Nuevas configuraciones de reactor para valorización energética conjunta de biogás e hidrógeno renovable

La investigación presentada en esta tesis doctoral se ubica en la iniciativa `Power to Gas¿ (PtG o P2G) y contribuye al `estudio de nuevas fuentes de energía asequibles, seguras, sostenibles y modernas¿ (Objetivo de Desarrollo Sostenible ODS nº 7). Pretende facilitar el almacenamiento indirecto de e...

ver descrição completa

Detalhes bibliográficos
Autores: Sanz Martínez, Luis Andrés, Peña Llorente, José Ángel, Herguido Huerta, Javier
Tipo de documento: dissertação
Estado:Versão publicada
Data de publicação:2021
País:España
Recursos:Universidad de Zaragoza
Repositório:Zaguán. Repositorio Digital de la Universidad de Zaragoza
OAI Identifier:oai:zaguan.unizar.es:128165
Acesso em linha:http://zaguan.unizar.es/record/128165
Access Level:Acceso aberto
Palavra-chave:hidrógeno
gas natural
estructura y reactividad de catalizadores sólidos
sector de la energía
id ES_7ed6f0f43312bd6624a8a3fdd19d4271
oai_identifier_str oai:zaguan.unizar.es:128165
network_acronym_str ES
network_name_str España
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv Nuevas configuraciones de reactor para valorización energética conjunta de biogás e hidrógeno renovable
title Nuevas configuraciones de reactor para valorización energética conjunta de biogás e hidrógeno renovable
spellingShingle Nuevas configuraciones de reactor para valorización energética conjunta de biogás e hidrógeno renovable
Sanz Martínez, Luis Andrés
hidrógeno
gas natural
estructura y reactividad de catalizadores sólidos
sector de la energía
title_short Nuevas configuraciones de reactor para valorización energética conjunta de biogás e hidrógeno renovable
title_full Nuevas configuraciones de reactor para valorización energética conjunta de biogás e hidrógeno renovable
title_fullStr Nuevas configuraciones de reactor para valorización energética conjunta de biogás e hidrógeno renovable
title_full_unstemmed Nuevas configuraciones de reactor para valorización energética conjunta de biogás e hidrógeno renovable
title_sort Nuevas configuraciones de reactor para valorización energética conjunta de biogás e hidrógeno renovable
dc.creator.none.fl_str_mv Sanz Martínez, Luis Andrés
Peña Llorente, José Ángel
Herguido Huerta, Javier
author Sanz Martínez, Luis Andrés
author_facet Sanz Martínez, Luis Andrés
Peña Llorente, José Ángel
Herguido Huerta, Javier
author_role author
author2 Peña Llorente, José Ángel
Herguido Huerta, Javier
author2_role author
author
dc.subject.none.fl_str_mv hidrógeno
gas natural
estructura y reactividad de catalizadores sólidos
sector de la energía
topic hidrógeno
gas natural
estructura y reactividad de catalizadores sólidos
sector de la energía
description La investigación presentada en esta tesis doctoral se ubica en la iniciativa `Power to Gas¿ (PtG o P2G) y contribuye al `estudio de nuevas fuentes de energía asequibles, seguras, sostenibles y modernas¿ (Objetivo de Desarrollo Sostenible ODS nº 7). Pretende facilitar el almacenamiento indirecto de energía (p. ej. electricidad excedentaria), en forma de gas combustible de origen renovable y su distribución a través de la red gasista ya existente. Para ello, se ha analizado el desempeño del proceso para producir metano (principal constituyente del gas natural sintético, SNG) a partir de CO2, particularmente el contenido en un biogás desulfurado. La reacción llevada a cabo ha sido la reacción de metanación de CO2 o reacción de Sabatier, utilizando distintas configuraciones de reactores catalíticos.<br />El procedimiento para ejecutar este análisis, ha consistido en el estudio en laboratorio de varias especies catalíticas activas en reacciones de hidrogenación (níquel, rutenio o mezclas níquel ¿ hierro), sobre soportes adecuados (alúmina). Los catalizadores se han preparado en laboratorio, mediante el método de impregnación a humedad incipiente. Las materias primas, ricas en dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno (H2) renovable, se han simulado mediante mezclas sintéticas. Así, para cada sistema reaccionante, constituido por una alimentación (bien mezclas H2 + CO2 puras en distintas proporciones, o bien H2 + biogás sintético ¿en una proporción CH4:CO2= 7:3 v.- como fuente de CO2) y un reactor, se ha determinado el rendimiento en función de las condiciones de operación (temperatura, presión parcial, proporción de reactivos y tiempo de residencia).<br />Las dos primeras configuraciones de reactor propuestas han sido las de lecho fijo (FBR) y lecho fluidizado (FLBR). Éstas, constituyen los dos tipos más habituales de reactor y mediante su operación se ha determinado el catalizador con mejores características (actividad catalítica, estabilidad ¿desactivación-, fluidodinámica y precio) para llevar a cabo la reacción. La configuración FBR ofrece los mayores rendimientos a CH4. De igual forma sucede con la formación de puntos calientes o `hot-spots¿. La operación en FLBR resulta viable, con una alta estabilidad de los sólidos (tanto mecánica, como catalítica) y tasas de producción de CH4 que se encuentran por debajo de las logradas en FBR (diferente modelo de contacto reactivo ¿ catalizador). Respecto a la comparativa de catalizadores, señalar que, en términos de actividad específica, el rutenio supera claramente al níquel. Por su parte, el catalizador níquel ¿ hierro llega a duplicar el rendimiento a CH4 en el rango de media ¿ baja temperatura (250 ¿ 350 ºC) con la configuración FLBR.<br />Paralelamente, y para el catalizador de níquel, se ha estudiado el desempeño de una configuración de reactor más avanzada, como es la del reactor politrópico (3 alimentaciones laterales) (PTR). Su uso, resulta en una mejora notable de los perfiles de temperatura en el lecho (disminución de sobrecalentamiento de hasta 25 ºC con respecto a la operación análoga en FBR). Respecto a qué reactivo distribuir, se propone que sea aquel que queda en exceso con respecto a la relación estequiométrica de la reacción de Sabatier (H2:CO2= 4:1).<br />A partir de los resultados experimentales obtenidos en FBR y con el catalizador en base Ni, se ha procedido a su modelado cinético. El modelo más ajustado muestra un mecanismo de reacción en serie, con el monóxido de carbono (CO) como producto intermedio en la formación final de CH4. Finalmente, se da paso a la simulación (Aspen HYSYS), y posterior análisis técnico y económico (CAPEX y OPEX), de una planta de demostración real para la producción de gas natural sintético (SNG) a partir del biogás proveniente del vertedero de RSU de un núcleo de población de 150.000 habitantes.<br />
publishDate 2021
dc.date.none.fl_str_mv 2021
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://zaguan.unizar.es/record/128165
url http://zaguan.unizar.es/record/128165
dc.language.none.fl_str_mv Español
language_invalid_str_mv Español
dc.rights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidad de Zaragoza, Prensas de la Universidad
publisher.none.fl_str_mv Universidad de Zaragoza, Prensas de la Universidad
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Zaguán. Repositorio Digital de la Universidad de Zaragoza
instname:Universidad de Zaragoza
instname_str Universidad de Zaragoza
reponame_str Zaguán. Repositorio Digital de la Universidad de Zaragoza
collection Zaguán. Repositorio Digital de la Universidad de Zaragoza
repository.name.fl_str_mv
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1869411779510009856
