Development of the dimethyl ether-to-olefins process: from fundamentals to the reactor simulation

Abstract

Esta tesis estudia el proceso de conversión de dimetil éter en olefinas (DTO) sobre catalizadores de zeolita HZSM-5, abarcando la comprensión del mecanismo de reacción, selección del catalizador, modelado cinético, diseño de reactores alternativos y de un sistema reactor-regenerador con unidades de lecho fluidizado (adecuado para la implantación industrial). Se han realizado contribuciones originales en las metodologías de dos facetas fundamentales, que son de aplicación en otros procesos con desactivación del catalizador: (i) el modelado cinético para esquemas de reacción complejos; (ii) el diseño de reactores con circulación de catalizador. Así, se ha establecido el modelo cinético de lumps para dos catalizadores de zeolita HZSM-5 con diferente acidez, considerando el mecanismo de reacción y desactivación. Se ha procedido igual para el craqueo de n-pentano, seleccionado como compuesto modelo de la fracción mayoritaria de subproductos en el proceso DTO. Los modelos cinéticos se han utilizado para el diseño de diferentes reactores (lecho fijo, móvil y fluidizado sin y con circulación del catalizador). El diseño del sistema reactor-regenerador se ha realizado con un modelo original, considerando la distribución de la actividad en ambas unidades y su relación. El modelo se ha utilizado en el análisis del efecto de las variables (temperatura, tiempo espacial, agua co-alimentada y tiempo medio de residencia), y de la acidez del catalizador, en la conversión, rendimiento de olefinas y subproductos, y desactivación, obteniéndose las condiciones adecuadas del proceso.