ES2401800B1 - Procedimiento para el aprovechamiento de residuos de gas de síntesis. - Google Patents

Procedimiento para el aprovechamiento de residuos de gas de síntesis. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para el aprovechamiento de residuos de gas de síntesis procedentes de carbón molido húmedo, de acuerdo con un proceso de gasificación-pirólisis, que comprende someter los productos residuales de la formación de gas de síntesis a un tratamiento posterior con el fin de transformarlo en otros de tipo alcano ramificado y compuestos aromáticos, recuperándose el hidrógeno producido en estas reacciones y quedando disponible para su uso en otras plantas de procesado químico, como combustible o realimentado al propio proceso de gasificación-pirólisis para enriquecer el gas de síntesis.

Description

Procedimiento para el aprovechamiento de residuos de gas de sintesis.
En general, la presente invención se refiere a un procedimiento para el aprovechamiento de los residuos originados en un proceso de obtención de gas 5 de síntesis, esencialmente una mezcla de CO, CO2 y H2, a partir de carbón
molido húmedo.
Concretamente, la invención se refiere a un procedimiento para el aprovechamiento de los residuos originados en un procedimiento de obtención de gas de síntesis, en especial a partir de un procedimiento de gasificación
10 pirólisis de carbón molido húmedo, consistiendo estos residuos esencialmente en gases de composición diversa que pueden emplearse como combustibles en
algunos casos y como materias primas en otros, básicamente en forma de hidrocarburos saturados cíclicos y alicíclicos ramificados así como en forma de
compuestos aromáticos,.
15 Las reacciones involucradas esencialmente las siguientes:
• C + }oS: O2 ---+CO
• e + eO,~2eO 20 • e + H,O ~eo + H,
• CH4 + }oS: O2 ---+CO + 2H2
• H2 + }oS: O2 ---+ H2O
• eH, + H,O ~eo + 3H,
• CO + H20 ---+ C02 + H2
2S
en la gasificación de carbón son
LlHr; -9,25 MJ/Kg LlHr ; 14,37 MJ/Kg LlHr; 10,94 MJ/Kg LlHr; -35,7 MJ/kmol LlHr; -242 MJ/kmol LlHr ; 206 MJ/kmol LlHr ; -41 ,1 MJ/kmol
yen menor medida , como reacciones secundarias,
•
eo + y, O, ~e02 + 67Kcal/mol
•
eo + 3H,~ eH, + H,o + 49 Kcal/mol
•
eo, + 4H,~ eH, + 2 H,o + 42 Kcal/mol
,
s
Debido a que las reacciones mencionadas son ciertamente equilibrios, factores diversos como la temperatura o la presión modifican en gran medida el rendimiento del proceso de gasificación así como la naturaleza de los productos residuales obtenidos, básicamente el gas resultante tiene un bajo porcentaje de metano, alquitranes (parafinas y oretinas) y aceites.
10 15 20
Al igual que los conocidos procesos de reformado de derivados del petróleo, el aprovechamiento de los productos residuales mencionados puede implicar un procedimiento de reformado, el cual puede llevarse a cabo con el fin de aumentar la volatilidad (reducción del tamaño molecular) o para convertir parafinas lineales en isoparafinas, olefinas y aromáticos y/o naftenos (cicloalcanos) en aromáticos. La naturaleza del producto final es influenciada por la estructura y composición de la nafta alimentada, esto por la naturaleza de la mezcla de hidrocarburos residual obtenida. Así, durante el reformado térmico, las reacciones se parecen a aquellas en el craqueo de gasóleos: se reduce el tamaño molecular a la vez que se sintetizan olefinas y ciertos compuestos aromáticos. Por ejemplo, un alcano puede ser convertido en otro alcano de menor peso molecular y una olefina según la reacción siguiente, donde n > x + y,
CH,-(CH,),-CH, alcano
~ CH, (CH,), -CH, alcano + CH,-(CH,),..-CH=CH, Olefina
25
o un alcano puede transformarse en un cicloalcano, el cual se convierte a su vez en un compuesto aromático, tal como ocurre en la reacción a continuación:
CH3 -(C H2 )4CH3 -
·
ciclohexano
benceno
,
En el reformado catalítico , el número de átomos de carbono de los
constituyentes de la carga no varia. Por ejemplo, el ciclohexano se transforma
en benceno. No obstante, el proceso es algo más complicado. Es posible
convertir ciclohexanos sustituidos en bencenos sustituidos; parafinas lineales
s como n-heptano se convierten en tolueno y también ciclopentanos sustituidos pueden experimentar una expansión en el anillo y convertirse en aromáticos. Cuando se emplean naftas pesadas como materiales residuales, se forman metilnaftalenos. El reformado catalítico es una reacción que se produce a través de carbocationes; sin embargo , se ven favorecidas las reacciones de
10 producción de aromáticos. Ct--IJ
• ",,1
Ó
o 3~
Por otro lado, en los procesos de isomerización, los alcanos se convierten en sus isómeros de cadena ramificada. Por ejemplo, el butano se iso me riza a 15 isobutano para luego ser utilizado para la alquilación del isobutileno y otras
olefinas. La fracción de 5 y 6 átomos de carbono que viene naturalmente en la gasolina, se isomeriza para dar productos de gran octanaje que después se mezclarán con gasolinas de bajo índice de octano. Por ejemplo,
H3 C-CH,-CH,-CH,-CH,-CH, -.
20 Hexano Isohexano
-
o
• 4 H,
eS
Asi, es objeto de la invención proporcionar un procedimiento para el
s
aprovechamiento de los residuos originados en un procedimiento de obtención
de gas de síntesis, en especial a partir de un procedimiento de gasificación
pirólisis de carbón molido húmedo, consistiendo estos residuos esencialmente
en gases de composición diversa que pueden emplearse como combusti bles en
algunos casos y como materias primas en otros, básicamente en forma de
10
hidrocarburos saturados cíclicos y alicíclicos ramificados, así como en forma de
compuestos aromáticos.
