El Laboratorio de Ingeniería de Reactores Químicos, perteneciente al CREG, trata de mejorar estos procesos. Miguel Menéndez, con otros miembros del grupo.FOTO: SERGIO MUELA.

Cómo obtener hidrógeno a partir de combustibles renovables? ¿Cómo podremos obtener detergentes, fibras textiles o plásticos cuando se acabe el petróleo? ¿Cómo transformar una sustancia en otra más valiosa de forma eficiente?

Estas y otras preguntas similares plantean los retos a los que tratamos de responder en el Laboratorio de Ingeniería de Reactores Químicos, ubicado en el Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A).

Cada uno de estos retos supone mejorar los resultados obtenidos en una reacción química. El diseño del reactor, donde se llevan a cabo dichas reacciones, es un factor esencial para alcanzar unos procesos en los que se minimice el consumo de energía y materias primas, con una operación segura y sin contaminación. En nuestro laboratorio investigamos en diseños innovadores de reactores químicos, optimizados para cada reacción. En la mayor parte de los casos se trata de reactores catalíticos, es decir, que utilizan un catalizador. En particular, se trabaja en dos nuevos tipos de reactores catalíticos: los reactores de membrana, en los que un material permeable se usa para distribuir un reactante o retirar un producto de reacción al lugar donde se encuentra el catalizador, y los reactores de lecho fluidizado, conteniendo un catalizador en polvo, que se mantiene como suspendido por la acción de un gas.

LOS CATALIZADORES

Los catalizadores son materiales que aceleran una reacción. Muchas veces, al acelerar específicamente la reacción deseada, se consigue evitar la producción de subproductos, es decir, se mejora el aprovechamiento de las materias primas. En otros casos permiten utilizar condiciones de reacción más suaves (a menor temperatura o presión), con lo que se consigue ahorrar energía. Frecuentemente las reacciones que se consiguen con un catalizador serían inviables sin él. En ese sentido, casi se podría decir que los catalizadores proporcionan el sueño de los alquimistas, un material que transforma una sustancia en otra con su presencia.

El desarrollo de procesos catalíticos ha sido fundamental para alcanzar el nivel de confort de que disfrutamos en la sociedad actual. De hecho se ha estimado que el 90% de los productos han pasado en su fabricación por una etapa catalítica. Por ejemplo, los catalizadores permiten que ahora se aproveche mucho mejor el barril de petróleo y la mayor parte de los automóviles están equipados con un catalizador que elimina sustancias contaminantes de los gases de escape.

Nuestra investigación reciente incluye varios procesos de interés industrial, como la obtención de propeno (materia prima para la obtención de polipropileno, uno de los plásticos más comunes) a partir de propano, o la obtención de anhídrido maleico (materia prima para la obtención de la fibra textil Lycra) a partir de butano en un solo paso por oxidación con oxígeno.

Esto sólo es posible mediante el uso de un catalizador específico. Estas reacciones se han llevado a cabo en un tipo particular de reactores de lecho fluidizado.

LOS REACTORES

Uno de los reactores más utilizados para llevar a cabo reacciones catalíticas es el lecho fluidizado. Se caracteriza porque un gas o líquido se introduce en sentido ascendente en un recipiente lleno de partículas sólidas (en este caso de catalizador), generando una agitación en las mismas que hace que se comporten como un fluido (por ejemplo, si se echa una partícula sólida más grande, ésta se hunde si es más densa, pero flota si es más ligera que el lecho de partículas).

Teniendo en cuenta el número de trabajos científicos publicados, nuestro grupo es líder en España en este campo. Hemos desarrollado un nuevo tipo de reactor de lecho fluidizado con dos zonas, que resulta especialmente adecuado para procesos catalíticos en los que el catalizador se va desactivando progresivamente con el tiempo debido a la formación de coque. Este fenómeno, que es muy frecuente en reacciones catalíticas con hidrocarburos, consiste en la formación de una capa de materiales carbonosos sobre la superficie del sólido catalítico, lo que hace que pierda su actividad. Con nuestro reactor se consigue realizar la reacción en una de las zonas del reactor mientras simultáneamente se elimina el coque en la otra zona. El catalizador se mueve continuamente de una zona a otra por la agitación existente en el lecho. De esta forma se mantiene constante la actividad del catalizador y la producción de la sustancia se mantiene estable.

Recientemente hemos patentado una modificación de este reactor que facilita su aplicación en muchos procesos. Una aplicación muy interesante de este reactor es la transformación de metano en hidrocarburos aromáticos. El metano, el gas que se produce en la fermentación de materia orgánica, aparece a menudo en pozos de petróleo y se quema sin aprovechar por su alto coste de transporte. Este proceso permitiría aprovecharlo para obtener sustancias que se pueden usar como materia prima de detergentes, fibras textiles o aditivos de gasolina o gasoil.

Otros procesos en los que estamos investigando incluyen la transformación de combustibles renovables (como bioetanol o glicerol) en hidrógeno. Se espera que la aplicación del reactor de lecho fluidizado de dos zonas permitirá operar sin desactivación en condiciones imposibles para reactores convencionales.

FUENTE: EL PERIODICO DE ARAGON