ES2821450T3 - Procedimiento para la producción de un gas de producto rico en metano y sistema de reactor para utilizar con este propósito - Google Patents

Procedimiento para la producción de un gas de producto rico en metano y sistema de reactor para utilizar con este propósito Download PDF

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Michael Specht
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Abstract

Procedimiento para la producción de un gas de producto rico en metano en funcionamiento intermitente entre un estado normal y una tasa de utilización más baja del 60 % o menos de la tasa de utilización máxima, en el que un gas de educto que contiene hidrógeno y dióxido de carbono se metaniza catalíticamente en, como mínimo, dos etapas (R1, R2) bajo la influencia de una presión ajustable y una cantidad ajustable de un gas desviado y recirculado antes de la primera etapa y se supervisa el contenido de metano del gas de producto, caracterizado por que en el estado de tasa de utilización baja y para la cantidad de corriente de gas de educto que fluye en este caso por unidad de tiempo, el contenido de metano del gas de producto es superior al 90 % en volumen y al aumentar la cantidad de gas de educto que fluye por unidad de tiempo en la transición del estado de tasa de utilización baja al estado normal, para mantener este contenido de metano en el gas de producto, se aumenta la tasa de reacción mediante aumento de la presión, así como se aumenta la cantidad de gas recirculado en un contracontrol para evitar zonas de sobrecalentamiento limitadas localmente formadas por este motivo.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la producción de un gas de producto rico en metano y sistema de reactor para utilizar con este propósito
La invención se refiere a un procedimiento para la producción de un gas de producto rico en metano, en el que se metaniza catalíticamente un gas de educto que contiene hidrógeno y dióxido de carbono en, como mínimo, dos etapas bajo la influencia de, como mínimo, un parámetro ajustable, y, como mínimo, se supervisa un criterio relacionado con la composición del gas de producto, tal que el criterio se cumple bajo una condición que influye en el procedimiento, así como a un sistema de reactor adecuado y a un gas de producto producido de este modo.
Este tipo de procedimientos de metanización son conocidos. Se realizan, por ejemplo, mediante sistemas de reactor que presentan, por ejemplo, dos reactores de lecho fijo conectados en serie, que están equipados con catalizadores que contienen níquel. Un gas de educto que contiene hidrógeno y dióxido de carbono en una relación estequiométrica esencialmente adecuada para producir metano, y además puede presentar también porcentajes de monóxido de carbono, metano, otros hidrocarburos, así como impurezas en forma de diversos componentes secundarios y gases inertes (por ejemplo, N2), se alimenta a una temperatura predeterminada y una presión predeterminada al primer reactor de lecho fijo (primera etapa de metanización), en el que tienen lugar los procesos siguientes que en suma forman CH4:
1) CO H2O ^ CO2 H2, la denominada “water-gas shift reactiorí' (reacción de desplazamiento agua-gas) 2) CO 3 H2 ^ CH4 H2O, la metanización de CO y
3) CO2 4 H2 ^ CH4 2 H2O, la metanización de CO2.
De este modo, después de la primera etapa de metanización se obtiene un porcentaje de metano determinado en el gas que sale de esta etapa. Para un aumento adicional del contenido de metano sirve la segunda etapa de metanización conectada a continuación. Del gas que sale de la segunda etapa se puede eliminar agua con medios conocidos y, dado el caso, eliminar reactantes en exceso para obtener un gas de producto con más del 90 % de porcentaje de metano.
Por razones de simplicidad lingüística, hablaremos ahora y en lo sucesivo de gases (gas de producto, gas de educto,...), aunque se trata naturalmente de mezclas de gases de diferentes componentes.
El gas de producto rico en metano producido con este procedimiento se puede alimentar como gas natural “sintético” a diferentes aplicaciones en caso de un contenido de metano correspondientemente elevado. De este modo se puede prever la alimentación del gas de producto a redes de gas natural existentes. Para ello debe cumplirse la norma DVGW G 260/262, es decir, el porcentaje de hidrógeno en el gas de producto debe ser inferior al 5 % y el porcentaje de dióxido de carbono, inferior al 6 %. Para el uso del gas de producto rico en metano como combustible para propulsar vehículos debe cumplirse la norma DIN 51624, es decir, el porcentaje de gas inerte en la mezcla de gases debe ser inferior al 2 % y el porcentaje de dióxido de carbono, inferior al 15 %. Un uso de este tipo del gas de combustión producido se describe, por ejemplo, en la Patente DE 10200805334 A1.
Los sistemas de reactor utilizados para la metanización trabajan habitualmente en funcionamiento continuo, en el que se eligen uno o varios parámetros de procedimiento adecuados para el gas de educto alimentado de forma continua con el fin de producir un gas de producto que cumpla, por ejemplo, la norma indicada anteriormente. Procedimientos de prueba para un reactor de este tipo, no obstante diseñado para gas de educto a partir de carbón gasificado, se dan a conocer en la Patente XP 008096221 de F.W. Moeller et al.
La invención tiene el objetivo de mejorar un procedimiento de este tipo, en particular con vistas a una mayor flexibilidad.
Desde el punto de vista técnico del procedimiento, este objetivo se alcanza mediante un perfeccionamiento del procedimiento mencionado al comienzo, según la reivindicación 1. Para ello, en caso de modificación de la condición, en este caso de la corriente de gas de educto, se realiza una modificación del ajuste del parámetro, en este caso de la presión, que asegure el cumplimiento del criterio, en este caso el contenido de metano del gas de producto.
De este modo se puede reaccionar de forma flexible a una modificación de las condiciones de procedimiento, que también se puede causar, por ejemplo, de forma deseada, asegurándose simultáneamente que se mantiene la calidad del gas de producto deseada.
El criterio que se refiere a la composición del gas de producto puede ser un criterio único, por ejemplo, el contenido de metano del gas de producto, aunque también puede presentar dos o más subcriterios, por ejemplo, un contenido máximo de hidrógeno y/o dióxido de carbono.
Según la invención, se deja fluir el gas de educto hacia la primera etapa de metanización y la condición está relacionada con la corriente de alimentación del gas de educto. De este modo se consigue una flexibilidad aumentada en cuanto a la corriente de alimentación del gas de educto, que se refiere a la simple cantidad alimentada por unidad de tiempo, pero también se puede referir adicionalmente a la composición del gas de educto, a cuyas fluctuaciones se puede reaccionar, por tanto, de forma flexible.
De este modo se reconoció que, para la cantidad de gas de educto que fluye por unidad de tiempo, incluso en caso de una composición esencialmente igual del gas de educto, una fluctuación de la cantidad del gas de educto que se va a hacer reaccionar tiene una influencia considerable sobre el procedimiento de metanización, a la cual, no obstante, se puede reaccionar con la solución según la invención. Esto es especialmente ventajoso cuando la fluctuación no representa un fallo que se produce una única vez sino que es necesario reaccionar a fluctuaciones que se producen repetidamente. En particular, en este caso se puede prescindir conscientemente de una alimentación del sistema de reactor con una corriente de gas de educto constante, lo que aumenta adicionalmente la flexibilidad del procedimiento.
En cuanto a la puesta a disposición del gas de educto, por ejemplo, la puesta a disposición del porcentaje de CO2 no representa ningún problema en particular, ya que este se puede obtener, por ejemplo, a partir de aire mediante lavado de gas y, por tanto, alimentarse como CO2 puro, o también con un porcentaje reducido de fuga de CH4 del tratamiento de biogás, o alternativamente en forma de un biogás bruto que presenta, por ejemplo, un porcentaje de CO2 aproximado del 45 % y ya un porcentaje de metano aproximado del 55 % (además de componentes secundarios, en este caso despreciables). Por el contrario, la puesta a disposición del hidrógeno necesario para la metanización en la relación estequiométrica correcta requiere un mayor esfuerzo, ya que e1H2 debe producirse antes utilizando energía. Esto se puede realizar, por ejemplo, generando el hidrógeno in situ mediante electrolizadores. En este caso, el propio electrolizador representa una carga conectada a una red de suministro eléctrico, tal que su rendimiento máximo define una carga máxima correspondiente. El hidrógeno producido electrolíticamente se mezcla antes de la primera etapa de metanización con la aportación que contiene dióxido de carbono para formar el gas de educto, de forma que la carga actual del electrolizador indica también esencialmente la cantidad de gas de educto que se va a hacer reaccionar por unidad de tiempo.
De este modo, el procedimiento de metanización se puede utilizar para el almacenamiento de energías renovables generadas de forma no continua en el tiempo, por ejemplo, energía eólica o solar. En el caso de una generación de energía renovable reducida y falta de compensación mediante otras fuentes de energía conectadas, el electrolizador consume una carga correspondientemente inferior que produce cambios de carga, también cambios de carga rápidos, a los que se puede reaccionar con el procedimiento según la invención.
El procedimiento está configurado, por tanto, para un funcionamiento intermitente entre el estado normal y una tasa de utilización inferior de incluso el 60 % o menos, preferentemente del 40 % o menos, en particular también del 25 % o menos de la tasa de utilización máxima. Para aumentar el rendimiento, es posible conmutar entre estos estados de carga baja y el estado normal en tiempos de conmutación inferiores a 10 minutos, preferentemente inferiores a 4 minutos, en particular inferiores a un minuto, siendo posible una reducción del rendimiento en respectivamente la mitad de los tiempos.
En un modo de realización especialmente preferente, la influencia del, como mínimo, un parámetro actúa entre la primera y la segunda de las, como mínimo, dos etapas de metanización. De este modo, la estructura modular de las etapas de procedimiento se puede aprovechar de forma ventajosa para el control del procedimiento para un criterio asegurado y cumplido, simplificándose de esta forma, en particular, el control de procedimiento energéticamente optimizado. El parámetro utilizado en todo caso según la invención es la presión, que, por tanto, se puede modificar en particular entre la primera y la segunda etapa de metanización.
