Cinética de la reacción RWGS para la producción de metanol a partir de gas natural con alto contenido de CO2

Autores
Genovese, Constanza
Año de publicación
2026
Idioma
español castellano
Tipo de recurso
tesis doctoral
Estado
versión aceptada
Colaborador/a o director/a de tesis
Brignole, Nélida Beatriz
Gigola, Carlos Eugenio
Descripción
En Argentina están disponibles yacimientos de gas natural (GN) sin explotar, los cuales tienen alto contenido de CO2. Hemos visto que con esta alimentación es posible agregar valor a este recurso utilizando un nuevo proceso para obtener gas de síntesis (syngas) apto para la producción de metanol. El proceso se basa en la hidrogenación parcial de la alimentación mediante la utilización de la reacccion Reverse Water Gas Shift (RWGS), seguido de reformado combinado. Así se reduce la extracción y emisión del CO2 y se logra su alta conversión en metanol. Está demostrada la factibilidad técnica básica del proceso y el análisis económico preliminar nos indica que bajo ciertas condiciones resulta competitivo frente a la tecnología convencional. Más aún, este enfoque es relevante en el contexto actual de búsqueda de alternativas para reducir las emisiones de CO2. Contribuir al desarrollo de un proceso de producción de metanol más limpio utilizando GN con alto contenido de CO2 como materia prima representa un avance importante hacia la sostenibilidad ambiental y energética. Este trabajo de tesis se enfoca en el diseño del reactor de hidrogenación, utilizando resultados del estudio cinético a 600oC de un catalizador de laboratorio Ce-Pd/Al2O3 desarrollado en PLAPIQUI. Su influencia en la economía del proceso también fue analizada. Además, en el estudio cinético se investigó la influencia de los reactivos (H2 y CO2) y productos de la reacción (CO, H2O). En este contexto, la presente tesis contribuye con la generación de expresiones cinéticas del tipo ley de las potencias (Guldberg y Waage) y de Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson (LHHW) para la reacción RWGS. En esta tesis se dedujeron las expresiones sobre la base de trabajos teóricos y experimentales de la literatura acerca del comportamiento catalítico y los mecanismos cinéticos de la reacción, considerando asimismo en la deducción que la velocidad de la reacción RWGS es reversible. Para el ajuste de parámetros, en primer lugar se aplicó una técnica de optimización clásica, conocida como el método de Levenberg- Marquardt, cuyo desempeño se comparó con una técnica de optimización metaheurística denominada PCHO (Optimización Hiperheurística Paralela Cooperativa), la cual fue diseñada recientemente por nuestro grupo de investigación. A continuación, mediante lo obtenido en el nuevo modelado, se diseñó el reactor RWGS para el sector de pretratamiento de una planta de producción de metanol. Estas herramientas brindan confiabilidad a la simulación y optimización de diseño del reactor RWGS. La falta de ajustes cinéticos documentados para condiciones operativas elevadas de temperatura en la literatura existente y el empleo de un nuevo catalizador resalta aún más la singularidad y originalidad de este estudio. La metodología empleada consistió en llevar a cabo dos etapas complementarias. En primer lugar, se llevó a cabo el ajuste meticuloso de los parámetros cinéticos basado en datos provenientes de los experimentos de laboratorio. Posteriormente, se procedió al diseño y simulación del reactor RWGS y del sector dedicado al acondicionamiento de la alimentación. Esta estrategia garantiza un enfoque completo que abarca desde la determinación precisa de los parámetros fundamentales hasta la optimización del diseño. En cuanto al ajuste de parámetros, el uso del método convencional Levenberg-Marquardt exigió muchos esfuerzos ante un modelo numéricamente más complejo, tal como el LH-HW. En contraste, se lograron resultados satisfactorios rápidamente empleando optimización metaheurística. En esta tesis se destaca la relevancia de aplicar metodologías de inteligencia artificial en Ingeniería de Procesos. En particular, se presenta el diseño conceptual de una metodología basada en la física con el objetivo de encontrar un metamodelo integral para la velocidad de la reacción RWGS a 600°C. Este metamodelo se apoya en la interpretabilidad de los datos y en el aprendizaje sobre las predicciones de los modelos base. El ajuste de parámetros en estos modelos base es fundamental para obtener buenas predicciones del metamodelo. En este contexto, se eligió el algoritmo PCHO pues demostró ser una herramienta de optimización sólida y confiable dado que su comportamiento ya había sido validado en una variedad de experimentos computacionales y mostrado muy buen desempeño en colecciones de problemas de Ingeniería Química. El diseño del metamodelo nos permitió unir distintas estructuras para producir un resultado general, dado que la complejidad del comportamiento de la reacción RWGS a 600°C muestra que no es totalmente representable mediante una única fórmula. En resumen, esta tesis aporta datos experimentales significativos en la comprensión y optimización de la reacción de RWGS a altas temperaturas. También emplea una metodología novedosa para el ajuste de parámetros y propone la utilización de un nuevo catalizador Ce-Pd/Al2O3. De este modo, la tesis contribuye significativamente a la creación de procesos limpios y sostenibles para la explotación de recursos escasamente aprovechados.
