Alimentación optimizada de zeolita SiOLITE® con el dosificador de polvo LAMBDA para la producción de metanol en lecho fluidizado
Una investigación realizada por el Grupo de Ingeniería de Catálisis y Reactores (CREG) del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) de la Universidad de Zaragoza ha demostrado que la síntesis de metanol a partir de CO₂ puede mejorarse significativamente mediante el uso de un sorbente. Se introdujo continuamente sorbente fresco en un reactor de lecho fluidizado y se separó del lecho catalítico mediante segregación, lo que permitió un funcionamiento estable en estado estacionario. Se combinó un catalizador convencional de CuO/ZnO/Al₂O₃ con zeolita SiOLITE® (minerales cristalinos de aluminosilicato) como sorbente, y se probaron diferentes tamaños y proporciones de partículas para estudiar la dinámica de fluidos y la segregación en mezclas de catalizador y sorbente.
Referencia: Menéndez, M., Ciércoles, R., Lasobras, J., Soler, J., & Herguido, J. A. (2024). Preliminary assessment of sorption-enhanced methanol synthesis in a fluidized bed reactor with selective addition/removal of the sorbent. Catalysts, 14(409). doi.org/10.3390/catal14070409
El equipo logró un índice de mezcla de 0.31, lo que confirma una segregación eficaz y un funcionamiento fiable con una pérdida mínima de catalizador: solo 0.005 g/min en condiciones óptimas. Se demostró la alimentación y eliminación continua del sorbente con un arrastre de catalizador muy bajo. Las simulaciones del reactor MATLAB confirmaron además que la adición de sorbente mejora considerablemente el rendimiento del metanol, ya sea permitiendo un funcionamiento a menor presión o logrando conversiones más altas por paso. Esta prueba de concepto destaca el potencial de la síntesis de metanol mejorada por sorción en reactores de lecho fluidizado como una alternativa más eficiente y escalable a los procesos convencionales.
Aplicación del DOSIFICADOR LAMBDA en la adición continua de sorbente
Una parte importante de esta investigación fue la capacidad de añadir continuamente sorbente al reactor de forma controlada y reproducible. Para ello, se utilizó el dosificador de sólidos LAMBDA DOSER para introducir el sorbente en la parte superior del lecho, formando la corriente de sólidos de entrada.
El reactor se cargó con una mezcla binaria de catalizador y sorbente (30 % en volumen de CuO/ZnO/Al₂O₃ y 70 % en volumen de Zeolite-SiOLITE®) y se hizo funcionar en condiciones cuidadosamente ajustadas. Los experimentos iniciales mostraron una mayor pérdida de catalizador debido a la fuga de gas a través de una salida lateral, lo que redujo el flujo de gas efectivo necesario para una fluidización adecuada. Tras corregir el flujo de nitrógeno a 1429 ml/min, el sistema funcionó en condiciones óptimas, lo que garantizó una segregación eficiente del catalizador y el sorbente.
Durante los experimentos de una hora de duración, se tomaron muestras de los sólidos que salían del sistema cada diez minutos para evaluar las pérdidas de catalizador. En total, se utilizaron 12.3 g de catalizador y 38.4 g de sorbente. Las pruebas confirmaron que la mayor parte del sorbente se eliminó de la zona de residuos, mientras que se introdujo continuamente nuevo sorbente, manteniendo la segregación durante todo el funcionamiento. Las pérdidas de catalizador fueron extremadamente bajas, siempre por debajo del 0.6 % y menos del 0.1 % en las mejores condiciones.
Conclusión
El LAMBDA DOSER fue fundamental para permitir la adición continua y precisa de sorbente al reactor de lecho fluidizado, lo que garantizó una segregación eficaz del catalizador y minimizó la pérdida de este. Su dosificación controlada permitió un funcionamiento reproducible, lo que facilitó condiciones estables en estado estacionario y validó el concepto de síntesis de metanol mejorada por sorción.
Al permitir la adición y eliminación continua de sorbente con una interrupción mínima, el LAMBDA DOSER contribuyó a obtener mayores rendimientos de metanol y demostró la viabilidad de ampliar este enfoque para aplicaciones industriales. Este trabajo destaca una estrategia fiable, eficiente y controlable para la conversión de CO₂ en metanol utilizando reactores de lecho fluidizado.
¿Qué hace que los dispensadores de polvo LAMBDA DOSER y HI-DOSER sean únicos?
El LAMBDA DOSER cuenta con un sistema electrónico controlado por cuarzo que controla con precisión el motor de la unidad de accionamiento, similar a los mecanismos utilizados en los relojes electrónicos de alta precisión. Su diseño de distribuidor de polvo en espiral abierta evita la compactación y los bloqueos, lo que garantiza una dosificación suave y constante al canalizar eficazmente el polvo hacia el centro para su dispensación.
Tanto el LAMBDA DOSER como el HI-DOSER son ideales para campanas laminares, ya que automatizan la dispensación precisa de polvos y sustituyen los lentos procesos manuales. La integración con una balanza de pesaje permite la dispensación precisa de porciones de peso específico.
Estos alimentadores ofrecen velocidades de dosificación altamente ajustables en tres órdenes de magnitud. Por ejemplo, el DOSER puede suministrar NaCl a velocidades que van desde 50 mg/min hasta 50 g/min. El HI-DOSER funciona en modo lento (de 60 mg/min a 60 g/min) y en modo rápido (de 250 mg/min a 250 g/min) en condiciones de laboratorio estándar, y las configuraciones especializadas pueden alcanzar velocidades tan bajas como 10 mg/min.
Los recipientes para el DOSER y el HI-DOSER están disponibles en tamaños de 0.2 L, 1 L, 3 L y 6 L, con revestimientos protectores opcionales para mayor seguridad durante la manipulación y el funcionamiento.
Para obtener más información sobre el DOSER y el HI-DOSER, visite https://www.lambda-instruments.com/es/dosificador-de-solidos/. Para consultas o presupuestos, póngase en contacto con nosotros en sales@lambda-instruments.com.