CFD SIMULATION OF A PILOT PLANT DELAYED COKING REACTOR USING AN IN-HOUSE CFD CODE

Abstract

espanolRESUMEN Una simulacion de un reactor piloto de coquizacion retardada fue realizada empleando un codigo propio de dinamica de fluidos computacional (CFD). El reactor fue modelado como un sistema dinamico de tres fases donde el coque es una fase solida porosa, el fondo de vacio es la fase liquida y los productos destilables son la fase gaseosa. Los balances de continuidad, momento y energia propuestos para describir la dinamica del proceso de coquizacion fueron discretizados mediante el metodo de los volumenes finitos sobre una malla axisimetrica de dos dimensiones. Un algoritmo tipo PEA fue desarrollado para describir el arrastre entre las fases fluidas y un algoritmo SIMPLEC modificado llevo a cabo el acoplamiento entre la presion y la velocidad. El simulador de CFD fue programado en lenguaje C++ para sistema operativo tipo Linux; todos los graficos fueron construidos en la plataforma de visualizacion Paraview. Una corrida completa de 12 horas y el posterior enfriamiento de la cama de coque obtenida para tres fondos de vacio fue simulada, los resultados fueron comparados con datos experimentales y un buen acuerdo fue encontrado, el simulador demostro gran potencial para ser escalado a nivel industrial. EnglishABSTRACT A simulation of a pilot plant delayed coking reactor was performed using an in-house computational fluid dynamics (CFD) code. The reactor was modeled as a three-phase dynamic system where the coke is the porous solid phase, the vacuum residue the liquid phase and the distillable product the gas phase. Equations of continuity, momentum, and energy proposed to describe the coking dynamic process where discretized employing the finite volume method and the domain was defined by a 2D structured axisymmetric grid. A PEA algorithm was developed to account for the drag between the fluid phases, and a modified SIMPLEC algorithm achieved the pressure-velocity coupling. The CFD simulator was programmed in C++ code for Linux operating system; all the graphics were constructed in ParaView visualization platform. A full run of 12 hours and the cooling of the resulting coke bed for three different vacuum residues were simulated, the results were compared with experimental data and a good agreement was observed, the simulator demonstrated great potential to be scaled up to industrial level. portuguesRESUMO Foi realizada uma simulacao de uma planta piloto de um reator de coqueamento retardado aplicando um codigo interno de fluidodinâmica computacional (CFD). O reator foi modelado como um sistema dinâmico de tres fases, estando o coque em fase solida, o residuo de vacuo em fase liquida, e os destilaveis em fase gasosa. As equacoes de continuidade, de momento e de energia propostas para descrever o processo de coquemento dinâmico foram discretizadas utilizando o metodo dos volumes finitos, e a area foi definida por uma grade de eixo de simetria estruturada em 2D. Foi desenvolvido um algoritmo PEA para representar o arrasto entre as fases fluidas, e um algoritmo SIMPLEC modificado atingiu o acoplamento pressao-velocidade. O simulador CFD foi programado em codigo C++ para o sistema operacional Linux. Todos os graficos foram construidos em uma plataforma ParaView. Simulando a operacao de 12 horas e o arrefecimento do leito de coque resultante para tres residuos de vacuo diferentes, os resultados foram comparados com os dados experimentais e foi observado uma boa correlacao, o simulador mostrou grande potencial de ser escalado no nivel industrial.