En un ajuste básico para carga (plena) estacionaria se puede ajustar una presión de gas en la entrada de la primera etapa de 1 bar o más y etapa de 16 bar o menos, preferentemente de 8 bar o menos, en particular de 4 bar o menos, antes del segundo reactor una presión de gas de entre 1 y 16 bar, preferentemente entre 3 y 10 bar, en particular entre 5 y 8 bar. En este caso, y también en lo sucesivo, se trata de presiones absolutas.
Otro parámetro cuya influencia actúa entre las etapas de metanización es el porcentaje de agua en el gas tras la primera etapa. En este sentido, la invención considera ventajosa una extracción de agua parcial.
En el marco de la invención también se considera ventajosa una combinación de estos dos aspectos, la modificación de la presión según la invención, así como un ajuste del punto de rocío entre las etapas.
En este contexto se prefiere una especificación adicional en la que la eliminación parcial del agua se consigue mediante enfriamiento de la mezcla de gases intermedia a una temperatura que se encuentra por debajo del punto de rocío, pero es, como mínimo, de 60 °C, preferentemente, como mínimo, de 80 °C, en particular, como mínimo, de 86 °C y de forma nuevamente preferente, como mínimo, de 100 °C, y/o una especificación en la que la temperatura de enfriamiento de la mezcla de gases intermedia es de 160 °C o inferior, preferentemente de 135 °C o inferior, en particular de 128 °C o inferior. En particular, a este respecto también está previsto que el contenido de agua de la mezcla de gases intermedia que continúa fluyendo sea en porcentaje en mol del 20 % o mayor, preferentemente del 25 % o mayor, en particular del 30 % o mayor y/o del 70 % o inferior, preferentemente del 50 % o inferior, en particular del 35 % o inferior. Preferentemente se comprime gas húmedo. Si un compresor previsto para ello no puede hacerlo, debe elegirse una condensación completa. El contenido de agua a la entrada de la primera etapa depende del contenido de CxHy a la entrada del reactor y puede ser de 0-50 % en moles, preferentemente de 0-30 % en moles.
Para una tasa de utilización máxima del sistema de reactor que realiza el procedimiento, también denominado en lo sucesivo estado normal, el procedimiento debe realizarse, en relación con otros parámetros, preferentemente con ajustes básicos determinados que se indican a continuación.
Temperaturas deseadas:
El gas de educto debe introducirse en la primera etapa de metanización con una temperatura en el rango de 250 °C a 330 °C, preferentemente de 270 °C a 290 °C. Para ello, el gas de educto se puede precalentar, en particular utilizando el calor residual obtenido debido a la metanización exotérmica. Esto evita el enfriamiento de la zona de entrada de la etapa y la formación de una zona inactiva causada por el mismo, así como, en caso del uso de un catalizador que contenga Ni, el peligro de una formación de carbonilo de níquel.
En el primer reactor deberían darse temperaturas máximas en el rango de 350 °C a 650 °C, preferentemente de 480 °C a 580 °C, pudiéndose prever alternativamente un gradiente de temperatura negativo en dirección de la corriente de gas mediante la correspondiente disposición de un circuito de refrigeración, o refrigerando preferentemente en el sentido de la corriente. La temperatura de salida se puede encontrar en el rango de 280 °C a 400 °C, preferentemente de 300 °C a 350 °C.
En la segunda etapa de metanización deberían reinar, por el contrario, temperaturas máximas inferiores en el rango de 280 °C a 400 °C, preferentemente de 260 °C a 280 °C, para temperaturas de entrada en el rango de 250 °C a 350 °C, preferentemente de 270 °C a 330 °C y temperaturas de salida en el rango de 230 °C a 350 °C, preferentemente de 270 °C a 300 °C.
Para la generación de gradientes de temperatura negativos en los reactores se dispone un circuito utilizado para refrigerar el gas en dirección de contracorriente respecto a la corriente de gas, pero preferentemente se utiliza una refrigeración en el sentido de la corriente.
Velocidades espaciales deseadas:
Estas se encuentran en la primera etapa de metanización en un rango de 2000/h a 12000/h, preferentemente en un rango de 2000/h a 8000/h. En la segunda etapa de metanización se desean velocidades espaciales en un rango de 1000/h a 6000/h, preferentemente en un rango de 1500/h a 4000/h. En caso de una tasa de utilización inferior del sistema de reactor, las velocidades espaciales están reducidas correspondientemente. Todas las velocidades espaciales aquí y en lo sucesivo se refieren a corrientes de gas secas.
Recirculación deseada:
La relación de cantidad de gas recirculada en relación con la cantidad de gas de educto se encuentra preferentemente en el rango de 0 a 5, en particular en el rango de 0 a 1,5 para un gas de educto compuesto esencialmente solo por CO2 y H2, y de 0 a 0,5 si en el gas de educto se utiliza un biogás como componente que contiene el CO2.
Tasas de metanización deseadas:
Después de la salida de la primera etapa se desea un porcentaje de conversión de CO2 en CH4 del 50 al 90 % en volumen, preferentemente del 70 al 80 % en volumen, después de la segunda etapa de, como mínimo, el 75 % en volumen, preferentemente, como mínimo, el 90 % en volumen, en particular, como mínimo, el 93 % en volumen o también, como mínimo, el 95 % en volumen.
El, como mínimo, un parámetro comprende la presión que reina a la entrada a la primera etapa de metanización y/o la presión que existe a la entrada de la segunda etapa de metanización y como contracontrol, la cantidad de un gas desviado y recirculado antes de la primera etapa, así como, dado el caso, otros parámetros elegidos de un grupo que presenta: el contenido de agua del gas antes de la primera etapa de metanización; el contenido de agua del gas antes de la segunda etapa de metanización; una cantidad de agua eliminada de la mezcla de gases después de la primera etapa de metanización; una potencia calorífica que sirve para calentar el gas antes de la primera y/o la segunda etapa de metanización; una inclusión SÍ/NO de una tercera etapa de metanización; la temperatura en la primera o (por separado) en la segunda etapa de metanización; la composición del gas de educto.
De estos parámetros ya se han explicado algunos anteriormente. Como parámetro adicional a tener en cuenta especialmente en relación con la optimización energética debe considerarse la cantidad de agua alimentada antes de la etapa respectiva, siempre que sea necesaria. La posible inclusión de una tercera etapa de metanización aumenta aún más la flexibilidad del procedimiento y aprovecha la estructura modular del concepto de reactor en que se basa el procedimiento, prevista según la invención.
En un modo de realización especialmente preferente, el ajuste de las modificaciones tiene lugar de forma automática. De este modo se puede prever, por ejemplo, que el procedimiento se ejecute en un modo de ahorro de energía, en el que, como mínimo, un parámetro, preferentemente dos o más parámetros se ajustan automáticamente para reducir la energía. El modo de ahorro de energía se puede activar preferentemente mediante una señal de que la modificación de la primera a la segunda condición fue completada, en otras palabras, que la condición de procedimiento tenida en cuenta vuelve a considerarse estacionaria. Un criterio de prueba a este respecto puede estar diseñado de forma que se activa una señal en cuanto la condición de procedimiento observada no se modifica más allá de una medida predeterminada durante un periodo de tiempo predeterminado. Alternativamente, también se puede prever la ejecución del procedimiento básicamente en el modo de ahorro de energía e interrumpirlo únicamente en caso de una señal de interrupción predeterminada que se activa, por ejemplo, cuando el procedimiento debe llevarse de una tasa de utilización inferior a una tasa de utilización superior. Esto tiene especial importancia en el caso del funcionamiento intermitente descrito anteriormente.
En este contexto, la modificación de ajustes automática se puede realizar mediante una regulación. Para ello se prevé preferentemente un primer circuito de regulación para regular la modificación de presión entre la primera y la segunda etapa. Alternativamente, preferentemente de forma adicional, está previsto un segundo circuito de regulación para regular la cantidad de gas recirculada. Además, la invención prevé un tercer y un cuarto circuito de regulación para regular el contenido de agua en el gas antes de la primera/segunda etapa de metanización. Mediante dos o más circuitos de regulación que interactúan entre sí se pueden mejorar aún más el control de procedimiento energéticamente optimizado.
En algunos casos puede ser conveniente que la modificación del ajuste esté sujeta a una condición marco que debe cumplirse. Como ejemplos de condiciones marco se pueden utilizar: temperatura máxima del gas o del catalizador en la primera y/o segunda etapa de metanización; contenido de agua mínimo y/o máximo del gas antes de la primera y/o segunda etapa de metanización; cantidad mínima y/o máxima del gas recirculado; cantidad mínima y/o máxima del agua eliminada después del primer paso de metanización; valor mínimo y/o máximo de la presión que reina en la primera etapa de metanización; cumplimiento de otro (segundo) criterio que se refiere a la composición de la mezcla de gases producida.
Por ejemplo, el ajuste de la presión antes de la primera etapa de metanización se puede regular con la condición nominal de que se cumple el criterio, tal que a la regulación se le aplica como condición marco a cumplir el no superar una temperatura máxima del gas en la primera etapa de metanización. De este modo, la condición marco se puede integrar también como segundo criterio de regulación en una regulación. Otra aplicación ventajosa es la regulación de la extracción de agua después de la primera etapa de metanización, que (co)regula el contenido de agua antes de la segunda etapa de metanización, y puede estar sometida a la condición marco de que un compresor conectado a continuación se puede hacer funcionar para regular la presión en la segunda etapa de metanización para dicho contenido de agua.
