Procedimiento para la producción de metano y/o metanol.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de metano a presión atmosférica caracterizado por comprender la electrolisis de al menos una corriente de agua dando lugar a hidrógeno,

el cual es empleado en una etapa posterior de reacción con CO2 procedente de la pirólisis de al menos una fuente de biomasa. Asimismo, se refiere a un procedimiento que comprende la producción de metanol a partir del metano obtenido por el procedimiento anterior, así como a la instalación para llevar a cabo ambos procedimientos.

Procedimiento para la producción de metano y/o metanol.

Campo técnico

La presente invención se encuadra dentro del sector químico y energético. Más concretamente, se refiere al campo de la producción de metano y/o metanol.

Estado de la técnica anterior a la invención

El metano es el hidrocarburo saturado de cadena más corta que existe. Es una sustancia incolora, inodora y no polar, que se presenta en forma de gas a temperatura y presión ordinaria. En estado líquido, se caracteriza por ser apenas soluble y menos denso que el agua (con una densidad relativa de 0.4) y por presentar una buena solubilidad en líquidos orgánicos como la gasolina, éter o alcohol.

Entre los usos más frecuentes del metano se encuentra su empleo como combustible, aunque también ha sido utilizado para la producción de acetileno, metanol y ácido metanoico, así como para la producción de productos halogenados y la obtención por pirólisis de negro de humo e hidrógeno.

Las fuentes de metano son, principalmente, de origen natural. De manera adicional a los campos de gas natural, una forma alternativa para obtener metano es mediante el biogás generado por la fermentación anaerobia de la materia orgánica que se encuentra en estiércoles, lodos de aguas residuales, basura doméstica, o cualquier otra materia prima biodegradable.

En US 4.822.935, por ejemplo, se presenta un proceso de hidrogasificación de biomasa para producir altos rendimientos de metano que comprende la pirólisis de biomasa en presencia de una atmósfera rica en hidrógeno.

De manera adicional, el metano también puede obtenerse de manera industrial a partir de hidrógeno y dióxido de carbono mediante el conocido proceso Sabatier.

Así, por ejemplo, en JP2000063295 se describe un proceso de hidrogenación de CO₂ para producir metano mediante el uso de un catalizador de hidrogenación compuesto al menos de un tipo de fulereno y un soporte en presencia de un donante de átomos de hidrógeno y bajo la acción de energía lumínica.

De manera adicional, en JP8127544 se describe un método de producción de metano mediante la reacción de CO₂ y H₂ en presencia de un catalizador caracterizado por comprender una aleación de Ni o un óxido de Ni que contiene un elemento de tierras raras.

Una de las fuentes más comunes de obtención de hidrógeno es mediante electrólisis. En este sentido, el hidrógeno electrolítico se trata de una eficiente forma de generación de energía renovable y, posiblemente, sea una prometedora fuente de energía sostenible en el futuro.

Frente a los tradicionales métodos de obtención de metano a partir de CO₂ e H₂, es un primer objeto de esta invención presentar un procedimiento para producir metano a presión atmosférica y en fase gaseosa, empleando para ello hidrógeno obtenido a partir de una fuente renovable. Asimismo, es un segundo objeto de esta invención la síntesis de metanol por oxidación catalítica del metano obtenido en el proceso anterior.

El metanol, también denominado alcohol metílico, carbinol o alcohol de madera, es un líquido incoloro, miscible en agua y, como una gran mayoría de compuestos orgánicos, tóxico, inflamable y volátil a temperatura y presión atmosférica. Es, asimismo, un buen solvente de compuestos polares, débilmente ácido, combustible, con un punto de inflamación de 12,2ºC y con un alto poder calorífico, ardiendo con llama incolora o transparente.

Entre las principales aplicaciones del metanol se encuentran la fabricación de halogenuros de metilo, ácido acético, metacrilato de metilo o formaldehído, así como su empleo como carburante, disolvente industrial, anticongelante o como materia prima en la elaboración de fármacos.

En el estado de la técnica, existen diversos métodos de producción de metanol a partir del hidrógeno y carbono procedentes de diversas fuentes. Entre estos métodos cabe mencionar:

a) Obtención de metanol a partir de gas natural

Este método se trata de la principal fuente de obtención de metanol en nuestros días y conlleva las siguientes etapas:

a) el reformado del gas natural para producir un gas de síntesis (syngas), b) la conversión del syngas a metanol y c) la destilación del metanol producido para alcanzar una alta pureza del producto final.

b) Obtención de metanol a partir de carbón

En este caso, las etapas necesarias para llevar a cabo la producción de metanol de carbón son similares a las requeridas para su obtención a partir de gas natural: a) producción de syngas por gasificación del carbón o de la madera, b) síntesis del metanol y c) purificación por destilación para alcanzar la pureza demandada por el mercado.

