Descripció del projecte
La transició energètica i la descarbonització de la indústria petroquímica és un dels reptes més importants als que s’enfronta la societat actualment per poder mitigar l’impacte del canvi climàtic i reduir l’emissió de gasos d’efecte hivernacle.
Amb la necessitat que té la societat d’obtenir energia a partir de fonts renovables i alternatives sostenibles als combustibles fòssils i el carbó, s’està investigant en l’obtenció de biocombustibles renovables a partir d’olis vegetals i residus urbans a través de processos químics avançats. La conversió d’olis vegetals refinats a biocombustibes forma part d’un procés d’alta complexitat tècnica que es basa en la transformació dels olis refinats, que tenen un alt contingut de triglicèrids i àcids grassos, que es fan reaccionar amb hidrògen a altes temperatures i altes pressions. El procés es basa en un tren de calentament i compressors d’hidrogen per tractar els olis vegetals amb dos reactors catalítics heterogenis en sèrie. En el primer reactor es duen a terme reaccions exotèrmiques per obtenir cadenes d’hidrocarburs llargues amb subproductes que passen pel segon reactor on s’isomeritzen i s’hidrocraqueigen els hidrocarburs per obtenir cadenes més curtes d’hidrocarbur valoritzades com a biocombustibles.
Per poder desenvolupar el projecte s’ha de fer un estudi per obtenir un model per les propietats fisico-químiques de les mol·lècules i compostos intermitjos a través de teories de química quàntica i amb metodologia DFT (Density Functional Theory) recolzada per softwares de química computacional.
Un cop obtingudes les propietats fisico-químiques dels compostos, s’haurà de realitzar un estudi cinètic per modelar totes les reaccions i mecanismes que tenen lloc en els dos reactors juntament amb les activitats catalítiques dels metalls nobles, les constants cinètiques, influència de la variació de la pressió i temperatura en els reactors, reversibilitat de les reaccions…
Amb el model cinètic rigurós, s’avaluaran diferents casos d’operació variant les composicions d’entrada dels olis vegetals, amb temperatures i pressions d’operació variables per poder analitzar la selectivitat dels productes obtinguts, a través de softwares de simulació específics com Aspen Plus o Aspen Hysys amb simulació en estat estacionari i una posterior simulació per avaluar l’estat no estacionari per posades en marxa, parades del procés, situacions d’emergència o despressuritzacions.
La tesi doctoral tindrà com a objectius:
1) Desenvolupar els mecanismes de reacció a partir de fonaments de química-física i termodinàmica amb models de química quàntica de DFT (Density Functional Theory) amb els softwares CosmoTherm i Turbomole.
2) Obtenció de model cinètic rigurós amb estimació de l’activitat catalítica dels metalls nobles.
3) Simulació a escala industrial en estat estacionari dels reactors amb software específic Aspen Hysys.
4) Simulació en escala industrial en estat no estacionari evaluant casos d’emergència, start-up i turndowns dels equips.
5) Crear una eina per poder fer balanços productius i econòmics del procés a partir de l’estimació de consums de reactius i producció del producte final.
Els estudis teòrics es realitzaran juntament amb l’Institut de Química Teòrica i Computacional (IQTCUB) i la Universitat de Barcelona.