Según la invención, los controles/las regulaciones de más de un parámetro pueden interactuar entre sí. Para ello, las regulaciones se pueden ejecutar en paralelo y simultáneamente, pero también puede estar previsto realizar una primera regulación en función de una segunda regulación y variar esta última para parámetros nominales diferentes, según lo cual se realiza una regulación energéticamente optimizada del primer parámetro para cada variación y se compara su resultado, según lo cual para la segunda regulación se elige aquel valor nominal para el cual para el primer parámetro se puede alcanzar el mínimo de energía absoluto. Una variante de este tipo se puede aplicar en particular cuando la magnitud nominal de todas formas solo se puede predeterminar empíricamente o mediante modelos adecuados.
Está previsto realizar la modificación de ajuste del, como mínimo, un parámetro en el caso de un aumento de la cantidad de gas de educto que fluye por unidad de tiempo en una primera intervención de tal forma que aumente la velocidad de reacción. Para ello se aumenta en particular la presión y se adapta la cantidad del gas recirculado. Esta intervención se aplica de forma especialmente ventajosa cuando, en el caso de un aumento intencionado, la optimización energética pasa a un segundo plano respecto a un rápido aumento del rendimiento del reactor. En este caso se puede desconectar el modo de ahorro de energía explicado anteriormente y el procedimiento se pasa a un modo de “aumento”.
Además, en una segunda intervención se realiza un contracontrol en cuanto se cumple una condición marco (negativa), en particular cuando se alcanza la superación de una temperatura predeterminada en la primera etapa de metanización. De este modo se establece una protección eficaz para los componentes individuales, en particular los catalizadores del sistema de reactor que se hace funcionar con el procedimiento, frente a una conmutación más rápida a rendimientos mayores. El contracontrol consiste en todo caso en el aumento de la cantidad del gas recirculado, dado el caso, adicionalmente, como mínimo parcialmente, en un aumento de la potencia de refrigeración del reactor.
Convenientemente, en una tercera intervención se realiza un control de ahorro energético según uno cualquiera de los aspectos descritos anteriormente, en cuanto se alcanza un estado estacionario en relación con la condición modificada. De este modo se vuelven a corregir los ajustes realizados en el primer y el segundo paso de procedimiento sin tener en cuenta el balance energético. El procedimiento se conmuta a modo de ahorro de energía. La condición que se modifica también se puede referir adicionalmente a la composición de la corriente de gas de educto, en particular con el porcentaje de dióxido de carbono de la misma. De este modo se puede alcanzar una calidad de producto constante incluso en el caso de una composición de gas de educto fluctuante.
Adicionalmente, la condición también se puede referir convenientemente al desgaste de, como mínimo, uno de los catalizadores utilizados en las etapas de metanización. De este modo se puede contrarrestar una influencia reductora de la calidad del gas de producto debido a una reducción progresiva e inevitable en la actividad de los catalizadores.
La reacción rápida a condiciones modificadas con los tiempos de adaptación reducidos explicados anteriormente también se puede referir a requisitos modificados del propio criterio a supervisar, por ejemplo, cuando debe cambiarse de la generación de un gas de producto a alimentar a una red de gas a un gas de combustión a utilizar como gas de propulsión para vehículos. En este caso, la condición modificada también puede estar en la introducción de un subcriterio adicional.
Desde el punto de vista técnico del dispositivo, la invención proporciona un sistema de reactor para la producción de un gas de producto rico en metano a partir de un gas de educto que presenta hidrógeno y dióxido de carbono, con, como mínimo, dos etapas de reactor conectadas en serie que presentan un catalizador, un dispositivo de supervisión para supervisar un criterio que se refiere a la composición del gas de producto, un dispositivo de control acoplado al dispositivo de supervisión, y, como mínimo, un dispositivo de ajuste controlado por el dispositivo de control para ajustar, como mínimo, un parámetro que influye en la metanización, tal que el sistema de reactor se puede hacer funcionar bajo una primera condición que afecta la metanización y para este funcionamiento se cumple el criterio que está esencialmente caracterizado por que el sistema de reactor está realizado para permitir una modificación del parámetro ajustado que asegure el cumplimiento del criterio en caso de modificación de la primera condición a una segunda condición, con las características adicionales de la reivindicación 10, es decir, que causa un procedimiento según la reivindicación 1.
Las ventajas de un sistema de reactor de este tipo resultan de las explicaciones anteriores del procedimiento.
Preferentemente, las, como mínimo, dos etapas de reactor se pueden diferenciar en cuanto a su estructura. De este modo se consigue, por un lado, una estructura de reactor tipo módulo, cuyas etapas individuales no obstante se pueden adaptar individualmente al campo de aplicación esencial. En particular, la estructura se puede diferenciar en la forma constructiva mecánica, el tipo de disipación de calor y/o el tipo de catalizador utilizado.
Además de la diferencia en la estructura, las etapas de reactor individuales también se pueden hacer funcionar con parámetros de procedimiento diferentes. Para ello está previsto que una característica del gas alimentado a una etapa de reactor correspondiente se pueda modificar, en particular, mediante el, como mínimo, un dispositivo de ajuste.
Convenientemente también está previsto que esté dispuesto, como mínimo, un primer dispositivo de ajuste entre ambas etapas de reactor y, en particular, que presente un compresor o esté compuesto por el mismo. Las ventajas alcanzadas en este punto con la ajustabilidad variable de la presión resultan de la explicación anterior del procedimiento. En este sentido, la invención da a conocer también de forma independiente un sistema de reactor con una primera etapa de reactor, una segunda etapa de reactor conectada después de la primera etapa de reactor y un dispositivo para modificar la presión del gas que sale de la primera etapa de reactor y entra en la segunda etapa de reactor, que está dispuesto entre la primera y la segunda etapa de reactor.
El compresor está realizado preferentemente de forma que se puede hacer funcionar para un contenido de agua, presente en forma de vapor, del gas a comprimir de hasta el 35 %, preferentemente de hasta el 50 %, en particular de hasta el 60 %. Esto ofrece la posibilidad de controlar/regular una regulación del contenido de agua antes de la segunda etapa tan solo a través de la extracción de agua entre ambas etapas de reactor.
Un dispositivo de este tipo para extraer, como mínimo, una parte del agua contenida en el gas después de la primera etapa de reactor está previsto, por ejemplo, como un segundo dispositivo de ajuste del sistema de reactor y dispuesto, en particular, antes del compresor.
En este sentido, el segundo dispositivo de ajuste permite un ajuste cualquiera del punto de rocío, en particular se controla de forma que el contenido de agua de la parte que permanece en el gas después de la extracción de agua parcial se pueda encontrar entre el 0 % y el 50 %, preferentemente entre el 20 % y el 50 %, en particular entre el 25 % y el 35 %.
Además, el sistema de reactor presenta preferentemente un segundo dispositivo de ajuste para alimentar agua antes de una o varias etapas de reactor. El tercer dispositivo de ajuste puede estar dividido en un número correspondiente de subdispositivos asignados a las etapas de reactor individuales.
De forma conveniente, también está previsto un cuarto dispositivo de ajuste para calentar el gas introducido en una o varias etapas de reactor, que, en particular y del mismo modo, puede estar compuesto por varios subdispositivos asignados a las etapas de reactor individuales. En este contexto, el subdispositivo dispuesto antes de la primera etapa de reactor sirve para calentar el gas de educto, en primer lugar, a una temperatura que permita el inicio de la reacción. El gas que sale de la primera etapa de reactor tenía generalmente una temperatura suficiente para la segunda etapa de reactor, no obstante, debido al enfriamiento que tuvo lugar para la eliminación de agua mediante condensación entre las etapas de reactor, el dispositivo de calentamiento asignado a la segunda etapa de reactor se necesita para volver a llevar la temperatura del gas nuevamente a la temperatura deseada en la segunda etapa de reactor. Ambos subdispositivos de calentamiento en forma de, por ejemplo, intercambiadores de calor, obtienen la energía necesaria para el calentamiento de sus portadores de calor preferentemente del calor residual generado en la reacción exotérmica y desviado de las etapas de reactor.
De forma especialmente preferente, como dispositivo de ajuste adicional está previsto un dispositivo de recirculación para el retorno de una parte, en particular, del gas que sale de la segunda etapa de reactor, a un punto dispuesto antes de la primera etapa de reactor. El uso del dispositivo de recirculación y las ventajas resultantes del mismo ya se describieron en relación con el procedimiento de metanización, incluyendo el estrangulamiento/compresor controlable que se puede utilizar en la recirculación.
En otro modo de realización posible, el sistema de reactor presenta una tercera etapa de reactor conectable a través del dispositivo de control. Esta configuración aumenta la flexibilidad lograda con la estructura modular del sistema. A este respecto, la invención también prevé la realización, independiente del control preciso, de un sistema de reactor con dos etapas de reactor conectadas en serie y atravesadas por el gas, y una tercera etapa de reactor para conectar opcionalmente.
Tal como se ha descrito hasta ahora, el sistema de reactor parte de la obtención de un gas de educto alimentado a través de un conducto diseñado correspondientemente. No obstante, el sistema puede incluir un dispositivo de mezcla acoplado para mezclar componentes individuales del gas de educto, y estar dotado de la cantidad correspondiente de conductos de alimentación. A este respecto, un conducto de alimentación puede estar disponible para el acoplamiento o, en particular, estar acoplado a un dispositivo para la producción de hidrógeno mediante energía eléctrica, por ejemplo, a uno o varios de los electrolizadores ya explicados anteriormente.
En cuanto al componente de dióxido de carbono del gas de educto, puede estar previsto que un dispositivo de lavado de gas, dispuesto cerca de las etapas de reactor, que puede filtrar dióxido de carbono del aire y alimentarlo al dispositivo de mezcla, esté disponible para el acoplamiento o, en particular, esté acoplado. El dióxido de carbono también se puede separar de un biogás, tal que en el gas de educto puede permanecer hasta aproximadamente el 5 % de contenido de metano como resto del biogás.
