Breve análisis de la hidrogenación en lecho suspenso de alquitrán de carbón:

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Breve análisis de la hidrogenación en lechos suspendidos a base de alquitrán de carbón: Recientemente, parece que la tecnología de hidrogenación en lechos suspendidos ha ganado popularidad. En términos generales, los lechos suspendidos incluyen los lechos hirvientes y los lechos slurry; en los primeros se utilizan catalizadores hechos de partículas de molibdeno y níquel, mientras que en los segundos se emplean catalizadores en forma de polvo de hierro. Hasta el momento, hemos dividido los lechos suspendidos en tres generaciones. La primera generación consiste en lechos de tipo slurry que utilizan catalizadores de hierro en forma de polvo a nivel micrométrico. Un ejemplo de esta tecnología es la empresa alemana Wiba (en el mercado nacional, VCC). Aunque este sistema logra una tasa de conversión del petróleo pesado superior al 90%, su alta producción de gases, del 15% o más, y su producción de aceites hidrogenados de baja calidad, del 10% o más, hacen que no tenga muchas ventajas frente al proceso de cokificación retardada, cuya tasa de recuperación de producto líquido es de aproximadamente el 78%. La segunda generación utiliza catalizadores a nivel nanométrico basados en sulfato de hierro, en sistemas de lecho fluidizado. Un ejemplo de esto es la tecnología CanMet de Canadá. El proceso de licuefacción directa del carbón para obtener petróleo desarrollado por Shenhua en China tiene orígenes en esta tecnología. Sin embargo, todavía existe el problema de que la actividad del catalizador de hierro es baja. La tercera generación es el lecho de suspensión homogénea a nivel molecular MCSH, que utiliza catalizadores líquidos a base de molibdeno. Esto supone un cambio cualitativo en términos de catalizadores y de ingeniería de reacciones; en particular, el reactor se simplifica al convertirse en una estructura sin tanque de aceite. Además, su capacidad para evitar la formación de coque hace que los costos de inversión inicial y de mantenimiento posterior sean bajos. En la promoción tecnológica dentro de la industria (a nivel mundial), la tasa de conversión de las técnicas de promoción estándar es la siguiente: para el alquitrán y petróleo pesado con lecho de ebullición a base de molibdeno (con reducción de residuos), la tasa de conversión es de aproximadamente el 70%; mientras que para el alquitrán y petróleo pesado con lecho flotante a base de hierro (con reducción de residuos), la tasa de conversión es de aproximadamente el 90%. De hecho, no existe ningún conjunto de equipos industriales capaz de lograrlo (pero la publicidad no tiene malas intenciones; al fin y al cabo, nosotros, los pobres investigadores, sí podemos lograrlo en el laboratorio. Además, también existen equipos industriales que, con un poco de esfuerzo, pueden funcionar bien durante unos días). La cama hirviente es el dispositivo más utilizado en el mundo para tratar alquitrán y petróleo pesado, pero la tasa de conversión suele mantenerse entre el 35% y el 55%. Además de las instalaciones industriales de tipo lecho flotante a base de hierro que operan en Shenhua y Yanchang, y que siguen en proceso de puesta en marcha, casi todas las instalaciones industriales y de demostración en el extranjero han sido desmanteladas o abandonadas. Sin embargo, el autor estima que ya sería algo positivo si la tasa de conversión de estas dos instalaciones pudiera superar el 50% (lo cual ya sería suficiente para satisfacer a los responsables). Después de todo, las versiones industriales nacionales son, en realidad, una versión reducida de las tecnologías originales extranjeras. Esto se manifiesta especialmente en la disminución de la presión de 300 kilogramos a menos de 220 kilogramos. En teoría, el equilibrio de hidrogenación con catalizadores de hierro no es suficiente para sostener este proceso, a menos que se realice una pirólisis térmica en un ambiente de hidrógeno a temperaturas muy altas. Alguien me preguntó qué opinaba sobre el hecho de que la empresa nacional “Wang’s Woman”, Sanju Huanbao, haya desarrollado una tecnología de lechos flotantes con derechos de propiedad intelectual propios; la tasa de conversión es de más del 90%. En primer lugar, el autor no quiere comentar nada sobre ese 90%. Tampoco sabe qué productos se encuentran en ese 90% de producto líquido obtenido. Si realmente fuera así, la temperatura de reacción tendría que ser muy alta (generalmente 