Avances en deshidrogenación de alcanos y purificación de hidrógeno mediante el uso de reactores de lecho fluidizado de dos zonas

  1. Lobera González, María Pilar
Dirigida por:
  1. Carlos Téllez Ariso Director/a
  2. Javier Herguido Huerta Director/a

Universidad de defensa: Universidad de Zaragoza

Fecha de defensa: 18 de septiembre de 2009

Tribunal:
  1. Miguel Menendez Sastre Presidente/a
  2. Jaime Soler Herrero Secretario/a
  3. María Pilar González Marcos Vocal
  4. Rafael Moliner Alvarez Vocal
  5. Jorge Gascón Sabaté Vocal

Tipo: Tesis

Teseo: 279979 DIALNET

Resumen

EN EL INSTITUTO DE INVESTIGACIÓN EN INGENIERÍA DE ARAGÓN (I3A) SE VIENE DESARROLLANDO POR PARTE DE MIEMBROS DEL GRUPO DE CATÁLISIS, SEPARACIONES MOLECULARES E INGENIERÍA DE REACTORES (CREG) UNA LÍNEA DE TRABAJO SOBRE INGENIERÍA DE REACTORES. EN ELLA SE ESTÁ ESTUDIANDO LA VIABILIDAD DE LA APLICACIÓN DE LOS REACTORES DE LECHO FLUIDIZADO DE DOS ZONAS (RLFDZ) Y DE LOS REACTORES DE LECHO FLUIDIZADO CON CIRCULACIÓN INTERNA (RLFCI) A DISTINTAS REACCIONES DE CATÁLISIS HETEROGÉNEA. LOS REACTORES DE LECHO FLUIDIZADO DE DOS ZONAS (RLFDZ), PERMITEN ALIMENTAR LOS REACTANTES DE MANERA SEPARADA, EN DISTINTAS ZONAS DEL REACTOR, DE MODO QUE, EN LAS CONDICIONES DE TRABAJO ADECUADAS, SE CREARÍAN DENTRO DEL MISMO REACTOR, DOS ZONAS DE REACCIÓN CON DISTINTA ATMÓSFERA. ADEMÁS, EL MOVIMIENTO DE SÓLIDO PROPIO DE LOS LECHOS FLUIDIZADOS FACILITARÍA LA CONSECUCIÓN DEL ESTADO ESTACIONARIO. ESTAS CARACTERÍSTICAS LOS HACEN ESPECIALMENTE INTERESANTES PARA SU APLICACIÓN A REACCIONES CATALÍTICAS EN LAS QUE EL CATALIZADOR SE VE SUJETO A ETAPAS SUCESIVAS DE REACCIÓN Y REGENERACIÓN O BIEN DE REDUCCIÓN Y RE-OXIDACIÓN. TAL ES EL CASO DE LAS REACCIONES DE DESHIDROGENACIÓN DE ALCANOS O EN LAS QUE EL CATALIZADOR SUFRE UNA RÁPIDA DESACTIVACIÓN POR LA FORMACIÓN DE COQUE SOBRE SU SUPERFICIE, SIENDO NECESARIA SU REGENERACIÓN; O LA PURIFICACIÓN DE HIDRÓGENO MEDIANTE OXIDACIÓN SELECTIVA DE CO, EN LA QUE EL USO DEL RLFDZ PODRÍA SUPONER UNA MEJORA EN EL RENDIMIENTO DEL PROCESO, AL CONTROLAR DE MANERA MÁS EFICIENTE EL ESTADO DE OXIDACIÓN DEL CATALIZADOR. A LO LARGO DE ESTE TRABAJO SE HA ANALIZADO LA VIABILIDAD DE LA APLICACIÓN DE LOS REACTORES DE LECHO FLUIDIZADO DE DOS ZONAS A DISTINTAS REACCIONES: LA DESHIDROGENACIÓN CATALÍTICA DE PROPANO, LA DESHIDROGENACIÓN CATALÍTICA DE N-BUTANO Y LA PURIFICACIÓN DE CORRIENTES DE HIDRÓGENO MEDIANTE OXIDACIÓN SELECTIVA DE CO. SE HAN SINTETIZADO DISTINTOS CATALIZADORES PARA LLEVAR A CABO LAS REACCIONES ESTUDIADAS EN ESTA MEMORIA: EL CATALIZADOR