Investigadores de todo el mundo emplean el proceso de síntesis de Fischer-Tropsch para producir combustibles líquidos a partir de fuentes alternativas de energía como la biomasa y el gas natural. En la Universidad de Auburn en Alabama, un estudiante de doctorado ha incorporado un regulador de contrapresión de Equilibar para mejorar considerablemente su investigación de catalizadores en el proceso Fischer-Tropsch.

La síntesis de Fischer-Tropsch fue desarrollada por Franz Fischer y Hans Tropsch a principios del siglo XX. Es un proceso químico relativamente complicado que convierte el gas de síntesis, una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno, en hidrocarburos, incluidos muchos de los compuestos de los combustibles líquidos tradicionales. El gas de síntesis se puede generar a partir de casi cualquier materia prima que contenga carbono, por lo que el proceso de Fischer-Tropsch permite indirectamente la producción de petróleo sintético y combustible a partir de recursos como el carbón, el gas natural y la biomasa.

David Roe, un investigador graduado del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Auburn, está realizando una investigación utilizando la síntesis de Fischer-Tropsch para generar gasolina y diésel. Roe contactó con Equilibar para mejorar el control de presión para hacer que el proceso de casi un siglo de antigüedad sea más viable actualmente.

El reto:

Los investigadores de catalizadores a menudo confían en los reguladores de contrapresión para mantener presiones de reacción estables bajo condiciones extremas condiciones de reacción. En Auburn, la aplicación de Roe requiere que el proceso funcione a altas presiones (1000 psig, unos 69 bares aproximadamente) y altas temperaturas (hasta 350°C). Originalmente, Roe usó reguladores de contrapresión manuales tradicionales en sus experimentos, obteniendo desviaciones de presión de aproximadamente 30 psi (unos 2 bares aproximadamente). Los reguladores tradicionales funcionan con un resorte y se abren cuando la sobrepresión comprime el muelle.  Tanto el cambio en la constante del resorte como la compresión del resorte son fuentes importantes de error o de sobrepresión, en diseños tradicionales. Además, los reguladores de accionado por resorte tienen un rango de presión limitado y una histéresis alta.

Set-up del reactor para la Síntesis de Fischer Tropsch

Con el antiguo sistema Roe nunca estaba seguro de que la presión que estaba viendo fuese estable o simplemente una desviación temporal. Por ello, empezó a buscar un método de control de mayor precisión que fuera capaz de suavizar las fluctuaciones de presión.

Para este desafío se puso en contacto con Equilibar, que ofrece un regulador de contapresión con tecnología ‘Dome-loaded’ dónde el diafragma flexible es la única parte móvil. Este diseño único del diafragma permite un rango amplio del flujo, típicamente 100 veces más que los reguladores de contrapresión tradicionales. El regulador de contrapresión de Equilibar funciona gracias al suministro de una señal fija de aire o nitrógeno a la cúpula superior del regulador igual a la presión deseada a mantener en el reactor (aguas arriba del regulador).

Esquema funcionamiento regulador de contrapresión

Solución: El regulador de contrapresión de Equilibar

El equipo de investigación de Roe compró un Equilibar de la Serie Research Modelo EB1ULF1 en acero inoxidable 316 con puertos de proceso de 1/8” NPT. Los ingenieros de Equilibar especificaron un diafragma de poliimida y juntas tóricas Kalrez® 7075 para cumplir con la compatibilidad química y con la alta temperatura del proceso. El diseño del diafragma le aporta la sensibilidad necesaria para proporcionar una presión estable en una relación de caudal de 100.000 : 1 gracias al aporte de la presión de pilotaje. La unidad permite la posibilidad de utilizar fluidos bifásicos en el proceso.

Los reactivos gaseosos y líquidos se introducen en el sistema usando controladores de flujo másico de Alicat Scientific y una bomba de alta presión, respectivamente. La presión del reactor se mantiene gracias al regulador de contrapresión de Equilibar posicionado aguas abajo del reactor. El regulador de Equilibar se pilota manualmente través de un regulador reductor de presión, que está conectado a una botella de aire comprimido. El efluente del proceso se separa en una trampa fría. Los gases no condensados ​​van directamente a un cromatógrafo de gases para su análisis, mientras que el líquido se recopila periódicamente para su análisis fuera de línea.

Primer plano del regulador de contrapresión Equilibar

Resultados exitosos

El regulador de Equilibar permite a Roe establecer una presión y comenzar a generar presión sin incertidumbre ya que el  propio sistema se equilibrará. Esto ahorra un tiempo significativo al evitar los frecuentes ajustes manuales necesarios con un regulador tradicional.

La unidad ha estado en servicio desde 2012 con escasos problemas. La unidad se utiliza para aproximadamente una vez al mes. La prueba puede durar más de dos semanas. Esto incluye la puesta en marcha, la prueba del catalizador y la reducción de la presión del sistema. Roe informa de una estabilidad de presión sin precedentes en la aplicación gracias al uso del regulador Equilibar: “Mi sistema generalmente se mantiene dentro de los 5 psi (unos 0.34 bares aproximadamente) de su punto de referencia”.

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