Valorización de biogás mediante descomposición catalítica para la producción de gas de síntesis y nanofibras de carbono

Llobet Cucalón, Saul de
Suelves Laiglesia, Isabel (dir.) ; Moliner Álvarez, Rafael (dir.)

Universidad de Zaragoza, 2015

Resumen: El aprovechamiento del biogás para la producción simultánea de gas de síntesis y nanofibras de carbono se plantea como una alternativa muy interesante a su combustión para la producción de energía. Debido a su composición, el biogás es considerado como una materia prima idónea para el reformado seco de CH4. No obstante, suele presentar ratios CH4:CO2 superiores a la unidad y por lo tanto, evitar la deposición de carbono es complicado. Por este motivo, se plantea la posibilidad de promover la deposición de carbono en forma de nanofibras de carbono de alto valor añadido, puesto que estos materiales no son responsables directos de la desactivación de los catalizadores. El trabajo presentado en esta memoria aborda el estudio de la descomposición catalítica de biogás (DCB). Para ello, se han sintetizado distintos catalizadores masivos de níquel, empleando distintos promotores texturales y métodos de síntesis, y se ha estudiado cómo afectan las condiciones de operación (temperatura, velocidad espacial y ratio CH4:CO2) a la actividad y estabilidad de los catalizadores, así como a la cantidad y calidad del material carbonoso que se produce durante la reacción. Generalmente, un aumento del valor de cualquiera de las variables de operación provoca un aumento de la actividad catalítica. Sin embargo, está situación produce un incremento de la concentración de carbono en la superficie de las partículas catalíticas que puede provocar su desactivación. De esta forma existe un compromiso entre la actividad y la estabilidad catalítica que permite maximizar la producción de carbono. No obstante, conforme aumenta el tiempo de reacción, la estabilidad catalítica es el factor más determinante. El tipo de carbono así como la estructura que presentan los nanofilamentos de carbono son parámetros muy importantes que dependen de las condiciones de operación, siendo la temperatura la variable más determinante. Un aumento de su valor provoca una disminución considerable de la proporción de nanofilamentos de carbono. Debido a la toxicidad del níquel, se han sintetizado catalizadores masivos empleando fases activas alternativas como el cobalto o el hierro. Además, se ha estudiado la posibilidad de reducir la cantidad de níquel mediante la preparación de catalizadores bimetálicos de níquel y cobalto y la preparación de catalizadores soportados que contienen un 48,5 % en peso menos de fase activa que los catalizadores masivos. También se ha evaluado el efecto que tienen el NH3 y los siloxanos, dos de los compuestos minoritarios del biogás, en el comportamiento de los catalizadores en la DCB. Los resultados obtenidos sugieren que, en el caso de que el proceso se llevase a cabo a nivel industrial, se podría prescindir de las etapas de limpieza asociadas a dichos compuestos reduciendo de esta forma los costes del proceso. Finalmente, con el objetivo de estudiar una posible implantación del proceso a nivel industrial, se ha estudiado el escalado del proceso mediante la utilización de un reactor rotatorio y un reactor de lecho fluidizado. Los resultados obtenidos reflejan que desde el punto de vista técnico el escalado del proceso es viable. En estos dispositivos se consigue aumentar considerablemente la producción neta de carbono, manteniendo razonablemente las producciones por gramo de catalizador. A partir de las investigaciones realizadas en esta tesis doctoral, se puede concluir que la valorización catalítica de biogás para la producción de gas de síntesis y nanofibras de carbono es una alternativa viable, tanto técnica como económicamente, a la producción de energía a partir de su combustión.

Pal. clave: carbono ; tecnología de catálisis ; tecnología de materiales ; hidrógeno

Área de conocimiento: Tecnología del medio ambiente

Departamento: Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente

Nota: Presentado: 11 12 2015

Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, 2015