HIDROCARBUROS AROMÁTICOS

En general, la presente invención se refiere a un procedimiento para la recuperación de energía a partir de los residuos originados en un proceso de obtención de gas de síntesis, esencialmente una mezcla de CO, CO2 y H ₂ , a partir de carbón molido húmedo.

Concretamente, la invención se refiere a un proced im iento para la recuperación de energía, básicamente en forma de hidrocarburos saturados cíclicos y alicíclicos ramificados así como en forma de compuestos aromáticos, a partir de los residuos originados en un procedimiento de obtención de gas de síntesis, en especial a partir de un procedimiento de gasificación-pirólisis de carbón molido húmedo, consistiendo estos residuos esencialmente en gases de composición diversa que pueden emplearse como combustibles en algunos casos y como materias primas en otros.

Las reacciones invol ucradas en la gasificación d e ca rbón so n esencialmente las siguientes:

C + ½ O ₂ →CO AHr = -9,25 MJ/Kg

C + CO ₂ →2CO AHr = 14,37 MJ/Kg

C + H ₂ O→CO + H ₂ AHr = 10,94 MJ/Kg

CH ₄ + ½ O ₂ →CO + 2H ₂ AHr = -35,7 MJ/kmol

H ₂ + ½ O ₂ →H ₂ O ΔΗΓ = -242 MJ/kmol

CH ₄ + H ₂ O→CO + 3H ₂ ΔΗΓ = 206 MJ/kmol

CO + H ₂ O→CO ₂ + H ₂ ΔΗΓ = -41 ,1 MJ/kmol y en menor medida, como reacciones secundarias,

• CO + ½ O ₂ →CO ₂ + 67Kcal/mol

• CO + 3H ₂ → CH ₄ + H ₂ O + 49 Kcal/mol

· CO ₂ + 4H ₂ → CH ₄ + 2 H ₂ O + 42 Kcal/mol Debido a que las reacciones mencionadas son ciertamente equilibrios, factores diversos como la temperatura o la presión modifican en gran medida el rendimiento del proceso de gasificación así como la naturaleza de los productos residuales obtenidos, básicamente el gas resultante tiene un bajo porcentaje de metano, alquitranes (parafinas y olefinas) y aceites.

Al igual que los conocidos procesos de reformado de derivados del petróleo, el aprovechamiento de los productos residuales mencionados puede implicar un procedimiento de reformado, el cual puede llevarse a cabo con el fin de aumentar la volatilidad (reducción del tamaño molecular) o para convertir parafinas l ineales en isoparafi nas, ol efi n as y a romáticos y/o ñafíenos (cicloalcanos) en aromáticos. La naturaleza del producto final es influenciada por la estructura y composición de la nafta alimentada, esto por la naturaleza de la mezcla de hidrocarburos residual obtenida.

Así, durante el reformado térmico, las reacciones se parecen a aquellas en el craqueo de gasóleos: se reduce el tamaño molecular a la vez q ue se sintetizan olefinas y ciertos compuestos aromáticos. Por ejemplo, un alcano puede ser convertido en otro alcano de menor peso molecular y una olefina según la reacción siguiente, donde n > x + y,

CH3-(CH ₂ )n-CH ₃ → CH ₃ (CH ₂ )x- CH ₃ + CH ₃ -(CH ₂ )^CH=CH ₂ alcano alcano Olefina o un alcano puede transformarse en un cicloalcano, el cual se convierte a su vez en un compuesto aromático, tal como ocurre en la reacción a continuación:

ciclohexano benceno En el reformado catal ítico, el número de átomos de carbono de los constituyentes de la carga no varía. Por ejemplo, el ciclohexano se transforma en benceno. No obstante, el proceso es algo más complicado. Es posible convertir ciclohexanos sustituidos en bencenos sustituidos; parafinas lineales como n-heptano se convierten en tolueno y también ciclopentanos sustituidos pueden experimentar una expansión en el anillo y convertirse en aromáticos. Cuando se emplean naftas pesadas como materiales residuales, se forman metilnaftalenos. El reformado catalítico es una reacción que se produce a través de carbocationes; sin embargo, se ven favorecidas las reacciones de producción de aromáticos.

Por otro lado, en los procesos de isomerización, los alcanos se convierten en sus isómeros de cadena ramificada. Por ejemplo, el butano se isomeriza a isobutano para luego ser utilizado para la alquilación del isobutileno y otras olefinas. La fracción de 5 y 6 átomos de carbono que viene naturalmente en la gasolina, se isomeriza para dar productos de gran octanaje que después se mezclarán con gasolinas de bajo índice de octano. Por ejemplo,

GH ₃

H ,C CT½"-~ CH _? CH _¾ CH ₂ ^™ ~ CH ₃ - H _:i .C CH _Z CH ₃ CH C ₃ Hexano Isohexano CH3CH2CH2CH2CH2CH2 H

Así, es objeto de la invención proporcionar un procedimiento para la recuperación de energ ía, básicamente en forma de hidrocarburos saturados cíclicos y alicíclicos ramificados, así como en forma de compuestos aromáticos, a partir de los residuos originados en un procedimiento de obtención de gas de síntesis, en especial a partir de un procedimiento de gasificación-pirólisis de carbón molido húmedo, consistiendo estos residuos esencialmente en gases de composición diversa que pueden emplearse como combustibles en algunos casos y como materias primas en otros.

