ANÁLISIS DE UN REACTOR DE MEMBRANA PARA LA DESHIDROGENACIÓN OXIDATIVA DE ETANO

M. L. RODRIGUEZ; D.E. ARDISSONE; E. LÓPEZ; M. N. PEDERNERA; D.O. BORIO

Valle Hermoso, Córdoba, Argentina

Otro; I Reunión Interdisciplinaria de Tecnología y Procesos Químicos; 2008

La producción industrial de etileno es actualmente llevada a cabo mediante la deshidrogenación directa de etano a etileno. Esta reacción es altamente endotérmica y está limitada por el equilibrio químico, favorecido por altas temperaturas y bajas presiones. Se requiere por lo tanto una cantidad importante de energía, que es provista instalando el reactor tubular en un horno al que se alimenta un combustible (e.g., gas natural, fuel gas). Una alternativa prometedora frente al proceso convencional es la deshidrogenación oxidativa de etano (ODH) a etileno, en presencia de un catalizador conveniente. En este caso las reacciones son irreversibles y exotérmicas, por lo no se requiere suministro de calor externo y no se observan limitaciones de equilibrio. Sin embargo la reacción de oxideshidrogenación compite con la combustión indeseada de etano y etileno. Según lo reportado en estudios cinéticos de ODH, bajas presiones parciales de oxígeno aumentan la selectividad, disminuyendo el calor generado y aumentando la producción de etileno.  Por lo tanto sería conveniente distribuir el oxígeno en forma controlada, dado que las bajas presiones parciales de oxígeno favorecen las reacciones selectivas frente a las de oxidación total. De esta manera la generación de calor sería más homogénea a lo largo del reactor, evitándose los puntos calientes y situaciones fuera de control. Una alternativa atractiva que se presenta frente a los reactores de lecho fijo es el empleo de un reactor de membrana, para distribuir axialmente la entrada de oxígeno en el medio de reacción. En el presente trabajo se presenta la simulación de un reactor multitubular de membrana  para la reacción de deshidrogenación oxidativa de etano a etileno. Para describir la operación del mismo se planteó un modelo pseudohomogéneo, unidimensional, no isotérmico, en estado estacionario [1]. En el diseño estudiado el O2 (aire) es dosificado desde la carcasa a través de una membrana porosa tubular hacia los tubos, empacados con partículas catalíticas. Se ha seleccionado una membrana cerámica porosa. Los parámetros geométricos de la misma, necesarios para cuantificar los flujos de permeación, fueron extraídos de trabajos previos del grupo [2]. Se analiza el efecto de la temperatura de entrada del gas de proceso al lecho empacado y de la concentración de oxígeno en la boca de los tubos. Los resultados obtenidos se comparan con los correspondientes a un reactor multitubular de lecho fijo convencional. Se analizan algunas de las principales variables, como selectividad a etileno, velocidad de producción, temperaturas máximas, etc. [1] Rodríguez, M., Ardissone D., Lemonidou A., Heracleous E., López E., Pedernera M., Borio D. Simulation of a membrane reactor for the catalytic oxydehydrogenation of ethane. Ind. Eng. Chem. Res., 2008, en prensa. [2] Pedernera, M.; Mallada, R.; Menéndez, M.; Santamaría, J. Simulation of an Inert Membrane Reactor for the Syntesis of Maleic Anhydride.  AIChE Journal, 2000, 46, 2489.