470 °C), a menos que se utilicen materias primas más ligeras o incluso que se elimine parte de las materias primas que generan residuos (esto sí es posible). El autor considera que los lechos suspensivos a base de hierro en polvo siempre han sido un verdadero problema; son conocidos por su alta tasa de conversión en alquitrán. No hay más remedio que asumir esa responsabilidad. Los ingenieros de investigación y desarrollo, en más de una ocasión, han castigado a los ingenieros de ventas, bajo el pretexto de tener que limpiar el desastre que estos causaban. De hecho, para ser sinceros con ustedes, esto también es posible. Pero sin la protección de una presión ultraalta, resulta un poco problemático. Por supuesto, utilizar la presión de hidrógeno para reducir la temperatura de reacción en los lechos flotantes también ayuda a disminuir la producción de gases, lo que a su vez mejora las condiciones económicas de la tecnología. Hablando de la temperatura de reacción, el autor quiere volver a comentar al respecto. En teoría, la hidrogenación en lechos suspendidos se clasifica dentro de la categoría de la hidrocracking porque su mecanismo de reacción no es el catalítico por hidrógeno, sino la pirólisis en presencia de hidrógeno. Por lo tanto, la temperatura de reacción es un parámetro y un indicador de gran importancia. Tanto en los lechos de ebullición como en los lechos suspendidos, la temperatura de reacción debe ser superior a 410 °C (en el proceso VCC, esta temperatura llega hasta 470 °C; en los lechos de ebullición, entre 410 °C y 450 °C). De lo contrario, no solo será imposible descomponer el alquitrán y convertirlo en productos más ligeros, sino que ni siquiera el aceite gaseoso bajo presión (con un punto seco inferior a 524 °C) tendrá una tasa de conversión elevada; en ese caso, solo servirá para una hidrogenación preliminar. La planta piloto de lecho fluidizado de 50.000 toneladas de Sinopec en Jinling tuvo que ser detenida indefinidamente debido a la formación de coque y al desgaste a altas temperaturas. En el país, la empresa Xin Qiyuan, como empresa privada, ha encontrado una solución alternativa: ha logrado reducir la temperatura de operación de sus dispositivos de ebullición, que tienen una capacidad de 50.000 toneladas (si se incluye el aceite en circulación, la capacidad total sería de 100.000 toneladas), a menos de 400 °C. Además, esta empresa también procesa aceites mezclados obtenidos mediante destilación a baja presión, así como aceite de antraceno. Estos aceites pueden utilizarse como prehidratación o como parte del proceso de tratamiento previo para los dispositivos de lecho fijo. Aunque esto permite evitar que los dispositivos queden inactivos, el autor estima que, a esa temperatura, la tasa de conversión de los aceites mezclados con un punto de ebullición superior a 360 °C difícilmente superará el 20%. Esto significa que dicho método ya no se ajusta al propósito original de la industrialización de los lechos de ebullición ni a los principios de la hidrocracking. Si se utiliza únicamente como reactor de prehidratación adicional, en opinión del autor sería mejor utilizar un reactor de lecho fijo de menor tamaño. Considerando posibles mejoras técnicas para permitir el procesamiento de aceites más pesados, quizás sea posible volver a darle un sentido real a este tipo de reactores de lecho de ebullición. Por lo tanto, sugerimos que la temperatura de diseño ideal para los nuevos reactores de lecho de ebullición sea de 490 °C, para así alcanzar la temperatura óptima de 450 °C utilizada en los sistemas basados en molibdeno. Sin duda, en comparación con los lechos flotantes que utilizan catalizadores basados en hierro, la ventaja de los lechos hirvientes es que sus catalizadores basados en molibdeno tienen una alta actividad, se requiere una temperatura de reacción más baja, no hay lodo en la parte inferior de la torre, y el rendimiento en términos de gas es relativamente bajo. No obstante, debido a la necesidad de reemplazar el catalizador a alta presión y al requerimiento de partículas en suspensión, los reactores de lecho hirviente son complejos y requieren un alto grado de circulación interna. La reacción está controlada por la difusión entre líquidos y sólidos, lo que hace que el sistema sea propenso a la formación de coque. Esto también es lo que impulsa el uso de la tecnología de fase molecular homogénea para satisfacer las necesidades de producción de las empresas que ya utilizan lechos de ebullición. Chen Song (Dr.)