Espectroscopia Raman en plantas dinámicas de producción de amoníaco y metanol verde

A medida que se acelera la transición energética global, el amoníaco verde (o e-amoníaco) y el metanol verde (o e-metanol) están cobrando importancia como enfoques para la descarbonización de la industria química y el transporte de hidrógeno. Producidos en plantas dinámicas que se pueden poner rápidamente fuera de servicio y que se nutren de energía renovable de bajo coste, estos productos químicos ofrecen vías ampliables y flexibles para reducir las emisiones de carbono y proporcionar una fuente limpia para el transporte de hidrógeno. Mantener la calidad y la consistencia del amoníaco verde y del mentanol verde en entornos que se encuentran en constante cambio es crucial en aplicaciones donde el rendimiento, la seguridad y el cumplimiento de la normativa medioambiental están estrechamente relacionados con la calidad del combustible o de la materia prima.

• Industria química (materia prima para síntesis) para el rendimiento y la calidad del producto
• Generación de electricidad (pilas de combustible y turbinas)
• Motores de combustión
• Sistemas de propulsión marítima
• Portadores de hidrógeno y almacenamiento (para el amoníaco verde)

Se está observando que la espectroscopia Raman es una herramienta potente en este campo. Al habilitar el análisis en tiempo real, ayuda a garantizar una calidad constante del producto incluso cuando las condiciones de funcionamiento varían, lo que permite adoptar de forma más amplia el amoníaco verde y el metanol verde como materias primas y combustibles ecológicos fiables y de alto rendimiento.

Las plantas dinámicas de amoníaco verde y metanol verde están diseñadas para funcionar con flexibilidad. Pueden ajustar la carga de producción en hasta un 3 % por minuto y mantener un rendimiento estable incluso a una capacidad nominal de tan solo el 10 %. Esta agilidad les permite responder en tiempo real a las fluctuaciones de las disponibilidad de energía renovable, a maximizar el tiempo de funcionamiento y a minimizar la dependencia de la energía almacenada.  

• Mayor tiempo de funcionamiento
• Vida útil prolongada
• Menor necesidad de un almacenamiento costoso de energía o hidrógeno

Las instalaciones como la planta REDDAP de Denmark muestran cómo los combustibles verde se pueden producir de forma rentable con plantas que reaccionan en tiempo real a los precios de la electricidad, aumentando la producción cuando la energía renovable abunda y resulta económica. Para favorecer esta agilidad, resulta imsprescindible contar con una medición rápida y precisa, lo que convierte a la espectroscopia Raman en una solución crucial.

Garantizar la calidad del amoníaco y del metanol verde es fundamental para sus usos principales como materias primas en fertilizantes, fármacos y productos químicos industriales. Los desafíos principales son:

• Impurezas: los contaminantes como el oxígeno, los óxidos de nitrógeno y el monóxido de carbono pueden comprometer la pureza y el rendimiento del producto.
• Variabilidad en los procesos: las fluctuaciones en las fuentes de energía renovables pueden provocar inconsistencias en el proceso de producción, lo que puede acabar afectando a la estabilidad y a la calidad del producto.
• Respuesta lenta del instrumento: los métodos de control de calidad tradicionales, como los cromatógrafos de gases, suelen tener tiempos de respuesta medidos en minutos, mientras que los resultados de la toma de muestras fuera de línea pueden tardar horas o incluso días.

La espectroscopia Raman mejora la producción sostenible al ofrecer una solución no invasiva y en tiempo real para la monitorización de la composición del gas a lo largo de los procesos de síntesis del amoníaco y del metanol. Los sistemas Raman se pueden instalar en puntos de medición clave como:

• Alimentación del reactor: para controlar la estequiometría de hidrógeno a nitrógeno (H₂/N₂) para la producción de amoníaco y las relaciones de hidrógeno-CO/CO₂ para la producción de metanol
• Gas de recirculación del circuito de síntesis: para verificar la composición
• Corriente de gas de purga: para una monitorización continua y un control del gas inerte

La producción de amoníaco verde (NH₃) y metanol verde (CH₃OH) depende de las fuentes de energía renovables, energía que naturalmente fluctúa. Los ciclos dinámicos del amoníaco superan estas limitaciones. Estos pueden ajustar su carga en un pequeño porcentaje por minuto y operar de manera fiable incluso a una capacidad nominal de tan solo el 10 %. Esta flexibilidad permite a las plantas adaptar la producción a la disponibilidad de energía renovable, lo que les permite maximizar su tiempo de funcionamiento, prolongar la vida útil de los equipos y reducir la necesidad del costoso almacenamiento de energía o hidrógeno. En pocas palabras, el funcionamiento dinámico es la clave para aprovechar todo el potencial del amoníaco y metanol verde.

La espectroscopia Raman ofrece tiempos de respuesta más rápidos para un funcionamiento flexible y proporciona información en tiempo real sobre la composición del gas, lo que la hace una herramienta fundamental para mantener la calidad del producto bajo condiciones que se encuentran en constante cambio. Las ventajas principales son:

• Tiempo de respuesta más rápido que el de los cromatógrafos de gases
• No se requieren gases portadores
• Monitorización en tiempo real de las proporciones clave de gases, como H₂/N₂ o H₂/COy CO₂
• Mínimo mantenimiento y sin consumibles
• Menor necesidad de sistemas de acondicionamiento de muestras
• No se requiere ningún armario para su instalación
• Apto para áreas de uso genérico, no se requiere instalar en interiores

• Analizador/espectrómetro Raman (idealmente multicanal)
• Sondas/sensores Raman
• Método Raman
• Cables de fibra óptica
• Interfaz de muestra
• Bastidor integrado

En la carrera hacia la descarbonización, la rapidez y la precisión son fundamentales. La espectroscopia Raman permite a las plantas de metanol y amoníaco verde producir de manera ágil y fiable combustibles de alta calidad y con bajas emisiones de carbono. A medida que los modelos de producción dinámica cada vez sean más habituales, las herramientas analíticas avanzadas como la tecnología Raman serán esenciales para la ampliación de las soluciones de materias primas verde y combustibles ecológicos. Al garantizar una calidad constante en condiciones variables, la espectroscopia Raman desempeña un papel fundamental en hacer que el amoníaco verde y el metanol verde sean viables a gran escala.

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