Valorización de CO2 a metanol en un reactor PSA.
- Autores: Gonzalo Pascual Muñoz
- Directores de la Tesis: José Antonio Delgado Dobladez (dir. tes.), Marcos Larriba Martínez (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Vicente Ismael Águeda Maté (presid.), Silvia Álvarez Torrellas (secret.), Carlos Alberto Prieto Velasco (voc.), Pablo Navarro Tejedor (voc.), Pilar Gómez Jiménez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Química por la Universidad Complutense de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
- Resumen
no de los mayores desafíos a los que se enfrenta la sociedad en la actualidad es el Cambio Climático, y las consecuencias de este sobre los seres vivos. El Cambio Climático abarca todas las modificaciones que se producen globalmente en el clima, siendo algunas de ellas de origen humano, o antropogénicas, y otras de origen natural debidas a ciclos terrestres.
Dentro de las causas antropogénicas del Cambio Climático destaca el Calentamiento Global producido por la emisión y acumulación de gases de efecto invernadero (GEI) en la atmósfera. Dentro de los GEI, el que ha atraído el mayor interés es el CO2, debido a sus elevadas emisiones y su importante papel en el aumento de la temperatura global.
En este contexto se han desarrollado, y se siguen desarrollando, numerosas tecnologías dirigidas a evitar las emisiones de CO2, y disminuir su concentración en la atmósfera. Dentro de estas tecnologías destacan las tecnologías de captura y almacenamiento (CCS), y también la utilización de este CO2 (CCUS) creando una economía circular alrededor de este compuesto.
El metanol ha sido identificado como un compuesto clave en la transición energética sostenible, y como una de las principales salidas del CO2 capturado. La transformación de CO2 a metanol se realiza mediante hidrogenación de este primero con catalizadores de cobre a 200-300ºC y 50-100 bar de presión. El principal problema es la baja conversión de CO2 y baja selectividad a metanol, 24% y 44% respectivamente a 270ºC y 50 bar, debido a las limitaciones termodinámicas.
Uno de los pilares del desarrollo de procesos industriales es la intensificación de procesos. El objetivo de la intensificación de procesos es la reducción de costes y consumos energéticos, y, por otro lado, el aumento de la eficiencia de estos. Además, son de gran importancia en la implementación de procesos más sostenibles y medio ambientalmente amigables.
La integración, o combinación, de etapas es una de las bases en la intensificación de procesos, destacando la combinación de una etapa de reacción con la etapa de separación o purificación. En este contexto tienen gran interés las tecnologías sorption-enhanced reaction process, SERP.
La etapa de regeneración es crucial en los procesos SERP, y determina en gran medida su eficiencia. Para la regeneración del adsorbente destacan las tecnologías pressure swing adsorption, PSA, por su rapidez, sencillez y eficiencia. Estas tecnologías cuentan con numerosas aplicaciones industriales, muchas de ellas centradas en la separación y purificación de gases.
El objetivo principal del presente trabajo se centra en la intensificación del proceso de hidrogenación de CO2 a metanol, aumentando la conversión de CO2 sin comprometer la producción de metanol.
Los catalizadores sintetizados basados en cobre sobre titanosilicato ETS-4 presentan actividad catalítica, y se observa que los promotores zinc y cerio mejoran la selectividad a metanol.
Se observa que las zeolitas LTA sódicas y potásicas adsorben agua y metanol a 200ºC300ºC. Las zeolitas ricas en potasio son selectivas al agua para todas las temperaturas. Pero, en las zeolitas sódicas se produce una inversión de la selectividad.
Los mejores resultados del proceso SERP se obtienen con el catalizador comercial Cu/ZnO/Al2O3 y zeolita 3A comercial en una proporción másica 20:80, respectivamente, y un tiempo de contacto 1 g·min·mmol-1. Se obtienen conversiones totales de CO2 a 50 bar y 250ºC y 300ºC. Con respecto a los experimentos del reactor PSA se obtiene conversiones por encima del equilibrio a todas las temperaturas. Aunque, comparando el rendimiento a metanol, los mejores resultados se obtienen a 250ºC y 200ºC.
Por último, se concluye que la etapa de purga es esencial para el proceso cíclico. Durante la despresurización se regenera parcialmente el adsorbente, siendo necesaria la purga para aumentar el grado de regeneración del lecho, y, por lo tanto, mejorando la eficiencia del proceso.
