Catalyst and reactor design for carbone dioxide methanation
- Autores: Andreina Alexandra Alarcón Avellán
- Directores de la Tesis: Teresa Andreu Arbella (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jordi Llorca Piqué (presid.), Joan Llorens Llacuna (secret.), Carlos Manuel Faria de Barros Henriques (voc.)
- Materias:
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- Resumen
Power-to-Gas (P2G) es una tecnología prometedora para el almacenamiento de combustibles bajos en carbono. El concepto P2G implica la conversión de energía renovable en hidrógeno mediante electrólisis con la posibilidad de combinarlo con CO2 para producir metano (gas natural sintético, SNG). La producción de SNG mediante el proceso termoquímico de metanación de CO2 es particularmente interesante porque ofrece un combustible fácilmente transportable con un amplio mercado probado para aplicaciones de uso final de energía, calor y movilidad. Sin embargo, el desarrollo de una tecnología de metanación de CO2 rentable es uno de los mayores desafíos que enfrenta el concepto P2G.
En este contexto, esta tesis se centró en el desarrollo de un catalizador y un reactor para la metanación de CO2. Los objetivos de la tesis se abordaron en tres aspectos principales, que son: i) diseñar un catalizador de alto rendimiento basado en Ni/-Al2O3 promovido por óxido metálico y determinar su mecanismo, ii) evaluar la estabilidad del catalizador y la tolerancia al azufre para su implementación en un entorno industrial relevante (proyecto CoSin), and iii) desarrollar un modelo CFD basado en datos cinéticos experimentales para comprender el papel de las condiciones de operación y proponer una nueva configuración de reactor.
En línea con estos objetivos, un catalizador ternario basado en 25wt.%Ni-20wt.%CeO2-55wt.%-Al2O3 se propone como el más factible debido a su alto rendimiento catalítico en relación a su competitividad económica. La fuerte interacción metal-promotor y la formación favorable de Ce2O2S se revelaron como las principales causas de su alta estabilidad y tolerancia al H2S, respectivamente. Adicionalmente, su exitosa implementación en un proceso de metanación industrial de dos etapas demostró su viabilidad técnica. Finalmente, se propone un reactor multitubular para la producción de SNG a mediana escala. Por otro lado, para la producción de SNG a pequeña escala, se propone un nuevo diseño de reactor con un enfoque de gestión del calor basado en la libre convención.
