Optimización de un dispositivo electroquímico de separación de oxígeno integrado en un reactor catalítico para la formación de hidrocarburos aromáticos.

Abstract

[ES] El Trabajo de Fin de Máster "Optimización de un dispositivo electroquímico de separación de oxígeno integrado en un reactor catalítico para la formación de hidrocarburos aromáticos" está integrado dentro del proyecto CO2SMOS, el cual busca transformar las emisiones de CO2 de origen biogénico en productos químicos de valor añadido para la industria química, textil y de polímeros, para la fijación a largo plazo de dicho carbono. El proyecto plantea el desarrollo de diferentes tecnologías para la producción de bloques químicos construcción (gas de síntesis o acetato), como son los procesos biológicos de fermentación mediante bacterias y la electrocatálisis y los reactores de membrana. La tecnología en concreto en la que se va a centrar el trabajo es en la integración de un separador de oxígeno en un reactor catalítico de membrana para la producción de hidrocarburos aromáticos a partir de gas de síntesis. En esta reacción se obtiene agua como subproducto, que será eliminada de la reacción a través de su reacción en el separador de oxígeno. El objetivo del trabajo es la optimización de los diferentes componentes del separador de oxígeno(los dos electrodos y el electrolito), adecuados a las condiciones de reacción. Así, en el ánodo se separará el hidrógeno de la molécula de agua, que se recircula a la reacción, mientras que el oxígeno pasa a través del electrolito hasta el cátodo. El electrolito, as su vez, debe ser lo más denso y fino posible, para facilitar el transporte de iones oxigeno O2-, que pasarían a una tercera capa porosa, el cátodo donde se recombinaría a oxigeno molecular y seria retirado del sistema, y desplazando el equilibrio de la reacción. La estabilidad, compatibilidad, resistencia mecánica y funcionamiento de estos materiales de óxido sólido a temperaturas tan bajas como 450 ºC, son los principales retos del trabajo. Para ello se usarán diferentes técnicas de diseño y fabricación de materiales y dispositivos.

[EN] The Master's Thesis "Optimisation of an electrochemical oxygen separation device integrated in a catalytic reactor for the formation of aromatic hydrocarbons" is part of the CO2SMOS project, which seeks to transform CO2 emissions of biogenic origin into chemical products of added value for the chemical, textile and polymer industries, for the long-term fixation of this carbon. The project proposes the development of different technologies for the production of chemical building blocks (synthesis gas or acetate), such as biological fermentation processes using bacteria and electrocatalysis and membrane reactors. The specific technology on which the work will focus is the integration of an oxygen separator in a catalytic membrane reactor for the production of aromatic hydrocarbons from synthesis gas. In this reaction, water is obtained as a by-product, which will be removed from the reaction through its reaction in the oxygen separator. The aim of the work is to optimise the different components of the oxygen separator (the two electrodes and the electrolyte) to suit the reaction conditions. Thus, at the anode the hydrogen will be separated from the water molecule, which is recirculated to the reaction, while the oxygen passes through the electrolyte to the cathode. The electrolyte, in turn, must be as dense and thin as possible, to facilitate the transport of oxygen ions O2-, which would pass to a third porous layer, the cathode, where it would recombine to molecular oxygen and be removed from the system, thus shifting the equilibrium of the reaction. The stability, compatibility, mechanical strength and performance of these solid oxide materials at temperatures as low as 450 °C are the main challenges of the work. Different material and device design and fabrication techniques will be used.