Pt-Sn-K/Al2O3, PREPARADO MEDIANTE IMPREGNACIÓN A HUMEDAD INCIPIENTE SECUENCIAL, HA SIDO UTILIZADO PARA LA DESHIDROGENACIÓN DE PROPANO; EL CATALIZADOR Pt-Sn/MgAl2O4, PREPARADO MEDIANTE IMPREGNACIÓN A HUMEDAD INCIPIENTE Y SOPORTADO SOBRE UNA ESPINELA DE MGAl2O4 (PREPARADA POR CO-PRECIPITACIÓN) HA SIDO EMPLEADO PARA LA DESHIDROGENACIÓN DE N-BUTANO; EL CATALIZADOR Cu-Ce/Al2O3 SINTETIZADO MEDIANTE UN MÉTODO DE IMPREGNACIÓN A HUMEDAD INCIPIENTE Y EL CATALIZADOR Pt-Co-Ce/Al2O3 PREPARADO MEDIANTE CO-IMPREGNCIÓN, HAN SIDO UTILIZADOS EN LA PURIFICACIÓN DE HIDRÓGENO MEDIANTE OXIDACIÓN SELECTIVA DE CO. ADEMÁS, LOS CATALIZADORES SINTETIZADOS EN ESTE ESTUDIO SE HAN CARACTERIZADO EMPLEANDO DIVERSAS TÉCNICAS: ANÁLISIS TERMOGRAVIMÉTRICO, DETERMINACIÓN DE LA SUPERFICIE ESPECÍFICA BET, DIFRACCIÓN DE RAYOS X, ANÁLISIS QUÍMICO, MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE TRANSMISIÓN, REDUCCIÓN A TEMPERATURA PROGRAMADA Y ANÁLISIS TEMPORAL DE PRODUCTOS. SE HA REALIZADO UN ESTUDIO CINÉTICO EN REACTORES DE LECHO FLUIDIZADO CONVENCIONAL PARA CADA UNO DE LOS SISTEMAS ANALIZADOS. ADEMÁS, SE HA ANALIZADO EL EFECTO QUE LAS DISTINTAS VARIABLES DE OPERACIÓN (TEMPERATURA DE REACCIÓN, % DE OXÍGENO, RELACIÓN DE ALTURAS ENTRE ZONAS DEL RLFDZ, VELOCIDAD SUPERFICIAL RELATIVA Y CONFIGURACIONES DEL RLFDZ) TIENEN EN LA EFICACIA DEL REACTOR DE LECHO FLUIDIZADO DE DOS ZONAS CUANDO SE APLICA A CADA UNA DE LAS REACCIONES OBJETO DE ESTUDIO. SE HA DESARROLLADO UN MODELO CINÉTICO COMPLETO DE TIPO LANGMUIR-HINSHENLWOOD-HOUGEN-WATSON PARA LA DESHIDROGENACIÓN CATALÍTICA DE PROPANO, QUE INCLUYE TANTO LA REACCIÓN PRINCIPAL COMO LA DE CRAQUEO Y LA DESACTIVACIÓN DEL CATALIZADOR COMO FUNCIÓN DE LA CANTIDAD DE COQUE FORMADA EN MONO Y MULTICAPA SOBRE LA SUPERFICIE DEL CATALIZADOR. ESTE MODELO SE HA UTILIZADO PARA LA SIMULACIÓN DEL RLFDZ. SE HAN COMPARADO LOS RESULTADOS OBTENIDOS EN ESTE ESTUDIO EN EL RLFDZ EN LAS DISTINTAS REACCIONES CON LOS OBTENIDOS POR OTROS AUTORES EN DISTINTOS SISTEMAS DE REACCIÓN UTILIZANDO CATALIZADORES SIMILARES EN CADA CASO. ADEMÁS, SE HAN EVALUADO Y COMPARADO DISTINTOS MÉTODOS DE ANÁLISIS CUANTITATIVO DE LOS DATOS OBTENIDOS EN UN SISTEMA TAP (TEMPORAL ANALYSIS OF PRODUCTS); EN LA DESHIDROGENACIÓN DE PROPANO SOBRE UN CATALIZADOR DE Pt-Sn-K/Al2O3. PARA LO CUAL, SE HA ESTUDIADO EL EFECTO DE LA TEMPERATURA DE REACCIÓN Y LA CANTIDAD DE CATALIZADOR EMPLEADO EN CADA ENSAYO. ASIMISMO, SE HA ANALIZADO EL EFECTO QUE TIENE EL COEFICIENTE DE DIFUSIÓN KNUDSEN SOBRE LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN Y LA CONVERSIÓN DE PROPANO OBTENIDAS.