto del gas ascendente, iniciando de nuevo el ciclo en una nueva etapa de reactor. Cada una de las etapas de reactor, se calcula subdividindola en nodos con el modelo matemtico. No hay que confundir etapa, que tiene posibilidad de existencia fsica, y nodo, que es un mero artificio matemtico. Al final se ha de conseguir la convergencia del clculo, ya que la concentracin de salida del gas de una etapa es la de entrada en la inmediatamente superior. Igualmente ocurre con el slido, cuya conversin de salida de una etapa es la de entrada en la inmediatamente inferior. Gas y slido circulan as en contracorriente (figura 3.9)1.00 0.95 0.90 0.85 0.80Xg 0.75 0.708 etapas 6 etapas 4 etapas 2 etapas 1 etapa0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 0.00.20.40.60.81.0X slido [-] Ug Dimetro de reactor Tipo de slido Caudal de gas Tipo de gas H2S conc. Temperatura Presin Dimetro de slido= = = = = = = = =0.15 m/s 5.80 m [Tamhankar 81] 50 Nm3/s Gasificador Shell 4000 ppm 350C 30 Bar 100 micrasAltura de reactor=2mFig. 3.21. Efecto del nmero de etapas en la purificacin del gas, para un mismo caudal de slido y gas, con igual conversin final de aqul, para una altura total del medio de reaccin en un lecho fluidizado de 2 metros.90 45. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________Para un reactor de altura de lecho de partculas de 2 metros, el nivel de absorcin de cido sulfhdrico por el xido de hierro es muy dependiente del nmero de etapas en que esto se haga. Lgicamente se emplea el mismo caudal de slido en todas las posibilidades, pero en cada caso las velocidades de reaccin son diferentes en cada una de las etapas, determinando la conversin final del gas. En el siguiente ejemplo, figura 3.22, se especifica la diferencia en conversin del slido entre 1 2 etapas, y su influencia en la conversin del gas: K reaccin= 24000 s-11.0 0.9 Kreaccin = 5300 s0.8-10.7Xg0.6Kreaccin = 4900 s-10.5 0.4 0.31 Reactor de altura=1 m Primera etapa de un reactor en serie de 2 etapas. Altura=0.25 m Segunda etapa de un reactor en serie de 2 etapas. Altura=0.25 m0.2 0.1 0.0 0.00.20.40.60.81.0Altura total de reactor [m] Fig. 3.22. Efecto del nmero de etapas en serie en la purificacin del gas, especificando las velocidades de reaccin que se tienen en cada etapa, dependientes de la conversin del slido. El slido es xido de hierro segn cintica de Tamhankar [Tamhankar 81].91 46. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________Influencia del tipo de flujo del gas en la fase densa o emulsin. Se han estudiado dos posibilidades: Flujo pistn y mezcla completa (CSTR). Son los dos extremos que enmarcan las posibilidades de flujo. En las figuras siguientes [Perales 1995] se muestran los resultados, para partculas de dos dimetros diferentes 69 y 200 micras sometidas a las condiciones de la tabla 3.3, en un reactor de 1 6 etapas. Tabla 3.3 Condiciones de operacin empleadas para simular diferentes tipos de flujo en las figuras 3.23 3.26. __________________________________________________________________ Composicin del gas (%) (planta ELCOGAS, Puertollano) CO 56% H2 20% CO2 4% N2 9% H2O 10% H2S 1% Caractersticas del slido (Tamhankar 81) : Dimetro 69m 200m Densidad 2250 kg/m3 Porosidad del slido 0.43% rea superficial 4.97 m2/g Volumen de poro 0.2030 cc/g wt% Fe2O3 45% wt% SiO2 55% Conversin inicial 0.0% Conversin final 99% Dimensiones del reactor: Dimetro 1m Altura esttica 3 m (de una a seis etapas) Condiciones de operacin: Presin 25 Bar Temperatura 650 C Velocidad del gas 1/2 velocidad terminal 0.065 m/s (69m) 0.220 m/s (200 m) Caudal de gas 184 m3/h (69m) 622 m3/h (200m) __________________________________________________________________92 47. