Desarrollo de un transportador de oxígeno basado en un óxido mixto de manganeso y hierro para su uso en chemical-looping combustion (CLC)

Pérez Vega, Raúl
Abad Secades, Alberto (dir.)

Herguido Huerta, Francisco Javier (ponente)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2013
Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente department, Ingeniería Química area

Máster Universitario en Iniciación a la Investigación en Ingeniería Química y del Medio Ambiente

Abstract: La tecnología Chemical-Looping Combustión (CLC) permite la combustión con captura inherente de CO2 sin ninguna penalización energética respecto a una tradicional. La combustión se realiza gracias a un sólido, normalmente un óxido metálico, que es quien aporta o transporta el oxígeno necesario para la reducción del combustible a CO2 y vapor de agua. En este trabajo, se han desarrollado 9 transportados de oxígeno (TO) preparados por mezcla mecánica y peletización por presión con diferentes relaciones másicas entre los óxidos constituyentes y condiciones de calcinación. Mediante la cantidad de transporte de oxígeno (RTO) y la reactividad mostradas en TGA con H2, y la resistencia mecánica a la fractura de cada uno de ellos, se elige un transportador de oxígeno denominado Mn76Fe_Briq, con una relación en peso de 76% de Mn3O4 y 24% de Fe2O3, una calcinación de 4 h a 950 ºC, que tiene una capacidad de transporte de oxígeno del 6,5%. Se realiza el escalado del método de preparación obteniendo partículas por spray drying en las mismas condiciones. Al carecer de buena resistencia mecánica se volvieron a calcinar durante 1 h a 1350 ºC (Mn76Fe_SD_1350). Se analizó el comportamiento de los dos transportadores en una termobalanza y en un reactor de lecho fluidizado frente a combustibles gaseosos, H2, CH4 y CO, a 950ºC. Mn76Fe_Briq, tras 38 h de operación, mostró buena reactividad con H2 y CO, con una conversión del gas a productos de reacción de entre el 96 y el 100%. La combustión con CH4 fue menos reactiva llegando a una conversión del gas del 65%. Además, las partículas mostraron una moderada velocidad de atrición de 0,286 %finos/h, dándoles una vida útil de 350 h. Mn76Fe_VITO_1350, tras 23 h de operación, mostró muy buena reactividad con H2 y CO con conversiones de estos gases similares a las obtenidas con Mn76Fe_Briq (96-100%). La reactividad que mostraron estas partículas con CH4 fue mucho mejor, alcanzando conversiones del gas, principalmente, a CO2 y H2O del 80%, haciéndolo un transportador de oxígeno válido para la combustión de gas natural. Al someterlo a sucesivos ciclos de reducción y oxidación con H2, el transportador se mostró muy reactivo en la reducción. En la oxidación, a partir del ciclo 3 sufrió una activación. La reactividad de las partículas fue decayendo por la aparición progresiva de H2, pero aun así, la conversión de este gas a H2O fue casi completa, manteniendo el transportador una alta reactividad. La velocidad de atrición fue 0,06 %finos/h, dando una vida útil a las partículas de 1670 h.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master