Reformado y gasificación de bucles químicos
El reformado de bucle químico (CLR) y la gasificación (CLG) son las operaciones que implican el uso de materia prima carbonosa gaseosa y materia prima carbonosa sólida, respectivamente, en su conversión a gas de síntesis en el esquema de bucle químico. [1] Las materias primas carbonáceas gaseosas típicas utilizadas son el gas natural y el gas de cola reductor, mientras que las materias primas carbonosas sólidas típicas utilizadas son el carbón y la biomasa.. Las materias primas se oxidan parcialmente para generar gas de síntesis utilizando portadores de oxígeno de óxido metálico como oxidante. A continuación, el óxido metálico reducido se oxida en la etapa de regeneración utilizando aire. El gas de síntesis es un intermedio importante para la generación de productos tan diversos como la electricidad, los productos químicos, el hidrógeno y los combustibles líquidos.
La motivación para desarrollar los procesos CLR y CLG radica en sus ventajas de poder evitar el uso de oxígeno puro en la reacción, eludiendo así el requisito de separación de aire que consume mucha energía en los procesos convencionales de reformado y gasificación . La eficiencia de conversión de energía de los procesos puede, por tanto, aumentarse significativamente. También se pueden usar vapor y dióxido de carbono como oxidantes. Dado que el óxido metálico también sirve como medio de transferencia de calor en el proceso de bucle químico, la eficiencia exergética de los procesos de reformado y gasificación como el del proceso de combustión también es mayor en comparación con los procesos convencionales. [1] [2]
Los procesos CLR y CLG utilizan óxidos metálicos sólidos como transportador de oxígeno en lugar de oxígeno puro como oxidante. En un reactor, denominado reductor o reactor de combustible, la materia prima carbonosa se oxida parcialmente a gas de síntesis, mientras que el óxido metálico se reduce a un estado de oxidación más bajo como se indica por:
donde Yo es un metal. Se observa que la reacción en el reductor de los procesos CLR y CLG difiere de la del proceso de combustión en bucle químico (CLC) en que la materia prima en el proceso CLC se oxida completamente a CO 2 y H 2 O. En otro reactor, denominado oxidante, cámara de combustión o reactor de aire (cuando se usa aire como agente de regeneración), el óxido metálico reducido del reductor se re-oxida por aire o vapor según lo indicado por:
El portador de oxígeno de óxido de metal sólido se hace circular luego entre estos dos reactores. Es decir, el reductor y el oxidante / combustor están conectados en un circuito circulatorio de sólidos, mientras que los reactivos gaseosos y los productos de cada uno de los dos reactores están aislados por los sellos de gas entre los reactores. Esta configuración simplificada del sistema de bucle químico posee una propiedad de intensificación del proceso con una huella de proceso más pequeña en comparación con la de los sistemas tradicionales.
El diagrama de Ellingham que proporciona la formación de energía libre de Gibbs de una variedad de óxidos metálicos se usa ampliamente en el procesamiento metalúrgico para determinar los potenciales relativos de reducción-oxidación de los óxidos metálicos a diferentes temperaturas. [5] Describe la propiedad termodinámica de una variedad de óxidos metálicos que se utilizarán como posibles materiales portadores de oxígeno. Puede modificarse para proporcionar los cambios de energía libre de Gibbs para metales y óxidos metálicos en varios estados de oxidación, de modo que pueda usarse directamente para la selección de materiales portadores de oxígeno de óxido metálico en función de sus capacidades de oxidación para aplicaciones de bucle químico específico. [1] [3] [4]El diagrama de Ellingham modificado se muestra en la figura 1a. Como se muestra en la Figura 1b, el diagrama se puede dividir en cuatro secciones diferentes basadas en las siguientes cuatro reacciones clave:
