Reformado de metano con transportadores sólidos de oxígeno (Chemical Looping Reforming)

El reformado de metano con transportadores sólidos de oxígeno (Chemical Looping Reforming
\n– CLR) es un proceso autotérmico de refomado de metano en el que se utilizan transportadores
\nsólidos de oxígeno - TO (óxidos metálicos) en dos lechos fluidizados interconectados, el
\nreactor de reducción (RR) y el de oxidación (RO). Estos sólidos transfieren el oxígeno del aire
\nal combustible evitando el contacto directo entre ellos.
\nEste trabajo ha centrado su investigación en el desarrollo y caracterización de transportadores
\nsólidos de oxígeno basados en NiO adecuados al proceso y en demostrar la viabilidad del
\nproceso CLR a nivel de planta piloto. Para ello, se prepararon distintos TO mediante varios
\nmétodos y utilizando diferentes soportes. Para seleccionar los TO más adecuados entre los
\nmateriales preparados, se realizaron experimentos consistentes en multiciclos reducciónoxidación
\nen una termobalanza y en un reactor de lecho fluidizado discontinuo. Los resultados
\nobtenidos mostraron que los transportadores de oxígeno preparados por impregnación con
\nhumedad incipiente presentan las propiedades deseadas en el proceso CLR.
\nA continuación, se estudió el comportamiento de los transportadores de oxígeno seleccionados
\nen una planta piloto de dos lechos fluidizados interconectados de 900 Wt. Además, se analizó el
\nefecto de las principales variables de operación sobre la distribución de gas producto,
\nconversión de metano, formación de carbono e integridad del transportador. En todos los
\nexperimentos realizados, la conversión de metano fue muy alta y la composición del gas
\nproducto obtenida era la correspondiente al equilibrio termodinámico. Durante las 50 horas de
\noperación no se detectó deposición de carbono ni problemas de aglomeración o de fluidización.
\nLa pérdida de material por atrición fue despreciable y además, los transportadores no perdieron
\nreactividad ni sufrieron cambios importantes en sus propiedades físico-químicas durante la
\noperación. Por todo esto, puede decirse que los TO desarrollados en este trabajao pueden ser
\nutilizados en grandes instalaciones de CLR para la producción de H2.
\nPosteriormente se analizó el efecto de la presión de trabajo sobre el proceso CLR. Para ello, se
\nrealizaron experimentos en una instalación equipada con un reactor de lecho fluidizado con
\nalimentación continua de sólido que podía trabajar hasta 10 atmósferas de presión. Los
\nresultados obtenidos mostraron que la presión de trabajo no produce cambios significativos en
\nla composición del gas producto, conversión de metano ni en la integridad del transportador de
\noxígeno.
\nAdemás, se determinó la cinética de reacción de todas las reacciones que pueden tener lugar en
\nel reactor de reducción de un proceso CLR. El conocimiento de esta cinética es esencial para
\nrealizar el diseño, simulación y optimización del proceso CLR.
\nFinalmente se realizó una optimización del proceso CLR desde el punto de vista de la
\nproducción de H2. Para ello, se realizaron balances de materia y energía en el sistema CLR para
\ndeterminar las condiciones de operación en las que el proceso trabaja en régimen auto-térmico y
\nla producción de H2 es la máxima posible. La principal conclusión obtenida de este estudio fue
\nque es necesario trabajar con relaciones aire-combustible superiores a la estequiométrica
\n(mayores de 1.2) para que el proceso CLR sea auto-térmico. La producción de H2 en las
\ncondiciones óptimas de operación es de 2.75 mol H2/mol CH4.

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