Son conocidos diferentes procesos de reformación de gasolinas, gracias los cuales se aumenta el rendimiento de las gasolinas así como su número de octanos. El contenido orig inal de gasol inas que proviene del petróleo es insuficiente para cubrir la alta demanda del mercado, por lo que se hace necesario transformar en gasolinas algunas fracciones del petróleo de menor valor. Las moléculas a las que se les asigna en mayor índice de octano son: alcanos ramificados y aromáticos. Los alcanos lineales y ñafíenos tienen menor índice de ocíano, y es deseable íransformarlos en isómeros (ramificados) y en aromáíicos respecíivameníe. Las moléculas l ineales íienden a deíonar por presión. Por ello, se íraía de "reformar" dichas moléculas lineales en ramificadas y cícl icas. Al ser más compacías no deíonan por efecío de la presión . La reformación puede real izarse de dos maneras disíinías, medianíe calor (se denom ina reformación íérm ica) o med ianíe calor y la asisíen cia d e u n caíalizador (reformación caíalííica). Duraníe el proceso de reformación se libera como producío hidrógeno. El procedimiento aquí descrito permite recuperar energía a partir de los residuos originados en un procedimiento de obtención de gas de síntesis, en especial a partir de un procedimiento de gasificación-pirólisis de carbón molido húmedo, de forma que al menos parte de estos residuos se transforman en compuestos que presentan un mayor índice de octanos, tales como alcanos ramificados y compuestos aromáticos. Tal como se ha mencionado, debido a que durante este proceso se libera hidrógeno como producto final, dicho hidrógeno puede ser reciclado para su uso en plantas químicas posteriormente o ser realimentado al propio proceso de gasificación-pirólisis para enriquecer los gases de síntesis obtenidos.

Para ello, el procedimiento de la invención comprende someter los productos residuales de la formación de gas de síntesis a partir de carbón mol ido húmedo, de acuerdo con un proceso de gasificación-pirólisis, a un tratamiento posterior con el fin de transformar tales productos residuales en otros del tipo alcano ramificado y compuestos aromáticos, recuperándose el hidrógeno producido en estas reacciones y quedando disponible para su uso en otras plantas de procesado químico, como combustible o realimentado al propio proceso de gasificación-pirólisis con el fin de enriquecer el gas de síntesis obtenido. Con tal fin, aguas abajo del reactor de gasificación-pirólisis, se dispone un reactor catalítico que opera a una temperatura de 1 100°C, la cual es alcanzada med iante una al imentación de energ ía procedente del propio reactor de gasificación-pirólisis, bien en forma de calor o bien en forma de vapor de agua que previamente ha alimentado al reactor de gasificación-pirólisis. En el interior de tal reactor catal ítico, las reacciones de reformado e isomerización para obtener compuestos aromáticos y alcanos ramificados, de alto poder energético, son catal izadas mediante un catalizador basado en platino-renio-alúmina, preferentemente de platino, soportado, por ejemplo en alúmina, o no soportado. La temperatura a la que se lleva a cabo el proceso permite el desarrollo de las reacciones químicas antes mencionadas pero no conlleva la deposición de carbono sólido sobre la superficie del catalizador, ya que se elimina esencialmente el hidrógeno obtenido como subproducto de reacción en el reactor catalítico y se recicla para otros usos o al mismo proceso de gaisificación-pirólisis, como se ha mencionado anteriormente, lo que elimina la necesidad de llevar a cabo una limpieza del catalizador para su uso en continuo, facilitando la producción de compuestos de alto valor energético como una etapa posterior a la gasificación-pirólisis del carbón.

REIVINDICACIONES

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

Procedimiento para la recuperación de energ ía a partir de residuos de gas de síntesis según la reivindicación 1 , caracterizado porque las reacciones para obtener compuestos aromáticos y alcanos ramificados son catalizadas mediante un catalizador basado en platino-renio-alúmina, preferentemente de platino, soportado, por ejemplo en alúmina, o no soportado.

Procedimiento para la recuperación de energía a partir de residuos de gas de síntesis según la reivindicación 1 , caracterizado porque las reacciones para obtener compuestos aromáticos y alcanos ramificados se llevan a cabo en un reactor catal ítico que opera a una temperatura de 1 100°C situado aguas abajo del reactor de gasificación-pirólisis.

Procedimiento para la recuperación de energ ía a partir de residuos de gas de síntesis según la reivindicación 3, caracterizado porque dicha tem peratu ra es alcanzada med iante una al imentación de energía procedente del propio reactor de gasificación-pirólisis, bien en forma de calor o bien en forma de vapor de agua que previamente ha alimentado al reactor de gasificación-pirólisis. RESUMEN

PROCEDIMIENTO PARA LA RECUPERACIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE

RESIDUOS DE GAS DE SÍNTESIS

Procedimiento para la recuperación de energía a partir de residuos de gas de síntesis procedentes de carbón molido húmedo, de acuerdo con un proceso de gasificación-piról isis, que comprende someter los productos residuales de la formación de gas de síntesis a un tratamiento posterior con el fin de transformarlo en otros de tipo alcano ramificado y compuestos aromáticos, recuperándose el h idrógeno producido en estas reacciones y quedando d ispon i bl e para su uso en otras plantas de procesado qu ím ico, como combustible o realimentado al propio proceso de gasificación-pirólisis para enriquecer el gas de síntesis.