Planta piloto del NREL muestra el potencial del coprocesado de corrientes derivadas de biomasa con petróleo

Se prevé que la producción de biocombustibles avanzados en forma de hidrocarburos líquidos aumente significativamente en los próximos años, generando nuevas oportunidades de comercialización tanto para la industria de los biocombustibles como para el sector del refino convencional. En este escenario, la utilización de infraestructuras existentes para reducir costes será un paso clave. Por un lado, los fabricantes de productos intermedios de los biocombustibles pueden aprovechar las instalaciones existentes para reducir los costes de inversión. Por otro lado, el sector del refino dispone de los instrumentos apropiados para procesar esos biointermedios. Por tanto, es probable que se gesten importantes sinergias en este campo.

Sin embargo, hay numerosos desafíos técnicos asociados con la integración en las refinerías. Noticias recientes que llegan desde Estados Unidos ponen de relieve esfuerzos importantes para superar algunos de estos desafíos. El “National Renewable Energy Laboratory” (NREL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos, en colaboración con W.R. Grace (suministrador de tecnologías para el refine de petróleo) y Zeton (diseñador y constructor de plantas piloto), ha construido una instalación piloto para demonstrar el potencial de coprocesar corrientes biomásicas con petróleo en infraestructuras de refino existente (ver nota de prensa). El sistema piloto, construido en parte con una subvención de la “Bioenergy Technologies Office”, combina la pirólisis de biomasa con el craqueo catalítico en lecho fluido (FCC), uno de los procesos de conversión más utilizado en las refinerías.

Dicha planta piloto ha sido construida en el  “Vapor Phase Upgrading Laboratory” del NREL y posibilita la realización de experimentos para la evaluación continuada de los procesos de catálisis implicados. A principios de este año, los experimentos de verificación del coprocesado de vapores derivados de biomasa y petróleo demostraron que los componentes de la biomasa pueden ser integrados de manera satisfactoria en la gasolina líquida. Los datos generados en estas pruebas estarán disponibles para proveer con información futuras integraciones en refinerías. Este equipamiento piloto también estará disponible para que las empresas privadas puedan probar materiales y procesos.

Figura 1. “Vapor Phase Upgrading Laboratory” del NREL (extraída de la página web del NREL)

Vamos ahora a profundizar un poco más en los procesos implicados.

Primera fase: Pirólisis

En el proceso de pirólisis, la biomasa (caudal de alimentación: 1–3 kg/h) se calienta rápidamente hasta el rango de los 400ºC–600°C en ausencia de oxígeno. Se utiliza un reactor de flujo de arrastre para generar los vapores de pirólisis con tiempos de residencia que se encuentran típicamente entre los 0,5 y los 2,5 segundos. Un sistema de ciclones retira de manera continua las cenizas y la carbonilla. Los vapores que se producen podrían ser directamente enfriados para obtener biopetróleo líquido. Sin embargo, este producto líquido es ácido, químicamente inestable y contiene más compuestos oxigenados que el crudo de petróleo. Por ello, en la siguiente fase, otro reactor estabiliza el líquido y minimiza los riesgos del procesado “downstream”.

Segunda fase: FCC

Este paso tiene lugar en una unidad de reacción separada que se denomina “Davison Circulating Riser Reactor” (DCR), diseñada por W.R. Grace. Los vapores producidos en el pirolizador biomásico son alimentados al DCR donde se someten a un proceso de craqueo catalítico para obtener un aceite altamente desoxigenada que consiste principalmente en una mezcla de hidrocarburos.  El DCR (500°C–650˚C, 20–45 psig, 1–10 seconds residence time) circula una carga de catalizador de 2 kg a través de un “stripper” de vapor y un regenerador, que permiten de 10 a 12 horas de operación continua al día. El producto puede ser procesado posteriormente para obtener el combustible. Este procesado final puede llevarse a cabo en una refinería con equipos existentes para reducir el coste total del proceso.