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________1.0 Dimetro de particula: 69 micras Flujo pistn en la fase densaConversin del gas (-)0.8 1 etapa de reaccin 2 etapas de reaccin 3 etapas de reaccin 6 etapas de reaccin0.60.40.20.0 01234Altura total de reactor (m) Fig. 3.23. Conversin de gas conseguida respecto a la altura del reactor. Una a seis etapas. Flujo pistn en la fase densa. Partculas de 69 micras.1.0 0.9 0.86 Etapas 3 Etapas0.7Xg[-]2 Etapas 1 Etapa0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 01234Altura dinmica [m] Fig. 3.24. Conversin de gas conseguida respecto a la altura del reactor. Una a seis etapas. Flujo CSTR en la fase densa. Partculas de 69 micras.93 48. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________1.0 0.9Conversin del gas, Xg [-]0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.31 etapa de reaccin (altura esttica total=3 m) 2 etapas de reaccin (altura esttica total=3 m) 3 etapas de reaccin (altura esttica total=3 m) 6 etapas de reaccin (altura esttica total=3 m)0.2 0.1 0.001234Altura dinmica total de reactor [m] Fig. 3.25. Partculas de 200 micras. Resultados de modelizacin con flujo pistn en la emulsin.1.0 0.9 0.8 0.7Xg0.6 0.5 0.41 etapa0.32 etapas0.23 etapas0.16 etapas0.001234Altura dinmica de reactor (m) Fig. 3.26. Partculas de 200 micras. Flujo CSTR en la emulsin del lecho fluidizado.94 49. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________Las diferencias obtenidas utilizando diferentes tipos de partculas provienen principalmente de que el caudal de gas a tratar est condicionado por la velocidad terminal de las partculas, tabla 3.3. Utilizar flujo pistn o de mezcla completa para el gas que circula por la fase densa produce diferencias nicamente en el caso de las condiciones utilizadas en las partculas ms pequeas, porque la proporcin en caudal que pasa por la emulsin respecto del total es ms importante. Los datos experimentales pueden ayudar a discriminar entre ambos flujos en cuanto a cul sea mejor o est ms cercano a las condiciones reales. Influencia del tipo de partcula segn la clasificacin de Geldart. Se muestran grficamente los resultados de modelizacin para las condiciones del sistema detallado en la tabla 3.4. Tabla 3.4 Condiciones de operacin utilizadas en modelizacin a ttulo de ejemplo para anlisis de diseo de un sistema de purificacin de gas. __________________________________________________________________ Composicin del gas (%) (planta IGCC ELCOGAS, Puertollano): CO 56% H2 20% CO2 4% N2 9% H2O 10% H2S 1% Caractersticas de las partculas de slido: Dimetro 69m, 250, 1000m Densidad 2250 kg/m3 Porosidad del slido 0.43% rea superficial 4.97 m2/g Volumen de poro 0.2030 cc/g wt% Fe2O3 45% wt% SiO2 55% Conversin entrada 0.0% Conversin salida 90% Dimensiones del reactor: Dimetro 1m Altura inicial 3 m (de 1 4 etapas con esa altura total) Condiciones de operacin: Presin 25 Bar Temperatura 650C Velocidad del gas desde mnima hasta turbulenta o de pistoneo (slagging) __________________________________________________________________95 50. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________UmfTurbulenciaUmfSluggingGama para partculas tipo D probadasGama para tipo A100 4 re ac to re4reacs en se rie (tip o B)2 re a c to r to res60enserie( tipoAes en se rie ( ti poB ))1 re acto r( tipoB )1 re ac to r(40s lid o tipR gim en turbulentoo AUmf)Conversin del gas, X g [% ]802 reactores en serie (tipo D ) 1 re a c to r (tip o D)G am a para partculas tipo B20D im etro de reactor = 1 m A ltura de lecho a U m f = 3m T ipo de distribuidor = Perforado. 