Además, puede estar instalado un conducto adicional hacia el dispositivo de mezcla, diseñado para una alimentación controlable de un biogás, a través del cual se puede alimentar una parte predeterminable de un biogás como componente del gas de educto.
Preferentemente, uno o varios de los dispositivos de ajuste son controlables mediante un circuito de regulación. Para ello, el dispositivo de control puede obtener de los sensores de medición informaciones de señal con los valores reales necesarios para la regulación y transmitir la información de control correspondiente a la regulación al dispositivo de ajuste correspondiente. Las magnitudes preferentemente reguladas y los dispositivos de ajuste correspondientes resultan de las explicaciones anteriores de los aspectos del procedimiento. En este sentido, el dispositivo de control se puede hacer funcionar, en particular también, para realizar un procedimiento según uno o varios de los aspectos de procedimiento explicados.
El sistema de reactor está diseñado según la invención para un funcionamiento intermitente entre dos cantidades de gas de diferentes magnitudes que se van a hacer reaccionar. Según la invención, ambas condiciones se refieren a diferentes cantidades de gas de educto que ha reaccionado por unidad de tiempo, en otras palabras, a tasas de utilización del sistema diferentes, en particular debido a cambios de carga del electrolizador acoplado.
En relación con una realización independiente de la extracción de agua parcial entre ambas etapas de metanización, está previsto preferentemente que ambos lugares sean dos etapas de reactor de un sistema de reactor dispuestas en serie, de las cuales cada una contenga un catalizador y en las cuales tenga lugar el paso de metanización respectivo, tal que la metanización catalítica de la mezcla de gases de entrada introducida en la primera etapa de reactor tenga lugar a temperaturas, en particular, en el rango de 300 °C a 600 °C, en particular tal que la mezcla de gases intermedia que continúa fluyendo se introduce en la segunda etapa de reactor y el segundo paso de metanización tiene lugar allí a temperaturas en el rango, en particular, de 250 °C a 350 °C, en particular a 300 °C, tal que la mezcla de gases de entrada puede presentar, en particular, un contenido de monóxido de carbono inferior al 0,1 %.
Otros detalles, características y ventajas de la invención se desprenden de la descripción subsiguiente de ejemplos de realización individuales en relación con las figuras adjuntas, de las cuales
la figura 1 muestra una representación esquemática de un concepto de reactor según la invención, y
la figura 2 muestra una representación esquemática de otro modo de realización.
Tal como resulta de la representación de la figura 1, un gas de educto debe alimentarse al sistema de reactor en el punto designado con E y, en el caso del uso únicamente de los reactores R1 y R2, transferirse al procesamiento posterior en el punto designado con A, por ejemplo a una alimentación a la red de gas natural existente o una puesta a disposición como gas combustible para vehículos de todo tipo.
En el camino entre los puntos E y A, el gas de educto atraviesa dos reactores, el reactor R1 y el reactor R2 conectado a continuación, que están equipados respectivamente con un catalizador y presentan un sistema de disipación de calor 15.1 y 15.2. Los reactores R1 y R2 están realizados como reactores de lecho fijo y se pueden diferenciar en su forma constructiva y el tipo de catalizador utilizado. Preferentemente se utilizan reactores de haz tubular o también reactores de placas para poder disipar más fácilmente el calor generado en la metanización altamente exotérmica. Por otro lado, las etapas se pueden hacer funcionar con parámetros de proceso (presión, temperatura, velocidad espacial) diferentes, entre otros, debido a diversos dispositivos de ajuste realizados en el concepto de reactor.
De este modo, en primer lugar se puede ajustar la presión de gas para el gas de educto antes de la entrada en el reactor R1 mediante un compresor 7.1. Conectado a continuación del compresor 7.1 se encuentra un intercambiador de calor 6.1, con el cual se puede llevar el gas de educto a una temperatura predeterminable, por ejemplo 270 °C. Con 5.1 se designa un dispositivo de adición de H2O que está dispuesto después del intercambiador de calor 6.1 y a través del cual se puede ajustar el contenido de agua del gas de educto. En la sección entre el dispositivo de adición de H2O 5.1 y la entrada al reactor R1 desemboca un conducto de recirculación RZ que, en este ejemplo de realización, sale por detrás del segundo reactor R2 y mediante el cual se puede hacer recircular una parte del gas que sale del reactor 2 por delante del reactor 1.
Conectado a continuación del reactor 1 se encuentra otro intercambiador de calor 8.1, a través del cual se consigue un enfriamiento del gas que sale del reactor R1. Se puede realizar un ajuste del punto de rocío deseado, de forma que en el punto designado con 4.1 se puede desviar una parte del agua contenida en el gas, correspondiente al ajuste del punto de rocío. Para ello se puede utilizar un purgador de condensado conocido del estado de la técnica, véanse también las explicaciones detalladas de la figura 2.
Otros dispositivos hasta la entrada del gas en el segundo reactor R2 son en el sentido de flujo del gas un estrangulamiento 9.1 controlable, un compresor intermedio 7.2, un intercambiador de calor 6.2 para volver a calentar la mezcla de gases, así como otro dispositivo de adición de H2O 5.2, a través del cual se puede aumentar (nuevamente) aún más el contenido de agua del gas que entra en el reactor R2.
En la representación esquemática de la figura 1, el segundo reactor R2 está representado esquemáticamente igual que el reactor R1, aunque puede presentar un catalizador con una actividad diferente, en particular mayor, en comparación con el reactor R1 y también puede presentar un diseño diferente.
Como ya se ha explicado anteriormente, a través del conducto de recirculación RZ se puede hacer recircular una parte del gas que sale del reactor 2 por delante del reactor 1. En el conducto de recirculación RZ está previsto un estrangulamiento 90 controlable, así como un compresor de recirculación 70. Este último es opcional y también se puede omitir debido al control de presión a través del compresor intermedio 7.2 explicado a continuación. El conducto de recirculación RZ también se podría ramificar entre los reactores R1 y R2, preferentemente después del compresor intermedio 7.2. En caso contrario, el compresor de circulación 70 se debería mantener en todo caso en el RZ.
De forma similar al reactor R1, también en el reactor R2 está previsto un dispositivo de enfriamiento en forma de un intercambiador de calor 8.2 para el ajuste del punto de rocío con la eliminación de agua 4.2 correspondiente y un estrangulamiento 9.2 controlable, antes de alcanzar el punto de salida A. No obstante, antes del estrangulamiento 9.2 aún está montado un dispositivo de conmutación 3, mediante el cual se puede desviar el gas a un tercer reactor R3. El reactor R3 completa, en el ejemplo de realización mostrado en la figura 1, la estructura modular en etapas del sistema de reactor y tiene, como los reactores R1 y R2, un dispositivo de calentamiento conectado previamente en forma de un intercambiador de calor 6.3 y un dispositivo de adición de H2O 5.3, y conectado a continuación un dispositivo de enfriamiento en forma de otro intercambiador de calor 8.3 para volver a ajustar el punto de rocío, con una eliminación de agua 4.3 correspondiente y un estrangulamiento 9.3 controlable, antes de alcanzar la salida A3 activa en el caso del uso del tercer reactor R3. También se puede prescindir por completo del tercer reactor R3, de forma que el gas que sale del reactor R2 puede formar el gas de producto final sin más medidas de preparación, a excepción de la eliminación de agua subsiguiente.
El sistema de reactor es controlado por un dispositivo de control 20 que transmite, cableado o de forma inalámbrica, sus comandos de control a los dispositivos de ajuste individuales y recibe datos de sensores de sensores de medición no representados en la figura 1, que se explican a continuación con mayor detalle.
No obstante, en primer lugar se explican algunos procesos que tienen lugar en la metanización y se indican medidas para contrarrestar los efectos negativos de estos procesos en el procedimiento.
Además de las reacciones indicadas en las ecuaciones (1) a (3) explicadas al comienzo, también tienen lugar otras reacciones como, por ejemplo, la transformación de monóxido de carbono en carbono elemental que, en parte, se deposita recombinado con otros elementos sobre la superficie del catalizador en el reactor y, dado el caso, puede conducir a una desactivación progresiva del catalizador. Para evitar o, como mínimo, reducir los depósitos de carbono no deseados en el primer reactor R1, que afectan la actividad del catalizador, se puede alimentar H2O en forma de vapor de agua al gas de educto antes de su entrada en el reactor 1, siempre que no se introduzca ya el contenido de agua suficiente a través de la recirculación. Para ello, en caso de necesidad está previsto el dispositivo de adición de H2O 5.1.
La metanización es una reacción altamente exotérmica, de forma que durante la formación de metano en el gas también aumenta fuertemente la temperatura del gas (causa de los puntos calientes o “hot spots"). De este modo se llega a contenidos de metano mediante la metanización en el primer reactor R1 de aproximadamente el 65 %-85 % en volumen. Para aumentar aún más el contenido de metano, en los reactores R1, r2 y, dado el caso, R3 se realiza un escalonamiento del nivel de temperatura que desplaza el equilibro de las reacciones hacia contenidos de metano elevados. Para obtener estos niveles de temperatura está previsto, por un lado, un enfriamiento del reactor para cada etapa del reactor. Un circuito de refrigeración 15.1 (15.2, 15.3) previsto para ello, que se refrigera del lado del reactor a través de una unidad de intercambiador de calor 18.1 (18.2, 18.3) y absorbe correspondientemente el calor del reactor para su uso en otra parte, se prevé de forma que la corriente del circuito de refrigeración es paralela a la corriente de gas del reactor. Alternativamente, a través de una corriente del circuito de refrigeración contraria, se puede generar un gradiente de temperatura negativo en dirección de la corriente del gas, lo que es energéticamente ventajoso en relación con el enfriamiento que tiene lugar de todas formas a continuación.