El syngas producido a partir de la gasificación de la madera es utilizado comúnmente para la generación de energía eléctrica, destinando a la producción de metanol el exceso de syngas no empleado en la producción de electricidad.

c) Obtención de metanol a partir de biomasa

En la actualidad, el empleo de biomasa como fuente de carbono se presenta como una estrategia ambientalmente sostenible con objeto de reducir las emisiones de CO₂. En este caso, el proceso para producir metanol a partir de biomasa comprende etapas similares a las llevadas a cabo en los procesos anteriormente descritos. No obstante, este método presenta el inconveniente de que no todo el syngas producido por los diferentes procesos de gasificación va a presentar la calidad necesaria (es decir, la relación óptima de H₂:CO₂) para llevar a cabo la producción de metanol.

Si bien es cierto que los costes de producción de metanol tienen un peso considerable a la hora de escoger su fuente de obtención, también es cierto que las fuentes renovables de energía con la finalidad de proteger el medio ambiente tienen una importancia cada vez mayor. En este sentido, el coste de producción de metanol a partir de biomasa se encuentra comprendido, aproximadamente, entre 300 y 400 euros por tonelada de metanol producido, en comparación con los costes de producción a partir de gas natural, los cuales se encuentran en el orden de 100 a 200 euros por tonelada de metanol producido.

En la tabla 1 se recogen, a modo de resumen, las principales tecnologías de producción de metanol, así como las condiciones de operación requeridas por cada una de ellas.

d) Obtención de metanol a partir de CO₂

Una última opción para generar metanol es mediante el empleo de CO₂, por catálisis heterogénea con H₂. En este sentido, existen distintas fuentes de obtención de CO₂ como, por ejemplo, el CO₂ generado en centrales de producción de energía eléctrica o el procedente de procesos industriales en los que se generan cantidades notables de CO₂. Es, por tanto, un objeto adicional de esta invención presentar un nuevo proceso para la producción de metanol a partir de fuentes renovables de generación de CO₂ e H₂.

Descripción de la invención

Es un primer objeto de esta invención un procedimiento para la producción de metano a presión atmosférica caracterizado por comprender la electrólisis de al menos una corriente de agua dando lugar a hidrógeno, el cual es empleado en una etapa posterior de reacción con CO₂ procedente, al menos, de la pirólisis de al menos una fuente de biomasa.

A objetos de esta invención, se entiende por biomasa toda materia orgánica utilizable como fuente de energía. En general, la biomasa puede clasificarse en biomasa natural (podas naturales de árboles, etc.); biomasa residual (procedente, por ejemplo, de actividades agrícolas y ganaderas, así de la industria agroalimentaria o de transformación de la madera) y cultivos energéticos. En el caso de la presente invención, la fuente de biomasa puede ser cualquiera de las anteriores, siendo especialmente preferida la biomasa procedente de fuentes madereras o la procedente de residuos sólidos urbanos.

En una realización particular de la invención, el procedimiento puede comprender asimismo una etapa...

1. Procedimiento para la producción de metano a presión atmosférica caracterizado por comprender la electrólisis de al menos una corriente de agua dando lugar a hidrógeno, el cual es empleado en una etapa posterior de reacción con CO₂ procedente de la pirólisis de al menos una fuente de biomasa.

2. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 1, donde la fuente de biomasa es seleccionada de un grupo que consiste en biomasa natural, biomasa residual y cultivos energéticos, así como cualquiera de sus combinaciones.

3. Procedimiento, de acuerdo a la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque comprende, además, una etapa inicial de pretratamiento de la biomasa.

4. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende, además, una etapa previa a la producción de metano de mezcla de al menos una corriente en fase gas que comprende CO₂ procedente de la pirólisis de al menos una fuente de biomasa con al menos una corriente de hidrógeno procedente de una etapa previa de electrólisis de agua.

5. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la etapa de producción de metano se lleva a cabo en presencia de un catalizador y a una temperatura comprendida entre 300 y 400ºC.

6. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el catalizador empleado es seleccionado de un grupo que consiste en Ni, Ru, Co y V₂O₅.

7. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la etapa de producción de metano se lleva a cabo a partir de una corriente con una relación molar de H₂/CO₂ comprendida entre 4/1 y 6/1.

8. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el metano obtenido en la etapa de reacción es posteriormente sometido a una etapa de condensación dando lugar a una corriente liquida de metano.

9. Procedimiento, de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el agua empleada en la etapa de electrólisis procede en parte o en su totalidad de la corriente de agua obtenida en la etapa de producción de metano.

10. Uso del metano obtenido a partir de un procedimiento de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores para generar energía eléctrica.

11. Procedimiento para la producción de metanol caracterizado por comprender: