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La planta (ver Figura 3.1) consta de un precalentador (depósito de acero inoxidable 316 con una resistencia eléctrica enrollada a lo largo de su eje y aislado térmicamente mediante lana de roca), dos hornos eléctricos gemelos con sus correspondientes reactores de acero inoxidable 310, cuyas dimensiones son 8.75 mm de diámetro interno y 330 mm de longitud.

Las líneas de conducción de la planta de síntesis están todas construidas en acero inoxidable 316 de 1/8” de diámetro externo (O.D.), a excepción del último tramo que conecta con las unidades de análisis, que son de 1/16” O.D.. Todas ellas se encuentran calorifugadas mediante resistencias eléctricas enrollables y aisladas térmicamente mediante lana de roca trenzada para precalentar los gases y evitar condensaciones.

La alimentación de los gases se realiza mediante una serie de controladores de flujo másico (Mass Flow Controller -en adelante, MFC-) digitales de la marca Bronkhorst. Por su parte, para la alimentación de líquidos, la planta cuenta con una bomba de desplazamiento positivo HPLC (Flusys).

La temperatura en el interior de cada reactor se mide con un termopar de tres puntos de medida, distanciados 2 cm entre sí y desde la punta de la vaina, siendo la lectura del punto correspondiente al extremo del termopar la que se emplea para realizar el control de la temperatura del lecho.

La presión se mide tanto aguas arriba como aguas abajo de los reactores mediante el empleo de dos transmisores de presión (PT) con el fin de determinar la pérdida de carga a lo largo del/los lecho(s) catalítico(s). El control de presión a la entrada de los reactores se realiza mediante un motor paso a paso que se encuentra ubicado en el interior de la Unidad de Control de Presión (UCP), la cual se muestra en la Figura 3.1.

Todas las señales medibles en la instalación (presiones, temperaturas, caudales de MFC’s, voltajes, etc.) así como los puntos de consigna se registran en un PC conectado a la planta a través de protocolo ethernet mediante un software SCADA (VijeoCitect). A través del SCADA se pueden programar diferentes sesiones de trabajo mediante temporizador, lo que permite que la planta disponga de cierta autonomía sin la necesidad de personal. Asimismo, el programa incorpora una serie de enclavamientos que paran la planta automáticamente en caso de que se

produzcan ciertas incidencias, tales como la superación de un valor máximo de temperatura en los hornos o en el precalentador, o la subida de la presión por encima de un valor crítico.

La seguridad de la planta se complementa con un interruptor de emergencia, tanto físico (botón tipo seta), emplazada en el cuadro eléctrico de la planta (ver Figura 3.1), como virtual, localizado en el propio SCADA, de tal manera que al pulsarlo la instalación se detiene completamente, esto es, caudales y voltajes caen a 0 y la presión queda liberada mediante la apertura automática de la válvula de control correspondiente.

La planta de síntesis cuenta, además, con una serie de válvulas de cierre (11 en total, ver esquema de la Figura 3.2) que permiten el poder trabajar en cuatro modalidades diferentes: (1) bypass (paso de gases a través de V11-V9-V3-V7-V4- V8), donde los gases no pasan por ningún reactor, sino que circulan a través de una conducción periférica directamente hacia análisis. Este modo de operación es útil para determinar los factores de corrección a aplicar a los equipos de análisis para una correcta cuantificación, (2) reacción sólo en reactor nº 1 (paso de gases a través de V11-V9-V1-V2-V8), donde la alimentación pasa exclusivamente a través del reactor derecho de la planta y el efluente del reactor es enviado a análisis. Esta modalidad se empleó para estudiar la carbonilación de DME, (3) reacción sólo en reactor nº 2 (paso de gases a través de V11-V9-V3-V5-V6), donde los gases pasan en este caso a través del lecho del reactor izquierdo, empleada para estudiar la hidrogenación de MA y (4) reacción en ambos reactores (paso de gases a través de V11-V9-V1-V2-V4-V7-V5-V6), donde los gases son conducidos primeramente a través del reactor nº 1 (carbonilación de DME) y posteriormente enviados al reactor nº 2 (hidrogenación de MA), de tal manera que esta modalidad es útil para estudiar el proceso completo de hidrocarbonilación de DME.

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El equipo de análisis (ver Figura 3.3) consiste en un cromatógrafo de gases (en adelante, GC) Agilent 6890N equipado con un sistema de detección por conductividad térmica (TCD) para analizar H2, N2, CO, CO2, CH4 y H2O, y otro de ionización de llama (FID) para analizar el resto de hidrocarburos y compuestos oxigenados (alcoholes, cetonas, éteres y ésteres). Al primero hay conectadas dos columnas cromatográficas en serie (Porapak QS 80/100, de 3.6 m de longitud y Carboxen 1000 60/80, de 4.5 m), mientras que al segundo se conecta una columna Restek 19724 de 30 m de longitud. El equipo funciona de tal manera que toma en cada análisis una alícuota de la corriente de salida del/los reactor/es para ser analizada, desechando el resto de la mezcla gaseosa, que es transportada hasta un condensador donde se retienen los gases condensables mientras que los permanentes son evacuados de forma segura hasta el exterior de la instalación. El GC emplea He como gas portador en las columnas, aire comprimido para la acción neumática de las válvulas y también como comburente para activar la llama del FID, para lo que también se utiliza H2 como gas combustible.

Mediante el software que acompaña al GC, es posible integrar fácilmente las áreas de los picos cromatográficos correspondientes a cada compuesto detectado presente en la muestra, las cuáles son proporcionales a la concentración del analito en la matriz analizada.

Figura 3.3. Cromatógrafo de gases

Como ya se ha comentado, en 2017 se pasó a ampliar el sistema analítico con la adquisición de un espectrómetro de masas (en adelante, MS) de cuadrupolo (QGA, Hiden Analytical, ver Figura 3.4), de tal manera que la tubería común de salida de los reactores se dividió en dos para poder tomar muestras en paralelo tanto con el

GC como con el MS.

Figura 3.4. Espectrómetro de masas QGA

Este equipo permite tomar mediciones directas en continuo de las concentraciones de los componentes de la matriz gaseosa procedente de la planta de síntesis con una alta frecuencia de muestreo (aproximadamente 1 punto cada 30 segundos en función del número de compuestos a analizar) y una alta sensibilidad (hasta 100 ppb), siendo capaz de medir hasta compuestos de 200 u de masa molecular. Está equipado con una bomba externa de vacío con la que se crean las condiciones de presión necesarias para que el cuadrupolo trabaje a la presión adecuada (típicamente del orden de 3·10-6 _mmHg).

El software con el que se controla la unidad analítica permite configurar el tipo de análisis a realizar y descontar las contribuciones de varios compuestos a una misma masa, de tal modo que se minimizan los errores de cuantificación. Además, el programa ofrece la posibilidad de visualizar los resultados de los análisis tanto en forma tabular como en forma de gráficas en tiempo real, donde se puede seguir la evolución de las concentraciones de cada especie analizada.

A pesar de su alta sensibilidad y frecuencia de muestreo, este equipo no es apto para analizar corrientes complejas como las que se obtuvieron en los ensayos de hidrogenación de MA e hidrocarbonilación de DME debido al alto grado de solapamiento de los picos de fragmentación de los diferentes compuestos presentes en la muestra, por lo que en estos casos sólo se pudo analizar la corriente de salida mediante GC.