Para una metanización aún más mejorada en el segundo reactor R2 está previsto, a través de la estación de extracción de agua, mediante ajuste del punto de rocío y separación de agua mediante refrigeración del gas que sale del reactor R1, condensar una parte del agua correspondiente al ajuste del punto de rocío, mientras otra parte permanece en la corriente de gas para evitar depósitos de carbono en el segundo reactor R2, véanse al respecto también las explicaciones de principio relacionadas con la figura 2.
En particular cuando el gas de educto está compuesto principal o esencialmente por una mezcla de CO2/H2 estequiométricamente adecuada, debido a la reacción que tiene lugar muy rápidamente ya desde la entrada en el reactor 1 para las velocidades espaciales deseadas, ya se genera tanto calor de reacción que ya no es suficiente con una refrigeración de reactor suficiente mediante el circuito de refrigeración. Entonces se pueden formar en la zona de entrada del reactor las zonas de sobrecalentamiento limitadas localmente denominadas “hot spots". Mediante sensores de temperatura se puede reconocer la formación de dichos “hot spots" y transferir la información correspondiente al dispositivo de control 20. Puesto que el catalizador no puede soportar las cargas de temperatura en las zonas de sobrecalentamiento durante largo tiempo, se toman contramedidas para reducir la velocidad de reacción.
Una medida prevista para ello es la recirculación RZ de una parte del gas de producto que, por ejemplo, sale del reactor 2 esencialmente ya reaccionado, que se vuelve a añadir al gas de educto antes de entrar en el primer reactor R1. Para mantener el nivel de presión, la parte recirculada se puede comprimir anteriormente mediante el compresor 70, que compensa la pérdida de presión a través de los reactores R1 y R2. Mientras la velocidad de reacción en el reactor R1 se reduce debido a esta medida, también debe tenerse en cuenta adaptar o, dado el caso, detener la adición de H2O a través del dispositivo de adición de H2O 5.1 debido al metano recirculado.
Otra medida para contrarrestar la formación de “hot spots" o eliminar los “hot spots" generados consiste en el frenado adicional de la velocidad de reacción mediante una reducción de presión del gas de educto antes del primer reactor R1 a través del compresor 7.1. De este modo, la presión se puede reducir fuertemente y solo es necesaria una ligera sobrepresión en comparación con el entorno para evitar la entrada de aire en caso de fuga, por ejemplo, se puede elegir una presión absoluta de 1,5 barabs.
En consecuencia, se reduce la velocidad de reacción y las zonas de sobrecalentamiento locales desaparecen. Mediante el compresor intermedio 7.2 se puede volver a elevar la presión baja en el sistema para el reactor R2, en el que el problema de los “hot spots" no ocurre esencialmente. De forma correspondiente, la metanización posterior se puede volver a realizar a presión elevada, por ejemplo, 7 bar, la que, debido a la reacción reductora de volumen, aumenta la velocidad de reacción y desplaza el equilibrio hacia contenidos de metano más elevados. En este caso se puede generar incluso una caída de presión de la presión después del reactor R2 en comparación con la presión antes del reactor R1, de forma que el gas recirculado ya no necesita comprimirse. De forma correspondiente, se puede prescindir del uso de un compresor de recirculación 70, y la cantidad del gas, dado el caso, húmedo recirculado se ajusta únicamente a través del estrangulamiento 90 controlable.
Como ya se ha mencionado anteriormente, en funcionamiento normal (caso base), por ejemplo, en caso de tasa de utilización máxima, debe partirse de una calidad de gas de producto (cumplimiento del criterio) suficiente debido a los ajustes básicos correspondientes, tras atravesar ambos reactores R1 y R2. En el caso de que, por ejemplo, debido a una peor calidad del gas de educto o a una actividad reducida de los catalizadores o a la realización de una modificación de la carga, el criterio no se pueda cumplir únicamente con ambos reactores R1 y R2, la reacción de metanización puede continuar realizándose mediante conexión del reactor R3. Esto tiene lugar desviando la corriente de gas a través del dispositivo de desviación 3. Puesto que el reactor R3 únicamente se utiliza para la metanización final, para ello se puede utilizar un catalizador altamente activo. Además, a través del control de extracción de agua 8.2 y 4.2 previo está previsto un nuevo enfriamiento con ajuste del punto de rocío y la correspondiente extracción de agua, de forma que permanece únicamente el contenido de agua necesario para el diseño de reactor del reactor R3 en el gas que lo atraviesa, para contrarrestar nuevamente depósitos de carbono no deseados en el catalizador.
Teniendo en cuenta las medidas explicadas anteriormente, ahora se explican controles individuales del funcionamiento del reactor que, por un lado, optimizan el funcionamiento intermitente logrado con la invención (adaptación a carga variable). Otras optimizaciones se refieren al ahorro de la energía utilizada para el procedimiento, así como a un uso más prolongado del catalizador.
Bajo un primer aspecto, únicamente debe describirse un esfuerzo de compresión lo más reducido posible. Como ya se ha mencionado anteriormente, la división modular del sistema de reactor en reactores R1 y R2 ajustables independientemente uno de otro, entre otros, a través del compresor intermedio 7.2, permite un ajuste de presión de libre elección entre los reactores R1 y R2 individuales. En cuanto al ajuste de presión en el reactor 1 a través del compresor 7.1, el reactor R1 se hace funcionar para una presión muy reducida (por ejemplo, en el rango de 1,5 a 2 bar), que no obstante se ajusta según un margen de seguridad predeterminado por encima de la presión ambiente. Debido a la reacción fuertemente reductora del volumen en el primer reactor, ya se consigue un ahorro de energía considerable, ya que el compresor intermedio 7.2 debe llevar únicamente un volumen de gas inferior a una presión superior deseada en el reactor 2 con respecto a lo que sería el caso en caso de una compresión ya realizada antes del reactor 1. Además, la presión en el reactor R2 debe reducirse nuevamente tanto como sea posible ahorrando energía, de forma que aún se alcance la calidad deseada del gas de producto (cumplimiento del primer criterio). Para una presión fijada en el reactor R1, esta reducción de presión energéticamente optimizada tiene lugar para el reactor r2 de forma automática a través de un circuito de regulación integrado en el control 20. Como el criterio a cumplir se puede utilizar el contenido de metano mínimo como valor nominal para el circuito de regulación. El valor real del circuito de regulación es entonces el contenido de metano medido en el punto de salida del gas de producto. En caso de una desviación de regulación positiva entre el contenido de metano medido y el necesario, como magnitud de control del circuito de regulación se continúa reduciendo la presión antes del reactor R2 hasta que la presión esté regulada en un valor en el que el valor real y el valor nominal coinciden y, por tanto, se consiga la calidad de producto deseada con un esfuerzo energético mínimo. En este sentido, el criterio deseado aún puede incluir un margen de seguridad en comparación con los requisitos mínimos.
Debido al circuito de regulación tiene lugar un ajuste de presión adecuado antes del reactor 2, incluso también cuando tiene lugar un fallo debido a una degradación progresiva de un catalizador, una modificación de carga ligera o fluctuaciones, por ejemplo, en la composición del porcentaje de dióxido de carbono del gas de educto.
Otra magnitud sometida a la regulación de optimización es la cantidad de gas recirculado en base al hecho de que el esfuerzo energético en el compresor intermedio 7.2 aumenta de forma correspondiente a la cantidad de gas recirculado.
Debido a la explicación anterior de la problemática de los “hot spots", esta regulación adicional (circuito de regulación 2) está vinculada a la condición de que la temperatura en el reactor R1 no supere una temperatura límite predeterminada, que es un valor empírico con margen de seguridad por debajo de una temperatura límite del catalizador y se entrega al circuito de regulación 2 como magnitud nominal. Como valor real sirve la temperatura medida en el reactor 1, y la cantidad de gas recirculado que actúa como magnitud de control se ajusta a través del estrangulamiento 90 dispuesto en el circuito de recirculación RZ. En este sentido, la cantidad de gas recirculada se reduce mientras la temperatura medida sea inferior a la temperatura nominal predeterminada. Por otra parte, de este modo se compensan fallos que conducen a un aumento de la temperatura reinante en el reactor 1 y, dado el caso, aumentan el riesgo de formación de “hot spots”, como el aumento de la cantidad de gas de educto que se va a hacer reaccionar por tiempo, mediante una recirculación (aumentada) automáticamente regulada.
Mediante la optimización en forma de una cantidad lo más baja posible de gas recirculado, al mismo tiempo, en el reactor R1 se consigue una temperatura de reactor lo más elevada posible, de forma que el valor energético del calor residual utilizable, absorbible mediante el circuito de refrigeración 15.1 correspondiente y el intercambiador de calor 18.1, también se maximiza.
Como ya se ha mencionado anteriormente, el gas debería contener preferentemente un porcentaje mínimo de agua cada vez que entra al reactor para proteger a los catalizadores de depósitos de carbono no deseados. Aparte de este efecto protector, la alimentación de agua a través de los dispositivos de adición de H2O 5.1 y 5.2 tiene un efecto negativo en el balance energético del procedimiento, ya que el agua debe prepararse, calentarse y evaporarse y, por otro lado, genera una pérdida de presión que debe compensarse mediante la compresión posterior. Por otro lado, el agua alimentada se condensa después del respectivo reactor, lo que también aumenta la energía del procedimiento. Por tanto, otro control del sistema de reactor prevé mantener el porcentaje de agua para cada entrada al reactor lo más bajo posible. En relación con el reactor R1 debe minimizarse el agua alimentada en forma de vapor a través del dispositivo de adición de agua H2O 5.1. Para ello, como condición límite está previsto no quedar por debajo de un contenido de agua en el gas a la entrada en el reactor R1 que depende de varias magnitudes y se determina según una regla de cálculo predeterminada. Para comprobar el cumplimiento de esta condición marco, se determina continuamente la composición del gas en cada entrada al reactor y se transmite al dispositivo de control 20. Las magnitudes a través de las cuales se calcula el contenido de agua nominal incluyen una o varias de la composición del gas de educto, en particular el contenido de hidrocarburos teniendo en cuenta la recirculación, la tasa de conversión, en particular del reactor R1, así como la presión y la temperatura del reactor R1.
