Para obtener información acerca del rendimiento y vida útil restante de un catalizador, las refinerías utilizan la medición y monitorización exacta de la temperatura. Las mediciones clave en un reactor de conversión de gas de síntesis (syngas) son: 1) aproximación a las temperaturas de equilibrio, 2) curvas de temperatura exotérmica o «S», y 3) % curvas de temperatura exotérmica.
La monitorización exacta de la temperatura es la herramienta más eficaz para el seguimiento del estado y comportamiento del catalizador en los reactores de conversión a alta temperatura (HTS), y a baja temperatura (LTS). Para mejorar el rendimiento del catalizador y garantizar un funcionamiento seguro, las refinerías debe medir la temperatura del catalizador a la salida y, a continuación, trazar la lectura contra la profundidad del lecho del catalizador.
Mediciones y ecuaciones para determinar el rendimiento del catalizador
Aproximación al equilibrio
La aproximación al equilibrio (ATE: approach to equilibrium) para la salida de un lecho de catalizador es la diferencia entre la temperatura de salida real y la temperatura de salida de equilibrio teórica para la composición del producto de salida. La ATE es un buen indicador del comportamiento del catalizador. Por ejemplo, un aumento de la ATE es un signo de envejecimiento del catalizador. Una información precisa sobre la composición y las temperaturas de salida proporcionará una evaluación válida de la ATE, que, a su vez, será un fiel reflejo de la actividad del catalizador a esa temperatura.
Gráficos de temperatura de la curva «S”
Una curva «S» es un buen indicador del rendimiento del catalizador..
El trazado de la temperatura de los termopares del lecho del catalizador frente a la profundidad del lecho genera una curva en forma de «S», como se muestra en esta figura:
Las curvas en forma de «S» son un buen indicador de la actividad del catalizador y pueden ayudar a predecir los eventos del mismo. La sección plana inicial a bajas temperaturas representa poco o ningún aumento de temperatura y ninguna reacción. Se puede deducir que el catalizador está inactivo. A medida que aumenta la temperatura, la actividad del catalizador y la velocidad de reacción aumentan bruscamente. La sección plana final representa la parte del catalizador que aún no es necesaria para la reacción.
Cuanto mayores sean los puntos de medición de temperatura, la refinería obtendrá un perfil más detallado acerca del rendimiento del catalizador y su evolución histórica. Estos datos permiten predecir cuánta vida útil le queda al catalizador.
% Gráficos de exotérmica
Al tomar cada punto de medición de temperatura y expresarlo como un porcentaje de la exotérmica total (distancia «S»), se minimiza gran parte del ruido que afecta a los datos por la variación de la temperatura de entrada.
La temperatura de entrada del lecho de conversión puede cambiar con el tiempo, y las temperaturas directas pueden fluctuar demasiado para dar una imagen clara de lo que está sucediendo en el reactor a lo largo del tiempo. El perfil de temperatura del cambio total de temperatura en el reactor -la exotérmica- ha demostrado ser más útil a la hora de seguir el rendimiento de un catalizador exotérmico de lecho fijo.
Si se toma cada punto de medición de la temperatura y se expresa como un porcentaje de la exotérmica total, también se genera una curva en «S», pero se minimiza gran parte del ruido que afecta a los datos por la variación de la temperatura de entrada.
Profundidad mínima de reacción del catalizador
El volumen mínimo de catalizador para cada reacción particular en cada deslizamiento particular de óxido de carbono (CO) puede estimarse a partir de las curvas exotérmicas «S». Dado que los sensores de temperatura (termopares) están situados a profundidades conocidas, se puede calcular el volumen de catalizador entre ellos. Si se dispone de más puntos de medición de la temperatura, se obtendrán mejores estimaciones.
Gráficos de extinción
Las curvas «S» representan todos los puntos de medición de la temperatura en un momento determinado. Las curvas «Die-off» trazan cada punto de temperatura a lo largo del tiempo. Muestran los cambios en la actividad del catalizador en una zona concreta del lecho del catalizador y se utilizan para calcular las tasas de extinción y la vida útil restante del lecho, siempre que las condiciones permanezcan constantes. Esto permite predecir la vida del lecho con un alto nivel de certeza.
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