625 agujeros/m 2. 69 m icras. T ipo A de G eldart. 250 m icras. T ipo B de G eldart. 1000 m icras. T ipo D de G eldart.0 0.00.20.40.60.8V elocidad del gas [m /s]Figura 3.27. Influencia del tipo de partcula segn la clasificacin de Geldart en el comportamiento del sistema de purificacin. Condiciones especificadas en tabla 3.4.96 51. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________Partculas de 69 micras: Cada punto de la figura 3.27 se ha obtenido ejecutando los modelos del sistema, en los que se calculan los parmetros de funcionamiento del reactor. En las figuras siguientes se muestran los ms importantes. En las mismas se puede evaluar la operacin con una, dos o cuatro etapas en serie.2.52.02.0Altura [-]3.02.5Altura [m]3.01.51.51.01.00.50.50.00.0 0.00.20.40.60.80.0Dimetro de burbuja [m]0.20.30.43.02.52.52.02.0Altura [m]3.0Altura [m]0.1Fraccin volumtrica de burbuja [-]1.51.51.01.00.50.50.0 01020304050rea especfica de burbuja [m2/m3]0.0 0.0000.0010.0020.003Conc. de H2S en burbuja [kmol/m3]Figura 3.28.a. Variacin de diferentes parmetros calculados segn la longitud del lecho de partculas de 69 micras de tamao (tipo A de Geldart).97 52. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________2.52.02.0Altura [m]3.02.5Altura [m]3.01.51.51.01.00.50.50.0 0.00000.00010.00020.00030.00040.0 923.00.0005Conc. de H2S en la emulsin [kmol/m3]924.0924.5925.0925.5Temperatura de burbuja [K]3.02.52.52.02.0Altura [m]3.0Altura [m]923.51.51.51.01.00.50.50.00.0 0.00.51.01.5Coefte. de transferencia de masa burbuja-emulsin [s-1]2.00.00.20.40.60.81.0Conversin global del gas [-]Figura 3.28.b. Variacin de diferentes parmetros calculados segn la longitud del lecho de partculas de 69 micras de tamao (tipo A de Geldart). En la ltima grfica se obtiene la conversin final del gas, en la que se muestran tres de los valores incluidos en la figura 3.27.98 53. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________Partculas de 250 micras:2.52.02.0Altura [m]3.02.5Altura [m]3.01.51.51.01.00.50.50.00.0 0.00.20.40.60.80.0Dimetro de burbuja [m]0.20.30.43.02.52.52.02.0Altura [m]3.0Altura [m]0.1Fraccin volumtrica de burbuja [-]1.51.51.01.00.50.50.0 01020304050Superficie especfica de burbuja [m2/m3]0.0 0.0000.0010.0020.003Conc. H2S en burbuja [kmol/m3]Figura 3.29.a. Variacin de diferentes parmetros calculados segn la longitud del lecho de partculas de 250 micras de tamao (tipo B de Geldart).99 54. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________2.52.02.0Altura [m]3.02.5Altura [m]3.01.51.51.01.00.50.50.0 0.00000.00020.0 923.00.0004Conc. H2S en emulsin. [kmol/m3]924.0924.5925.0925.5Temperatura de burbuja [K]3.02.52.52.02.0Altura [m]3.0Altura [m]923.51.51.01.51.00.51 reactor 2 reactores en serie 4 reactores en serie0.50.00.0 0.00.51.01.5Coefte. de transferencia de masa burbuja-emulsin [s-1]2.00.00.20.40.60.81.0Conversin global de gas [-]Figura 3.29.b. Variacin de diferentes parmetros calculados segn la longitud del lecho de partculas de 250 micras de tamao (tipo B de Geldart). En la ltima grfica se obtiene la conversin final del gas, en la que se muestran tres de los valores incluidos en la figura 3.27.100 55. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________Partculas de 1000 micras:3Altura [m]43Altura [m]4212100 0.00.20.40.60.80.0Dimetro de burbuja [m]0.20.30.4433Altura [m]4Altura [m]0.1Fraccin volumtrica de burbuja [-]22110 01020304050Superficie especfica de burbuja [m2/m3]0 0.0000.0010.0020.003Conc. H2S en burbuja [kmol/m3]Figura 3.30.a. Variacin de diferentes parmetros calculados segn la longitud del lecho de partculas de 1000 micras de tamao (tipo D de Geldart).101 56. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________3Altura [m]43Altura [m]421210 0.00000.00010.00020.00030.00040 923.00.0005Conc. H2S en emulsin [kmol/m3]924.0924.5925.0925.5Temperatura de burbuja [K]4Altura de reactor [m]43Altura [m]923.52132101 reactor 2 reactores en serie 4 reactores en serie0 0.00.51.01.5Coefte. de transferencia de masa burbuja-emulsin [s-1]2.00.00.20.40.60.81.0Conversin global del gas [-]Figura 3.30.b. Variacin de diferentes parmetros calculados segn la longitud del lecho de partculas de 1000 micras de tamao (tipo D de Geldart). En la ltima grfica se obtiene la conversin final del gas, en la que se muestran tres de los valores incluidos en la figura 3.27.102 57. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________3.7.2. DISCUSIN DE LOS RESULTADOS DE MODELIZACIN. El anlisis de sensibilidad realizado muestra que las variables especficamente mostradas: -Tamao de partcula, Tipo de la misma segn la clasificacin de Geldart, Tipo de flujo considerado para el gas en la fase densa (emulsin), Conversin del slido (caudal del mismo), Nmero de etapas de contacto a igualdad de altura total de lecho de partculas, Altura total del mismo,tienen un efecto considerable en la conversin final del gas, que se ha de mover en valores lo ms cercanos al 100 % como sea posible para maximizar la captura de los compuestos de azufre contaminantes. Cualquier variacin de las condiciones de operacin, por pequea que sea hace que este valor final de conversin se vea afectado. Durante el diseo se puede actuar sobre el nmero de etapas y dimensiones del reactor. Durante el funcionamiento las variables que muestran mayor importancia son las que se han visto: caudal de gas, caudal de slido (ya que la operacin es en continuo), temperatura, presin, altura del lecho, y otras que se han empleado implcitamente en las ejecuciones del modelo, como la naturaleza del slido, su composicin, porosidad, etc. Por otro lado variables tales como caudal de gas, presin de operacin, etc., vendrn marcadas por el diseo de la planta de gasificacin en su conjunto que precede a esta planta de depuracin situada a la salida de la misma. La velocidad de reaccin depende del tipo de sorbente slido empleado, es decir composicin qumica del xido u xidos que lo componen, y caractersticas fsicas, como ha quedado patente en la primera parte de este captulo: rea superficial, porosidad, tamao, y estructura granular/porosa, por citar slo los ms importantes, y cuyo efecto se estudia con detalle en el captulo 5 para un sorbente real. La composicin en contaminantes vendr determinada por el tipo de gasificador (de lecho fijo, fluidizado, de arrastre) tal como se ha descrito en el captulo 1, tabla 1.2, y en el captulo 2, tabla 2.1, y por las caractersticas de la materia prima empleada como combustible (tipo de carbn, residuos carbonosos de diferente origen, biomasa, mezclas de diferente origen, etc.). Dado el nmero relativamente elevado de variables y posibilidades, slo se ha presentado una muestra reducida de la respuesta del sistema a las variaciones de las mismas. Dicho estudio indica la adaptabilidad del modelo desarrollado en esta tesis para contemplar las condiciones especficas de un diseo real particular.103 58. Desulfuracin de gas de sntesis a alta temperatura y presin por absorcin en xidos regenerables. C-3 _________________________________________________________________________________________________________104