Este control también se puede realizar de forma automática a través de un circuito de regulación adicional (circuito de regulación 3), tal que como valor real se utiliza el contenido de agua del gas en la entrada del reactor, determinado indirectamente/medido, y la cantidad de agua dosificada a través del dispositivo de adición de H2O 5.1 representa la magnitud de ajuste de este tercer circuito de regulación. Una determinación indirecta se obtiene teniendo conocimiento del gas de educto, del gas de producto, así como de la cantidad de gas recirculada.
De forma similar, también debe mantenerse lo más reducido posible el contenido de agua del gas que entra en el reactor R2. No obstante, en comparación con el primer reactor R1, resulta la diferencia de que el contenido de agua se puede modificar a través de dos medidas, por un lado, a través de una extracción de agua 4.1 mediante ajuste del punto de rocío por medio del enfriamiento 8.1 y, por otro lado, a través de la dosificación de agua a través del dispositivo de adición de agua H2O 5.2. De este modo, para una regulación correspondiente están disponibles dos magnitudes de ajuste. De forma idónea, se pretende prescindir por completo de la alimentación de agua a través del dispositivo de adición de agua H2O 5.2, y que la regulación tenga lugar únicamente a través el ajuste del punto de rocío y la extracción de agua tras la salida del gas del reactor R1. No obstante, esta última está sometida a la condición marco de un contenido de agua máximo admisible para el compresor intermedio 7.2. Si se supera este contenido de agua, la regulación finaliza mediante el ajuste del punto de rocío y la separación de agua y la regulación posterior remanente tiene lugar mediante la adición de agua (5.2). Como valor nominal para el contenido de agua a la entrada del reactor R2 se utiliza nuevamente un valor determinado mediante una regla de cálculo predeterminada a partir de la presión en el reactor R2, las características del gas de producto intermedio (en particular su contenido de hidrocarburos) y la temperatura de reactor en el reactor R2.
Debido a este circuito de regulación 4 y al circuito de regulación 3 se consigue automáticamente una protección de los catalizadores y se contrarregulan las magnitudes perturbadoras independientemente de su origen, que de otro modo causarían una degradación adicional de los catalizadores.
Otra optimización está prevista para el caso en que, si bien se refiere al criterio a cumplir, por ejemplo, el contenido de metano del gas de producto, no obstante se hace aún más estricto. Además de una adaptación a este criterio modificado para su cumplimiento a través de la presión en el reactor R2 mediante el compresor intermedio 7.2, como parámetro adicional se puede modificar la composición del gas de educto. Esto puede tener lugar, por un lado, a través de una relación de mezcla modificada del hidrógeno obtenido, por ejemplo, mediante electrólisis respecto a la parte del gas de educto que contiene dióxido de carbono, o mediante una variación de la última parte. Para ello es posible, por ejemplo, alimentar una parte de biogás, que ya presenta por sí mismo un porcentaje de metano elevado, a través de una conexión a un conducto de gas externo.
Una optimización según la invención del funcionamiento del reactor consiste en su control para un funcionamiento intermitente. Como ya se ha mencionado anteriormente, el reactor no solo se utiliza en funcionamiento continuo, sino que, a través de cambios de carga realizables en poco tiempo (es decir, el hacer reaccionar cantidades de gas de educto diferentes por unidad de tiempo, que varían rápidamente), también permite un procesamiento de excedentes de corriente que provienen, por ejemplo, de fuentes renovables.
En primer lugar, el sistema de reactor está diseñado para un índice de reacción de gas máximo, para lo cual están ajustados parámetros energéticamente razonables según las regulaciones anteriores. Partiendo de un rendimiento de este tipo o de la carga vinculada a ello, el reactor se puede hacer funcionar dentro de un tiempo de conmutación inferior a 5 minutos, en particular inferior a 2 minutos, con una carga más baja, aproximadamente el 40 % de la carga máxima o menos, en particular el 20 % de la carga máxima o menos. También es posible una desconexión completa. Estos cambios de carga en general y los cambios de carga rápidos en especial, que son extremadamente problemáticos para reactores de lecho fijo habituales, se moderan mediante la estructura de reactor modular según la invención y su control.
Los ajustes básicos para un funcionamiento normal regulado pueden ser, por ejemplo, de la siguiente forma: en primer lugar, el gas de educto se calienta previamente a una temperatura de 270 °C (6.1). En la primera etapa de metanización se trabaja a temperaturas en el rango de 270 °C a 550 °C y a una presión de 2 bar. El enfriamiento después de pasar la primera etapa de metanización tiene lugar hasta una temperatura de entre 100 °C y 135 °C (8.1), después de lo cual se separa la parte de agua condensada (4.1). La compresión subsiguiente (7.2) tiene lugar a una presión de 7 bar. Si el contenido de agua de la mezcla de gases aún se encuentra por debajo del 20 %, se aumenta a del 25 % al 35 % (5.2), realizándose un calentamiento previo del gas recomprimido a aproximadamente 280 °C (6.2). La metanización en la segunda etapa tiene lugar entonces a temperaturas de entre 350 °C y 280 °C y a una presión de 7 bar.
Ahora se describe en base a un primer ejemplo cómo tiene lugar el control del procedimiento en el caso de que el reactor deba reducirse del funcionamiento normal regulado con aproximadamente la potencia máxima a un 20 % de esta potencia, por ejemplo, porque la potencia eléctrica, obtenida de energías renovables, para el electrolizador para la producción de hidrógeno se ha reducido considerablemente debido a que no hay viento y/o a una radiación solar reducida. En caso contrario sería posible reducir la generación de hidrógeno, ya que la corriente necesaria para ello solo se puede obtener en el mercado eléctrico a precios no rentables.
Entonces, debido a la reducción de la corriente de gas de educto, tiene lugar una reducción de la velocidad espacial en los reactores, cuyos catalizadores se descargan y permiten grados de metanización aún más elevados. De forma correspondiente, mediante las regulaciones descritas anteriormente, en particular los circuitos de regulación 1 y 2, se puede cumplir el criterio de un porcentaje de metano mínimo incluso con un esfuerzo energético bajo, tal que, si el rendimiento baja, debido a los circuitos de regulación tienen lugar automáticamente los ahorros de energía correspondientes.
En caso contrario, si al dispositivo de control 20 se le indica que el sistema de reactor debe aumentarse de una carga relativamente baja de, por ejemplo, el 20 % de la carga máxima a pleno rendimiento, los controles y las regulaciones orientados a optimizar el consumo de energía se desconectan en primer lugar, ya que falta energía en el proceso y la puesta a disposición rápida del calor de reacción necesario para aumentar la carga es más importante que los ahorros de energía posibles durante el aumento de la carga. Para fines de regulación, de forma preparatoria y temporal se puede indicar un criterio más estricto.
El dispositivo de control 20 controla uno o varios de los dispositivos de ajuste en preparación del cambio de carga, en particular los dispositivos 7.1, 6.1, 7.2, 90, de forma que los parámetros que influyen en la liberación de calor de reacción se modifican hacia valores que favorezcan esta liberación. Se aumenta la presión para el reactor R1 y/o la presión para el reactor R2 y, dado el caso, se calienta el gas de educto adicionalmente a valores mayores. En el cambio de carga puede ocurrir entonces que no se cumpla el criterio más estricto (por ejemplo, contenido de CH4), pero el criterio original se sigue cumpliendo.
Un contracontrol a la velocidad de reacción y al ajuste de parámetros que inhibe la liberación del calor de reacción comienza en cuanto se producen temperaturas muy elevadas localmente, en particular en el reactor R1, y se forman “hot spots". Después de la estabilización en el nuevo rendimiento (al alcanzar condiciones de reacción estacionarias bajo la nueva carga) se pueden volver a iniciar el control/la regulación orientados a una optimización del consumo de energía y, dado el caso, se puede volver a restablecer el criterio más estricto.
Una posibilidad adicional de enfrentarse a un aumento de carga en un tiempo lo más corto posible consiste en la conexión del reactor R3. Durante el funcionamiento normal del sistema de reactor, controlado bajo optimización de energía, este reactor R3 solo se conecta preferentemente cuando ya se han agotado las demás posibilidades mencionadas anteriormente para mantener la calidad de gas de producto necesaria (cumplimiento del criterio). En la representación mostrada en la figura 1, el reactor R3 está previsto conectable (3) y, gracias a su conexión tipo módulo, se puede conectar después de los reactores R1 y R2. No obstante, en un modo de realización alternativo y no representado de la invención también se considera el prescindir completamente del reactor R3 y lograr una flexibilidad mayor, dado el caso, mediante un dimensionamiento más generoso del reactor R2.
La estructura tipo módulo del sistema de reactor a partir de reactores individuales, que se pueden acoplar entre sí en un sistema en serie y, como componentes de un sistema en serie, también se pueden fabricar industrialmente de forma más sencilla en fabricación en serie más económica, permite, por tanto, una flexibilidad mayor en cuanto al procesamiento de diferentes gases de educto y a alcanzar diferentes rangos de rendimiento. Además, a través de la controlabilidad individual de los reactores individuales, en particular a través de la influencia sobre el gas que fluye entre ambos reactores R1 y R2, se hace posible el control más flexible mencionado del sistema y, en particular, un control energéticamente optimizado.
