Proceso de generación de gas a partir de carbón sin metanización en ciclo
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Fui el primero en desarrollar un proceso para producir gas a partir del carbón mediante metanización sin ciclo. Autor/Fuente: China Chemical Industry News. Fecha: 25 de mayo de 2016. Número de visitas: 13. Se logró una innovación revolucionaria que permite superar los métodos tradicionales y reducir la dependencia de las importaciones. Después de años de investigación, nuestro país ha logrado dominar la tecnología relacionada con este nuevo proceso de metanización, así como los catalizadores y equipos necesarios para llevarlo a cabo. Esto ha permitido que nuestra tecnología para producir gas natural a partir del carbón se sitúe entre las más avanzadas del mundo. Esta es la noticia que proviene del II Simposio Internacional sobre Química del Carbón de Nueva Generación en China, celebrado del 21 al 22 de mayo en Qingdao. El grupo Shenwu, en colaboración con la empresa Beijing Huafu Engineering Co., Ltd., así como con compañías como Dalian Rike y China Coal Longhua, logró desarrollar por primera vez en el mundo este nuevo proceso de metanización sin ciclo, tras 8 años de trabajo. Según se sabe, en los grandes proyectos de producción de gas natural a partir del carbón que ya están en funcionamiento o que se encuentran en fase de construcción en nuestro país, los dispositivos de metanización utilizan exclusivamente procesos de metanización por circulación externa importados del extranjero. La temperatura de reacción en este proceso se controla mediante la regulación del caudal de gas de circulación. Existen desventajas como una mayor cantidad de gas de circulación, lo que requiere el uso de compresores de alta temperatura; además, los equipos esenciales y los catalizadores deben importarse, lo que implica altos costos de inversión y consumo energético. También existe el riesgo de que la temperatura aumente de forma excesiva. Según Wang Qinya, gerente general de Beijing Huafu Engineering Co., Ltd., perteneciente al grupo Shenwu, el nuevo proceso desarrollado por la empresa presenta cuatro innovaciones y ventajas en comparación con los métodos tradicionales. En primer lugar, se eliminó el compresor de aire de circulación, lo que permitió la producción nacional de las tecnologías de proceso, los catalizadores y el equipo esencial. Como resultado, el consumo energético total del complejo disminuyó en más del 25%, mientras que la inversión necesaria se redujo en más del 20% ； En segundo lugar, mediante la regulación gradual de la relación hidrógeno-carbón, se logra un control preciso de dicha relación, lo que hace que la calidad del producto sea más estable y fácil de manejar ； En tercer lugar, se utiliza un catalizador de metano resistente a altas temperaturas, desarrollado de forma independiente; esto ofrece una mejor relación calidad-precio y reduce los costos operativos ； Cuarto, se ha desarrollado un reactor de metanización axial con caldera integrada para el aprovechamiento del calor residual; su proceso es sencillo, lo que facilita su ampliación a escala mayor, reduciendo así los costos de inversión y operación de todo el proyecto. El complejo Zhongmei Longhua, que utiliza un nuevo proceso para la producción de gas natural sintético (SNG), cuenta con una planta piloto de metanización sin ciclo, con una capacidad de 330 metros cúbicos por hora (capacidad que ya ha sido aumentada a 580 metros cúbicos por hora). Del 24 al 27 de octubre del año pasado, esta planta fue sometida a pruebas de calibración en el sitio, durante 72 horas, por expertos organizados por la Federación China de la Industria Petrolera y Química. Los resultados indican que el dispositivo de prueba a escala intermedia funcionó de manera continua y estable; todos los parámetros cumplieron o superaron los valores establecidos en el diseño. Se logró una metanización sin ciclos, así como un ajuste fino de la relación entre hidrocarburos. En el producto obtenido, el porcentaje de CH4 fue superior al 95%, mientras que el de H2 fue inferior al 2%. No se detectó presencia de CO. El 23 de noviembre del mismo año, los resultados de esta tecnología fueron evaluados por un comité de expertos organizado por la Federación China de la Industria Petrolera y Química. El presidente de dicho comité era Jin Yong, miembro de la Academia China de Ingeniería. Los miembros del grupo de expertos estuvieron de acuerdo en que este logro es altamente innovador y cuenta con derechos de propiedad intelectual propios ； Se ahorra la inversión en compresores de ciclo y el consumo energético correspondiente; el ahorro energético es notable, y el nivel técnico general es de vanguardia a nivel internacional. Según Wang Qinya, este nuevo proceso ya se está utilizando en varios proyectos de gas natural sintético (con como materia prima gas de altos hornos, gas de pirólisis o gases residuales de hornos de calcio) en lugares como el puerto de Inner Mongolia, con una capacidad de 100 millones de Nm3/año; Ulaanbaatar, en Inner Mongolia, con 300 millones de Nm3/año; y Shengwo, en Xinjiang, con 400 millones de Nm3/año ； Se completó la elaboración del paquete de procesos para SNG de 1.300 millones de metros cúbicos/año.
Espero poder conocer más sobre las medidas de control de la temperatura de reacción tras eliminar el ciclo, entre otros aspectos.
Debería tratarse de una tecnología similar a la de las torres de síntesis de metanol de tipo carcasa-tubo, que utiliza vapor como subproducto para eliminar el calor de reacción.
Se utiliza un reactor a temperatura constante, con el catalizador dispuesto en las capas internas de los tubos, mientras que la capa externa está rellena de agua desoxidada, lo que genera vapor.
Al calentar el catalizador para iniciar el proceso, se introduce vapor en la carcasa para aumentar la temperatura.