Son conocidos diferentes procesos de reformación de gasolinas, gracias
los cuales se aumenta el rend imiento de las gasolinas así como su número de
octanos. El contenido original de gasolinas que proviene del petróleo es
15
insuficiente para cubrir la alta demanda del mercado, por lo que se hace
necesario transformar en gasolinas algunas fracciones del petróleo de menor
valor. Las moléculas a las que se les asigna en mayor índice de octano son:
alcanos ramificados y aromáticos. Los alcanos lineales y naftenos tienen menor
indice de octano, y es deseable transformarlos en isómeros (ramificados) y en
20
aromáticos respectivamente . Las moléculas lineales tienden a detonar por
presión. Por ello, se trata de "reformar" dichas moléculas lineales en ramificadas
y cíclicas. Al ser más compactas no detonan por efecto de la presión . La
reformación puede realizarse de dos maneras disti ntas, mediante calor (se
denomina reformación térmica) o mediante calor y la asistencia de un
25
catalizador (reformación catalítica). Durante el proceso de reformación se libera
como producto hidrógeno.
El procedimiento aquí descrito permite aprovechar los residuos originados
en un procedimiento de obtención de gas de sintesis, en especial en un
procedimiento de gasificación-pirólisis de carbón molido húmedo, de forma que al menos parte de estos residuos se transforman en compuestos que presentan un mayor índice de octanos, tales como alcanos ramificados y compuestos
aromáticos. Tal como se ha mencionado, debido a que durante este proceso se libera hidrógeno como producto final, dicho hidrógeno puede ser reciclado para
su uso en plantas quím icas posteriormente o ser realimentado al propio proceso de gasificación-pirólisis para enriquecer los gases de síntesis obtenidos.
Para ello, el procedimiento de la invención comprende someter los productos residuales de la formación de gas de síntesis a partir de carbón molido húmedo, de acuerdo con un proceso de gasificación-pirólisis, a un tratamiento posterior con el fin de transformar tales productos residuales en otros del tipo alcano ramificado y compuestos aromáticos, recuperándose el hidrógeno producido en estas reacciones y quedando disponible para su uso en otras plantas de procesado químico, como combustible o realimentado al propio proceso de gasificación-pirólisis con el fin de enriquecer el gas de síntesis obtenido.
Con tal fin , aguas abajo del reactor de gasificación-pirólisis, se dispone un reactor catalítico que opera a una temperatura de 1100oe, la cual es alcanzada mediante una alimentación de energía procedente del propio reactor de gasificación-pirólisis, bien en forma de calor o bien en forma de vapor de agua que previamente ha alimentado al reactor de gasificación-pirólisis.
En el interior de tal reactor catalítico, las reacciones de reformado e isomerización para obtener compuestos aromáticos y alcanos ramificados, de alto poder energético, son catalizadas mediante un catalizador basado en platino-renio-alúmina, preferentemente de platino, soportado, por ejemplo en alúmina, o no soportado. La temperatura a la que se lleva a cabo el proceso perm ite el desarrollo de las reacciones quím icas antes mencionadas pero no conlleva la deposición de carbono sólido sobre la superficie del catalizador, ya
que se elimina esencialmente el hidrógeno obtenido como subproducto de reacción en el reactor catalítico y se recicla para otros usos o al mismo proceso de gaisificación-pirólisis, como se ha mencionado anteriormente, lo que elimina la necesidad de llevar a cabo una limpieza del catalizador para su uso en
s continuo, facilitando la producción de compuestos de alto valor energético como una etapa posterior a la gasificación-pirólisis del carbón.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1, Procedimiento para el aprovechamiento de productos residuales de tipo
    metano, alquitranes, alcanos y alquenos y aceites obtenidos como
    subproductos de procesos de obtención de gas de síntesis a partir de carbón molido húmedo, donde el procedimiento comprende someter dichos productos residuales, de tipo metano, alquitranes, alcanos y alquenos y aceites obtenidos como subproductos de procesos de obtención de gas de
    síntesis a partir de carbón molido húmedo, a un tratamiento posterior para transformarlos en alcanos de mayor ram ificación y compuestos aromáticos,
    caracterizado porque el hidrógeno gas obten ido como subproducto en
    estas reacciones se realimenta al propio proceso de gasificación-pirólisis para enriquecer el gas de síntesis y para favorecer la temperatura necesaria para que se siga produciendo gas de síntesis en el reactor de gasificación-pirólisis, generando con ello más subproductos metano,
    alquitranes, alcanos y alquenos y aceites, realimentándose dicho hidrógeno
    gas al proceso de gasificación-pirólisis.
    2, Procedimiento para el aprovechamiento de productos residuales según la reivindicación 1, caracterizado porque las reacciones para obtener compuestos aromáticos y alcanos de mayor ramificación son catalizadas mediante un catalizador basado en platino-renio-alúmina, preferentemente de platino, soportado, por ejemplo en alúmina, o no soportado,
    3, Procedimiento para el aprovechamiento de productos residuales según la reivind icación 1, caracterizado porque las reacciones para obtener compuestos aromáticos y alcanos de mayor ramificación se llevan a cabo en un reactor catalítico que opera a una temperatura de 11000 C situado aguas abajo del reactor de gasificación-pirólisis.
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