A continuación, aún en relación con la figura 2, se describen detalles en cuanto al ajuste del punto de rocío o la mezcla de gases que se pueden aplicar básicamente también al modo de realización descrito en la figura 1, mientras que los valores de parámetros mencionados a continuación no deben entenderse como limitación de la invención, sino como posible elección.
El sistema de reactor 1’ está compuesto por una unidad de mezcla 2’ para mezclar dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno (H2) en una relación molar SN predeterminada, una unidad de síntesis 3’ para metanizar la mezcla de gases que contiene el dióxido de carbono y el hidrógeno, así como una unidad de secado 4’, en la cual se extrae agua de la mezcla de gases metanizada en la unidad de síntesis 3’.
La unidad de mezcla 2’ presenta un conducto de alimentación 5’ para dióxido de carbono (CO2) y un conducto de alimentación 6’ para hidrógeno (H). En los conductos de alimentación 5’, 6’ está previsto un controlador de flujo de masa 7’, 8’ (en inglés “Mass Flow Controller' = MFC) respectivamente, con el cual se puede controlar la corriente de gas que fluye por el conducto de alimentación 5’, 6’ respectivo. Corriente arriba de los controladores de flujo de masa 7’, 8’ se unen ambos conductos de alimentación 5’, 6’ en un conducto de gas.
La unidad de síntesis está compuesta, tal como está representado en la figura 2, por dos etapas de reactor 9’ y 10’ dispuestas en serie, que presentan respectivamente un catalizador en sí conocido que contiene níquel.
Ambas etapas de reactor 9’ y 10’ son refrigeradas respectivamente con un medio refrigerante adecuado desde el exterior. El medio refrigerante utilizado para ello se guía respectivamente en un circuito por la pared exterior de la etapa de reactor 9’, 10’ respectiva, de forma que el medio refrigerante pueda absorber una parte del calor generado por la exotermia de la reacción de metanización (3) de la etapa de reactor 9’, 10’ respectiva. En el circuito de medio refrigerante de la primera y la segunda etapa de reactor 9’ y 10’ está contenido respectivamente un equipo de temperado del medio refrigerante 11’, 12’ que lleva el medio refrigerante a una temperatura predeterminada antes de que sea guiado por la pared exterior de la etapa de reactor 9’, 10’.
El medio refrigerante que llega del equipo de temperado del medio refrigerante 11’, 12’ se guía a lo largo de la primera o la segunda etapa de reactor 9’, 10’ en contra de la dirección de flujo de la mezcla de gases, es decir, desde la salida de la etapa de reactor 9’, 10’ hacia la entrada de la etapa de reactor 9’, 10’. De este modo se consigue que el efecto refrigerante a la salida de la etapa de reactor 9’, 10’ sea máximo y se reduzca de forma continua hacia la entrada de la etapa de reactor 9’, 10’, ya que la temperatura del medio refrigerante aumenta hacia la entrada debido a la energía térmica absorbida por la mezcla de gases y, por tanto, se reduce la diferencia de temperatura entre la temperatura de la mezcla de gases y la temperatura del medio refrigerante.
El medio refrigerante que viene de la etapa de reactor 9’, 10’, calentado por la exotermia de la reacción de metanización (3) se utiliza previamente, antes de volver a ser guiado al equipo de temperado 11’, 12’, para calentar previamente la mezcla de gases en un intercambiador de calor 13’, 14’ antes de la entrada a la primera etapa de reactor 9’ o antes de la entrada a la segunda etapa de reactor 10’. El medio refrigerante que viene del intercambiador de calor 13’, 14’ vuelve a ser guiado en el circuito de medio refrigerante de la primera etapa de reactor, así como también en el circuito de medio refrigerante de la segunda etapa de reactor, respectivamente hacia el equipo de temperado 11’, 12’.
Entre ambas etapas de reactor 9’, 10’, la unidad de síntesis 3’ presenta un dispositivo para el ajuste del punto de rocío de la mezcla de gases tras la salida de la primera etapa de reactor 9’ y antes del intercambiador de calor 14’ para calentar previamente la mezcla de gases que entra a la segunda etapa de reactor 10’. Este dispositivo para el ajuste del punto de rocío está compuesto por un circuito de medio refrigerante con un refrigerador 15’ y un intercambiador de calor 16’ para enfriar la mezcla de gases que sale de la primera etapa de reactor 9’, así como por un purgador de condensado 17’ que extrae del sistema de síntesis 3’ o del sistema de reactor 1 ’ el agua condensada por el enfriamiento de la mezcla de gases.
Tras la salida de la segunda etapa de reactor 10’, la mezcla de gases metanizada se introduce en una unidad de secado 4’. Esta unidad de secado 4’ está compuesta, de forma similar al dispositivo para el ajuste del punto de rocío, por un circuito de medio refrigerante con un refrigerador (no representado) y un intercambiador de calor 18’ para enfriar la mezcla de gases que sale de la segunda etapa de reactor 10’, así como por un purgador de condensado 19’ que extrae de la unidad de secado 4’ o del sistema de reactor 1’ el agua condensada por el enfriamiento de la mezcla de gases.
En la unidad de mezcla 2’, mediante el control correspondiente de los controladores de flujo de masa 7’, 8’, se mezclan estequiométricamente dióxido de carbono (CO2) puro que se obtiene, por ejemplo, del aire o de biogás, e hidrógeno (H2) puro que se obtiene, por ejemplo, mediante electrólisis a partir de agua. Por tanto, en el presente modo de realización, la mezcla de gases generada en la unidad de mezcla 2’ presenta esencialmente solo dióxido de carbono e hidrógeno.
En este ejemplo de realización, la mezcla de gases se calienta previamente mediante calentamiento previo en el primer intercambiador de calor 13’ antes de la primera etapa de reactor 9’ a una temperatura de aproximadamente 270 °C, antes de ser introducida en la primera etapa de reactor 9’. Después de la introducción de la mezcla de gases previamente calentada de este modo, la exotermia de la reacción de metanización, iniciada por el catalizador, conduce a un calentamiento rápido de la mezcla de gases a una temperatura máxima de aproximadamente 450 °C. Luego, la temperatura de la mezcla de gases cae hacia la salida de la primera etapa de reactor 9’ a un valor de aproximadamente 300 °C. Después de la salida de la primera etapa de reactor 9’, la mezcla de gases se enfría en el dispositivo para el ajuste del punto de rocío a una temperatura de aproximadamente 120 °C y el agua condensada de esa forma se extrae de la unidad de síntesis 3’ o del sistema de reactor 1’ con el purgador de condensado 17’. Después del ajuste del punto de rocío, la mezcla de gases se calienta previamente con el intercambiador de calor 14’ a una temperatura de aproximadamente 260 °C. La temperatura de la mezcla de gases aumenta solo ligeramente después de la introducción de la mezcla de gases en la segunda etapa de reactor 10’ a aproximadamente 280 °C y cae ligeramente hacia la salida aproximadamente 10 °C hasta una temperatura de 270 °C.
A continuación de la metanización en la primera y la segunda etapa de reactor 9’, 10’, de la mezcla de gases metanizada se extrae el H2O generada por la reacción de metanización en la unidad de secado 4’, enfriando la mezcla de gases en el intercambiador de calor 18’ a una temperatura de aproximadamente 30 °C y desviando el agua que se condensa de esa forma con el purgador de condensado 19’.
La presión en el sistema de reactor 1’ o en la unidad de síntesis 3’ se ajusta según el ejemplo de realización a 6 bar. Los flujos de masa de gas dióxido de carbono y gas hidrógeno se ajustaron en el presente ejemplo de realización con los controladores de flujo de masa 7’, 8’ de forma que la velocidad espacial en la primera etapa de reactor presenta un valor de 3500/h y en la segunda etapa de reactor un valor algo más bajo de 2500/h.
En el presente ejemplo de realización, el contenido de agua molar en la mezcla de gases después del ajuste del punto de rocío se encontró entre el 30 % y el 35 %.
Después del secado en la unidad de secado 4, el contenido de agua molar de la mezcla de gases presenta un valor correspondiente al punto de rocío de 30 °C.
En el ejemplo de realización, el índice de reacción del dióxido de carbono en la primera etapa de reactor 9’ es de aproximadamente el 95 %, en el ejemplo de realización, el índice de reacción del dióxido de carbono en la segunda etapa de reactor 10’ se encuentra ligeramente por encima del 90 %, de forma que el contenido de metano en la mezcla de gases metanizada es al final de aproximadamente el 99 %.
La mezcla de gases producida de este modo con elevado contenido de metano se puede utilizar directamente como combustible para vehículos o se puede alimentar directamente a la red de gas natural.
No obstante, también son posibles formas modificadas del sistema de reactor 1’ y del procedimiento según la invención realizado con este.
En este sentido, el sistema de reactor 1 fue descrito con dos etapas de reactor 9’, 10’. No obstante, también es posible prever etapas de reactor adicionales si es necesaria una metanización aún más completa.
La metanización de un gas que contiene dióxido de carbono e hidrógeno no solo es posible a 6 bar sino también a otras presiones. No obstante, se prefiere una presión en el rango de 2 a 15 bar. Resulta especialmente ventajosa una presión en el rango de 2 a 8 bar.
Anteriormente se ha descrito un desarrollo de temperatura determinado. Se pueden considerar otros desarrollos de temperatura. De este modo, podrían elegirse otras temperaturas para el calentamiento previo de la mezcla de gases antes de la introducción en la primera o la segunda etapa de reactor 9’, 10’. En función del catalizador utilizado, el procedimiento también podría realizarse sin calentamiento previo de la mezcla de gases antes de la introducción de la misma en la primera o la segunda etapa de reactor 9’, 10’. De este modo se reduce la necesidad de equipos.
