Assessment of the inlet distributors used in trickle bed reactors for diolefin's selective hydrogenation through computational fluid dynamics

Orientador: Dirceu Noriler Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química Resumo: Com a necessidade de diminuir as suas emissões de poluentes, a indústria de refino petroquímico tem investido cada vez mais em processos de tratamento dos combustíveis para eliminar compostos precursores de problemas ambientais, como chuva ácida, smog e problemas de saúde. Uma das metodologias mais aplicadas atualmente é o uso de reatores de hidrotratamento (HDT) que possuem um leito empacotado com catalisadores, como no caso dos reatores de leito gotejante (TBR), cujo intuito é remover os compostos de enxofre e de nitrogênio presente nos derivados do petróleo, a fim de diminuir as emissões de NOx, devido ao nitrogênio do ar, e de SOx, devido aos compostos sulfurosos dos derivados. No entanto, a presença de diolefinas e olefinas na composição de alimentação trazem um grande impacto na geração de calor e desativação dos catalisadores, principalmente em condições de temperatura e pressão utilizadas para o hidrotratamento. Assim, se vê a necessidade da realização de processos como a hidrogenação seletiva de diolefinas antes de processos de hidrotratamento. Combinado à isso, a aplicação de reatores de leito fixo requer diversos estudos do seus designs como o estudo do arranjo dos distribuidores de entrada. Os arranjos de entrada propostos foram o Retangular, Romboidal, Radial, Espiral e de Fermat. Uma das maneiras de se estudar a influência de parâmetros de operação e de design é a utilização de ferramentas de fluidodinâmica computacional (CFD). Deste modo, este projeto apresentou uma conversão geral de 98\% de diolefinas em olefinas para todos os arranjos, sendo o arranjo de Fermat o que proporcionou essa conversão mais rapidamente. Ao arranjo radial, destacou-se um menor fator de maldistribuição, indicando uma melhor distribuição do líquido utilizando esse arranjo Abstract: Due to the demand for lowering pollutant emissions, the refining industry have been continuously investing in fuel treatment processes in order to eliminate health and enviromental hazardous compounds. One of the main methodologies applied lately is the hydrotreating reactors which has a packed bed filled with catalysts, such as the Trickle Bed Reactors (TBR), which main objective is to remove sulfur and nitrogen compounds within the oil-derived products as a way to reduce the NOx, caused by the Nitrogen in the air, and SOx, caused by sulphurous compounds in the oil-derived products generated in its combustion. However, feed composition containing diolefins and olefins have a significant impact in heat generation and catalyst deactivation, specially in hydrotreating temperatura and pressure conditions. Therefore, there is a need in promoting the delective hydrogenation of diolefins before the hydrotreating process. Also, the application of this kind of reactors requires studies in its design, such as inlet distributors setup. This project studied five different arrengments, Retangular, Rhomboidal, Radial, Spiral and Fermat. One of the ways to study the operational parameters and reactor design is through the usage of computational fluid dynamics, CFD. In this regard, this project showed a 98 \% conversion of diolefin to olefins for all the setups, highlighting the Fermat arrangement, which reached this conversion faster than its counterparts. The radial setup showed a lower maldistribution factor, indicating a better liquid distribution when using this arrangement Mestrado Engenharia Química Mestre em Engenharia Química CNPQ 130576/2020-4