El Hospital Huaxi de Shanghái utiliza esta tecnología.
Características técnicas: Se emplea una tecnología de metanización en lecho isotérmico; el proceso completo es breve, ya que el gas de proceso pasa una sola vez por el reactor. No hay necesidad de gas de circulación ni de compresores de circulación. Esto permite minimizar las inversiones y maximizar las ganancias. Además, los costos son bajos y se logra un notable ahorro energético. En comparación con las tecnologías extranjeras, la inversión en la fase de metanización se reduce en un 30%. Ámbito de aplicación: gas de coquería, gases de gasificación y gas sintético que contiene monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrógeno. Rendimiento típico: Proyecto de conversión de gas de coquería en GNL a una tasa de 20.000 Nm3/h, llevado a cabo por Jiyuan Coal Coking Co., Ltd. en Ejin Horo, Inner Mongolia. Proyecto similar de Hengxing Energy Technology Co., Ltd. en Hegang, con una tasa de 30.000 Nm3/h. Proyecto de Hongteng Coal Coking Co., Ltd. en Chongqing, también con una tasa de 30.000 Nm3/h. Por último, el proyecto de Yunnan Qujing Gas Group Co., Ltd., cuya tasa de producción es de 10.000 Nm3/h
También me gustaría preguntar: ¿existen algún problema técnico al utilizar esta tecnología en sistemas de gran escala, como aquellos con 1 mil millones de SNG? En comparación con la tecnología actual en el extranjero
Los de gran tamaño no están claros; los que ya se han construido en Huaxi son de escala relativamente pequeña. Si se trata de unidades de gran tamaño, probablemente se trate de reactores isotérmicos en serie y en paralelo, además con un sistema de ajuste del ratio hidrógeno-carbón en cascada.
¿Cuál es la presión del vapor producido como subproducto en el primer reactor?
No he investigado en detalle su método de fabricación. Solo tengo una idea aproximada.
Los puntos calientes de este tipo de reactores suelen estar entre 300 y 400 grados. Sus catalizadores no son de tipo para altas temperaturas, por lo que básicamente no resisten altas temperaturas.
Parece que todos estos fueron diseñados por el Hospital Huaxi de Shanghái, ¿verdad?
No necesariamente. De todos modos, Huaxi no es un sistema sin ciclos
Este diseño de reactor sin circuito cerrado es muy complejo; la cantidad de gas que puede circular no es suficiente. No sé cuánto tiempo podrá funcionar
Debería ser similar al reactor de metanol de tipo carcasa-tubo; no deberían haber problemas en su funcionamiento.
No sé cuál es el aumento de temperatura del metanol, pero en el caso del metano, el aumento es muy grande; en cuestión de segundos, la temperatura puede llegar a los 500–600 grados℃
Se elimina el calor de reacción mediante vapor secundario, y la temperatura del punto caliente se controla regulando la presión del vapor.
La reacción de metanización libera mucha energía térmica; la velocidad de reacción del CO es muy alta, mientras que la velocidad de reacción del CO2 es bastante lenta. La temperatura de reacción del metanol suele estar entre 200 y 230 grados. A pesar de esta baja temperatura, los tubos utilizados en los reactores de metanol están hechos de materiales especiales como el acero bidireccional. Además, en los reactores de metanol de gran tamaño, el diámetro de los tubos nunca supera los Φ50. ¿Por qué? Porque un diámetro demasiado grande impide una buena disipación del calor generado en el centro de los tubos. Aunque la temperatura de salida del reactor de metanol está entre 230 y 250 grados, ¿cuál es la temperatura en el centro de los tubos? Eso depende de las propiedades del catalizador; no se puede simplemente aumentar el diámetro de los tubos. En cuanto a la reacción exotérmica de metanización, para poder disipar rápidamente el calor generado, el diámetro de los tubos no puede ser demasiado grande; generalmente no supera los Φ20. Esto hace que la fabricación de los reactores sea más difícil y su costo más elevado. Un reactor de metanol con una capacidad de 100,000 toneladas al año cuenta con miles de tubos de reacción. Por lo tanto, en el caso de la reacción de metanización, se requiere un diámetro aún menor. Esta es la razón fundamental por la cual los reactores de metanización desarrollados por Huaxi Institute no pueden ser de gran tamaño. Se puede imaginar que, para obtener grandes cantidades de producto, sería necesario utilizar varias series de reactores en paralelo, lo que aumentaría el costo de inversión. Además, también existe el problema relacionado con el grado de reacción del CO2. No se puede hablar únicamente de la reacción de metanización; si se trata de producir gas natural, entonces se pueden utilizar métodos isotérmicos, aislados, con circulación o sin ella… Después de todo, los estándares para el gas natural permiten un contenido de CO2 del 2%. Este valor es fácil de alcanzar. Pero si se trata de producir LNG, entonces el grado de reacción del CO2 es un problema clave, ya que se requiere que el contenido de CO2 sea inferior a 50 ppm. Por supuesto, si el CO2 no se elimina completamente, se podría añadir una unidad de descarbonización antes de pasar al proceso de refrigeración para producir LNG. Pero eso implicaría un aumento en la complejidad del proceso, en el costo de inversión y en los costos operativos. Por lo tanto, hay que considerar cuidadosamente qué método se utilizará: isotérmico, aislado, con circulación o sin ella. No se puede generalizar. En cuanto a la reacción de metanización, cualquier tecnología puede ser utilizada, pero lo importante es saber qué producto se va a obtener al final del proceso. Eso requiere una selección cuidadosa.