El procedimiento se describió en el ejemplo de realización con temperaturas en la primera etapa de reactor 9’ de 300 °C a 450 °C. En este rango, la metanización tiene lugar de forma especialmente eficiente. No obstante, también es posible realizar la metanización en la primera etapa de reactor a otras temperaturas, eligiéndose temperaturas en el rango de 300 °C a 600 °C, a las cuales se logra una metanización eficiente. La metanización posterior en la segunda etapa de reactor se describió para una realización a temperaturas en el rango de 270 °C a 280 °C. En este rango, la metanización posterior tiene lugar de forma especialmente eficiente. No obstante, también es posible realizar la metanización posterior a otras temperaturas, tal que las temperaturas en el rango de 250 °C a 300 °C pueden ofrecer ventajas.
Para el ajuste del punto de rocío se describió el enfriamiento de la mezcla de gases a una temperatura de 120 °C. No obstante, en función de la presión utilizada puede ser necesaria otra temperatura para ajustar el punto de rocío de forma óptima. A presiones de entre 2 y 15 bar, la temperatura a la cual debe enfriarse la mezcla de gases para el ajuste del punto de rocío para ajustar un contenido de agua molar del 30 % al 50 % se encuentra en un rango de 80 °C a 160 °C. A presiones en el rango preferente de 2 a 8 bar, esta temperatura se encuentra en un rango de 86 °C a 128 °C. De forma ventajosa, el ajuste del punto de rocío se realiza de forma que el contenido de agua molar se encuentra en un rango del 30 % al 50 %, de forma especialmente preferente del 30 % al 35 %.
En el ejemplo de realización anterior se describieron determinadas velocidades espaciales que son especialmente ventajosas para una metanización eficiente. No obstante, también se pueden considerar otras velocidades espaciales, encontrándose la velocidad espacial de la mezcla de gases en la primera etapa de reactor 9’ preferentemente en un rango de 2000/h a 8000/h. Especialmente ventajosa es una velocidad espacial en un rango de 2000/h a 6000/h. La velocidad espacial en la segunda etapa de reactor 10’ se encuentra en un rango de 1000/h a 6000/h. Especialmente ventajosa es una velocidad espacial en el rango de 1500/h a 4000/h.
En el ejemplo de realización indicado anteriormente, como mezcla de gases que contiene dióxido de carbono e hidrógeno se utiliza una mezcla de gases que está compuesta esencialmente solo por dióxido de carbono e hidrógeno. No obstante, la mezcla de gases utilizada para la metanización también puede contener otros componentes. Dado el caso, antes de la introducción en la primera etapa de reactor 9’ deben eliminarse todas las sustancias nocivas para los catalizadores como, por ejemplo, los compuestos de azufre. La mezcla de gases que contiene dióxido de carbono e hidrógeno puede ser, por ejemplo, biogás, que ya presenta adicionalmente al dióxido de carbono y el hidrógeno un porcentaje de metano determinado y presenta un porcentaje de monóxido de carbono inferior al 0,1 %. En este contexto, la relación molar entre el dióxido de carbono y el hidrógeno se puede lograr nuevamente añadiendo hidrógeno.
Adicionalmente, en el ejemplo de realización descrito anteriormente se describió una mezcla estequiométrica de dióxido de carbono e hidrógeno. No obstante, también es posible utilizar una relación de mezcla de dióxido de carbono e hidrógeno diferente a esta.
Finalmente, en el ejemplo de realización indicado anteriormente se describió el secado de la mezcla de gases metanizada mediante enfriamiento a 30 °C y desviación del agua condensada en la unidad de secado 4’. No obstante, el secado de la mezcla de gases metanizada también se puede realizar con otros procedimientos conocidos. Además, el secado se puede adaptar y, dado el caso, incluso eliminar por completo en función de los requisitos de la mezcla de gas saliente.
La invención no se limita al modo de realización explicado en la descripción detallada de las figuras. Más bien, las características de la invención dadas a conocer en la descripción anterior así como en las reivindicaciones pueden ser esenciales individualmente o también en cualquier combinación para la realización de la invención en sus diferentes modos de realización.

Claims (20)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para la producción de un gas de producto rico en metano en funcionamiento intermitente entre un estado normal y una tasa de utilización más baja del 60 % o menos de la tasa de utilización máxima, en el que un gas de educto que contiene hidrógeno y dióxido de carbono se metaniza catalíticamente en, como mínimo, dos etapas (R1, R2) bajo la influencia de una presión ajustable y una cantidad ajustable de un gas desviado y recirculado antes de la primera etapa y se supervisa el contenido de metano del gas de producto, caracterizado por que en el estado de tasa de utilización baja y para la cantidad de corriente de gas de educto que fluye en este caso por unidad de tiempo, el contenido de metano del gas de producto es superior al 90 % en volumen y al aumentar la cantidad de gas de educto que fluye por unidad de tiempo en la transición del estado de tasa de utilización baja al estado normal, para mantener este contenido de metano en el gas de producto, se aumenta la tasa de reacción mediante aumento de la presión, así como se aumenta la cantidad de gas recirculado en un contracontrol para evitar zonas de sobrecalentamiento limitadas localmente formadas por este motivo.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que, como mínimo, una parte del hidrógeno contenido en el gas de educto se proporciona, en particular, mediante electrólisis por medio de extracción de una carga eléctrica, y la cantidad de la corriente de gas de educto que fluye en el estado de tasa de utilización baja por unidad de tiempo está condicionada por la carga extraída.
3. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la metanización tiene lugar bajo la influencia de, como mínimo, un parámetro adicional de un grupo que presenta: el contenido de agua del gas antes de la primera etapa de metanización; el contenido de agua del gas antes de la segunda etapa de metanización; una cantidad de agua eliminada de la mezcla de gases después de la primera etapa de metanización; una potencia calorífica que sirve para calentar el gas antes de la primera y/o la segunda etapa de metanización; una inclusión SÍ/NO de una tercera etapa de metanización; la composición del gas de educto.
4. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la modificación de la presión y/o de la cantidad de gas recirculado tiene lugar de forma automática y, en particular, mediante una regulación.
5. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la modificación de la presión y/o de la cantidad de gas recirculado está sometida a una condición marco adicional a cumplir.
6. Procedimiento, según la reivindicación 5, en el que la condición marco adicional se elige del grupo que presenta: temperatura máxima del catalizador en la primera y/o segunda etapa de metanización; contenido de agua mínimo y/o máximo del gas antes de la primera y/o segunda etapa de metanización; cantidad mínima y/o máxima del agua eliminada después del primer paso de metanización; cumplimiento de un criterio que se refiere a la composición de la mezcla de gases producida.
7. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cumplimiento de la temperatura máxima y, dado el caso, de la condición marco adicional es controlado a través de un circuito de regulación correspondientemente asignado, y supervisado, en particular, mediante el mismo.
8. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el contracontrol se realiza en cuanto se detecta que se ha superado una temperatura predeterminada en la primera etapa de metanización.
9. Procedimiento, según la reivindicación 8, en el que se realiza un control de ahorro energético en cuanto se alcanza un estado estacionario en relación con la corriente de gas de educto modificado.
10. Sistema de reactor para la producción de un gas de producto rico en metano a partir de un gas de educto que presenta hidrógeno y dióxido de carbono, con
como mínimo, dos etapas de reactor (R1, R2) conectadas en serie, que presentan un catalizador,
un dispositivo de supervisión para supervisar el contenido de metano del gas de producto,
un dispositivo de recirculación (RZ) para el retorno de una parte del gas, en particular, del gas que sale de la segunda etapa de reactor, a un punto dispuesto antes de la primera etapa de reactor,
un dispositivo de control (20) acoplado al dispositivo de supervisión, y
como mínimo, un dispositivo de ajuste (7.1, 7.2, 70) controlado por el dispositivo de control (20) para el ajuste de la presión durante la metanización,
caracterizado por que el sistema de reactor está diseñado para un funcionamiento intermitente entre un estado normal y una tasa de utilización más baja del 60 % o menos de la tasa de utilización máxima y se puede hacer funcionar mediante el control del dispositivo de control para realizar un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
11. Sistema de reactor, según la reivindicación 10, en el que un segundo dispositivo de ajuste es un dispositivo (8.1, 4.1) para extraer, como mínimo, una parte del agua contenida en el gas después de la primera etapa de reactor.
12. Sistema de reactor, según la reivindicación 11, en el que el segundo dispositivo de ajuste permite un ajuste del punto de rocío predeterminable.
13. Sistema de reactor, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que está previsto un tercer dispositivo de ajuste (5) para alimentar agua antes de una o varias etapas de reactor.
14. Sistema de reactor, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que está previsto un cuarto dispositivo de ajuste (6) para calentar el gas introducido en una o varias etapas de reactor.
15. Sistema de reactor, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en el que el dispositivo de recirculación presenta un compresor (70) y/o un estrangulamiento (90) controlable.
16. Sistema de reactor, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15, que presenta además una tercera etapa de reactor (R3) conectable a través del dispositivo de control.
17. Sistema de reactor, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 16, que se puede acoplar y, en particular, está acoplado a un dispositivo para la producción de hidrógeno mediante energía eléctrica.
18. Sistema de reactor, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 17, que se puede acoplar y, en particular, está acoplado a un dispositivo para la producción de dióxido de carbono, en particular, mediante un lavado de gas.
19. Sistema de reactor, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 17, que presenta una conexión para alimentar un gas utilizable como parte del gas de educto, en particular un biogás.
20. Sistema de reactor, según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 19, en el que uno o varios de los dispositivos de ajuste (7.2, 90, 5.1, 8.1,5.2) se pueden controlar a través de un circuito de regulación.
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