Caída en la actividad del catalizador 143

Como fuera mencionado con anterioridad, este sistema no posee la capaci-

dad de “adaptar” la capacidad de transferencia de la zona de precalenta-

miento, aspecto que si se verifica en los sistemas de inversión de flujo (para ambos esquemas propuestos). Esta carencia posiciona al conjunto regenera- dor-reactor en desventaja, al menos en principio y en relación a la cantidad de material involucrado (inerte y catalítico). Cabe preguntarse entonces si es fac- tible encontrar condiciones de operación/diseño que permitan alcanzar un cierto grado de flexibilidad en términos de la desactivación del catalizador, comparable a lo observado en los sistemas de inversión de flujo. Para ello, se consideró una variación en la relación entre la actividad del catalizador en un momento dado y la actividad del catalizador fresco, a a0, entre 1 y 10

-3_{, para}

diferentes tiempos de ciclo. Los resultados se muestran en la Figura 6.2.

Como puede observarse en la Figura 6.2, mientras el css resulta encendido, la temperatura de entrada al reactor permanece prácticamente invariable fren- te a la variación en la actividad del catalizador. En cada caso existe un umbral de actividad (que llamaremos actividad crítica) para el cual el estado encendi-

do no puede mantenerse sin introducir alguna modificación en la operación y por ende el sistema se apaga8_{. Adicionalmente, la transición entre un estado y}

otro es, en todos los casos, marcadamente abrupta. Esto es una consecuencia directa de la operación con elevada conversión de VOCs en el reactor en dicha situación. En este aspecto, los esquemas analizados en el presente estudio son semejantes: debido a la pequeña fuerza impulsora para la operación autotér- mica (el T_ad) y la elevada energía de activación de las reacciones involucradas, los estados de operación posibles se caracterizan por una conversión prácti- camente nula (css apagado) o esencialmente completa (css encendido).

Figura 6.2: efecto de la caída en la actividad del catalizador en el sistema regenerador-reactor (fL 1%).

Adicionalmente, puede observarse que el umbral de actividad catalítica que separa los estados encendido y apagado, depende fuertemente de la tempera- tura de alimentación al reactor (en este caso, modificada a través del tiempo de ciclo). Por el contrario, como se desprende de los resultados del análisis realizado para los sistemas de inversión de flujo (Figura 5.13), en este último no existe tal sensibilidad o bien no resulta relevante si se consideran los bajos valores de actividad crítica alcanzados.

Lo señalado en el párrafo anterior es una consecuencia directa del tipo de esquema propuesto: una vez alcanzado el css, el reactor opera en forma adia- bática y en estado estacionario, como en cualquier sistema convencional.

8 _{Cabe señalar que la emisión de VOCs en tal condición podría superar el valor límite estable-}

cido en el Capítulo 2 (9 ppm). No obstante, el conocimiento de la actividad crítica (definida como el valor umbral previo al apagado del sistema) sirve para establecer un marco de referencia.

Luego, es de esperar que la temperatura de alimentación al mismo posea un fuerte impacto sobre el estado de operación, independientemente de cómo se haya alcanzado la misma. Para corroborar esto último, se buscó el valor de ac- tividad crítica (con una tolerancia relativa de 10-3_{) para cuatro valores de}

longitud de regenerador (0.494 m, 0.519 m, 0.545 m, 0.570 m), y consideran- do un rango de t_ciclo comprendido entre los 10 y los 100 segundos. Todos los demás parámetros corresponden a los informados en la Tabla 6.1.

Los resultados obtenidos se muestran en la Figura 6.3, donde se han regis- trado los valores de la actividad crítica,



a a0



crit, la temperatura de

alimentación al reactor y la cantidad de VOCs remanentes en dicha condición. En la misma se observa que un aumento en el tiempo de ciclo, o una menor longitud del regenerador, produce un descenso en la temperatura de alimenta- ción al reactor en la condición crítica. Consecuentemente, el valor de actividad crítica aumenta (situación más desfavorable) al incrementar el tiempo de ciclo.

Figura 6.3: efecto del tiempo de ciclo y la longitud del regenerador sobre la actividad crítica del catalizador (fL 1%).

Por otro lado, la cantidad de VOCs emitida en la condición crítica resulta aproximadamente constante y muy pequeña para todas las condiciones (cer-

cana a unos 15 ppm). Esto es una característica general de los esquemas au- totérmicos cuando se procesan reacciones de oxidación, cuyas energías de activación son típicamente muy elevadas, y la temperatura de alimentación al sistema es significativamente menor a la temperatura de reacción. Este aspec- to se aborda desde una perspectiva simplificada en el Apéndice 6.1.

Todo lo discutido en los párrafos anteriores se puede visualizar eliminando el tiempo de ciclo como parámetro y graficando directamente los valores de



a a0



crit contra la temperatura de alimentación al reactor (para cada longitud

de regenerador). Esto se muestra en la Figura 6.4, en donde se observa clara- mente que la dependencia de



a a0



crit con el tiempo del ciclo o la longitud del

regenerador se debe exclusivamente a la variación de la temperatura de ali- mentación al reactor (todas las curvas se solapan en una sola).

De esta manera, operando el sistema de forma tal de obtener una tempera- tura de alimentación al reactor suficientemente elevada (por ejemplo, en el rango comprendido entre los 260 y los 300 ºC), se alcanza un grado de flexibi- lidad comparable con los que ofrecen ambos esquemas de inversión de flujo.

Figura 6.4: actividad crítica del catalizador vs. la temperatura de alimentación al reactor (fL 1%).

In document Combustión catalítica de compuestos orgánicos volátiles utilizando sistemas autotérmicos con intercambio de calor regenerativo (página 177-181)