spelling Nuevas configuraciones de reactor para valorización energética conjunta de biogás e hidrógeno renovableSanz Martínez, Luis AndrésPeña Llorente, José ÁngelHerguido Huerta, Javier hidrógenogas naturalestructura y reactividad de catalizadores sólidossector de la energíaLa investigación presentada en esta tesis doctoral se ubica en la iniciativa `Power to Gas¿ (PtG o P2G) y contribuye al `estudio de nuevas fuentes de energía asequibles, seguras, sostenibles y modernas¿ (Objetivo de Desarrollo Sostenible ODS nº 7). Pretende facilitar el almacenamiento indirecto de energía (p. ej. electricidad excedentaria), en forma de gas combustible de origen renovable y su distribución a través de la red gasista ya existente. Para ello, se ha analizado el desempeño del proceso para producir metano (principal constituyente del gas natural sintético, SNG) a partir de CO2, particularmente el contenido en un biogás desulfurado. La reacción llevada a cabo ha sido la reacción de metanación de CO2 o reacción de Sabatier, utilizando distintas configuraciones de reactores catalíticos.<br />El procedimiento para ejecutar este análisis, ha consistido en el estudio en laboratorio de varias especies catalíticas activas en reacciones de hidrogenación (níquel, rutenio o mezclas níquel ¿ hierro), sobre soportes adecuados (alúmina). Los catalizadores se han preparado en laboratorio, mediante el método de impregnación a humedad incipiente. Las materias primas, ricas en dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno (H2) renovable, se han simulado mediante mezclas sintéticas. Así, para cada sistema reaccionante, constituido por una alimentación (bien mezclas H2 + CO2 puras en distintas proporciones, o bien H2 + biogás sintético ¿en una proporción CH4:CO2= 7:3 v.- como fuente de CO2) y un reactor, se ha determinado el rendimiento en función de las condiciones de operación (temperatura, presión parcial, proporción de reactivos y tiempo de residencia).<br />Las dos primeras configuraciones de reactor propuestas han sido las de lecho fijo (FBR) y lecho fluidizado (FLBR). Éstas, constituyen los dos tipos más habituales de reactor y mediante su operación se ha determinado el catalizador con mejores características (actividad catalítica, estabilidad ¿desactivación-, fluidodinámica y precio) para llevar a cabo la reacción. La configuración FBR ofrece los mayores rendimientos a CH4. De igual forma sucede con la formación de puntos calientes o `hot-spots¿. La operación en FLBR resulta viable, con una alta estabilidad de los sólidos (tanto mecánica, como catalítica) y tasas de producción de CH4 que se encuentran por debajo de las logradas en FBR (diferente modelo de contacto reactivo ¿ catalizador). Respecto a la comparativa de catalizadores, señalar que, en términos de actividad específica, el rutenio supera claramente al níquel. Por su parte, el catalizador níquel ¿ hierro llega a duplicar el rendimiento a CH4 en el rango de media ¿ baja temperatura (250 ¿ 350 ºC) con la configuración FLBR.<br />Paralelamente, y para el catalizador de níquel, se ha estudiado el desempeño de una configuración de reactor más avanzada, como es la del reactor politrópico (3 alimentaciones laterales) (PTR). Su uso, resulta en una mejora notable de los perfiles de temperatura en el lecho (disminución de sobrecalentamiento de hasta 25 ºC con respecto a la operación análoga en FBR). Respecto a qué reactivo distribuir, se propone que sea aquel que queda en exceso con respecto a la relación estequiométrica de la reacción de Sabatier (H2:CO2= 4:1).<br />A partir de los resultados experimentales obtenidos en FBR y con el catalizador en base Ni, se ha procedido a su modelado cinético. El modelo más ajustado muestra un mecanismo de reacción en serie, con el monóxido de carbono (CO) como producto intermedio en la formación final de CH4. Finalmente, se da paso a la simulación (Aspen HYSYS), y posterior análisis técnico y económico (CAPEX y OPEX), de una planta de demostración real para la producción de gas natural sintético (SNG) a partir del biogás proveniente del vertedero de RSU de un núcleo de población de 150.000 habitantes.<br /><br />Universidad de Zaragoza, Prensas de la Universidad2021info:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfhttp://zaguan.unizar.es/record/128165reponame:Zaguán. Repositorio Digital de la Universidad de Zaragozainstname:Universidad de ZaragozaEspañolinfo:eu-repo/semantics/openAccessoai:zaguan.unizar.es:1281652026-05-29T13:59:51Z
score 15.300719

Registros relacionados