In Argentina there are untapped natural gas (NG) fields with a high CO2 content. Aiming at the addition of value to this resource, it is possible to make use of this feed by using a new process to obtain synthesis gas (syngas) suitable for methanol production. It is based on partial hydrogenation of the feed based on the use of the Reverse Water Gas Shift (RWGS) reaction, followed by combined reforming. In this way, CO2 extraction and emissions are reduced and a high conversion from CO2 to methanol is achieved. The basic technical feasibility of the process has been demonstrated and a preliminary economic analysis indicates that under certain conditions it is competitive with conventional technology. Moreover, this approach is relevant in the current context that aims at searching for alternatives to reduce CO2 emissions. Contributing to the development of a cleaner methanol production process by using NG with high CO2 content as feedstock represents an important step towards environmental and energy sustainability. This thesis work focuses on the design of the hydrogenation reactor, using results from the kinetic study at 600oC of a Ce-Pd/Al2O3 laboratory catalyst developed at PLAPIQUI. Its influence on the economics of the process was also analysed. Besides, the influence of reactants (H2 and CO2) and reaction products (CO, H2O) was investigated through kinetic studies. In this context, this thesis contributes with the generation of both power-law (Guldberg and Waage) and LHHW kinetic expressions for the RWGS reaction. In this work, the expressions have been derived on the basis of theoretical and experimental work in the literature about the catalytic behaviour and kinetic mechanisms of the reaction, also taking into account that the rate of the RWGS reaction is reversible. For parameter tuning, firstly a classical optimization technique known as the Levenberg- Marquardt method was applied, whose performance was compared with a metaheuristic optimization technique called PCHO (Parallel Cooperative Hyperheuristic Optimization), which was recently designed by our research group. Then, by using the new models, the RWGS reactor was designed for the pretreatment sector of a methanol production plant. These tools provide reliability to the simulation and design optimization of the RWGS reactor. Both the lack of documented kinetic settings for high temperature operating conditions in the existing literature and the use of a new catalyst further highlights the uniqueness and originality of this study. The methodology consisted in carrying out two complementary steps. Firstly, the kinetic parameters were meticulously tuned based on data from laboratory experiments. This task was followed by the design and simulation of the RWGS reactor and the feed conditioning sector. This strategy ensures a comprehensive approach ranging from the precise determination of the fundamental parameters to the optimisation of the design. In terms of parameter tuning, the use of the conventional Levenberg-Marquardt method required a lot of effort in the face of a more numerically complex model, such as the LH-HW. In contrast, satisfactory results were quickly achieved using metaheuristic optimisation. This thesis highlights the relevance of applying artificial intelligence methodologies in process engineering. In particular, the conceptual design of a physics-based methodology with the aim of finding an integral metamodel for the RWGS reaction rate at 600°C is presented. This metamodel relies on data interpretability and learns from the predictions of the base models. Parameter fitting in these base models is essential to obtain good predictions from the metamodel. In this context, the PCHO algorithm was chosen as it proved to be a solid and reliable optimisation tool, since its behaviour had already been validated in a variety of computational experiments and shown very good performance in collections of chemical engineering problems. The design of the metamodel allowed us to link different structures to produce a general result, since the complexity of the RWGS reaction behaviour at 600°C shows that it is not fully representable by a single formula. In summary, this thesis provides significant experimental data in the understanding and optimisation of the high-temperature RWGS reaction. It also employs a novel methodology for parameter tuning and proposes the use of a new Ce-Pd/Al2O3 catalyst. In this way, the thesis contributes significantly to the creation of clean and sustainable processes to take advantage of scarcely exploited resources.
Fil: Genovese, Constanza. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Química; Argentina
Materia
Metanol
Gas natural
CO2
Cinética
RWGS
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Repositorio
Repositorio Institucional Digital de la Universidad Nacional del Sur (RID-UNS)
Institución
Universidad Nacional del Sur
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Más aún, este enfoque es relevante en el contexto actual de búsqueda de alternativas para reducir las emisiones de CO2. Contribuir al desarrollo de un proceso de producción de metanol más limpio utilizando GN con alto contenido de CO2 como materia prima representa un avance importante hacia la sostenibilidad ambiental y energética. Este trabajo de tesis se enfoca en el diseño del reactor de hidrogenación, utilizando resultados del estudio cinético a 600oC de un catalizador de laboratorio Ce-Pd/Al2O3 desarrollado en PLAPIQUI. Su influencia en la economía del proceso también fue analizada. Además, en el estudio cinético se investigó la influencia de los reactivos (H2 y CO2) y productos de la reacción (CO, H2O). En este contexto, la presente tesis contribuye con la generación de expresiones cinéticas del tipo ley de las potencias (Guldberg y Waage) y de Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson (LHHW) para la reacción RWGS. En esta tesis se dedujeron las expresiones sobre la base de trabajos teóricos y experimentales de la literatura acerca del comportamiento catalítico y los mecanismos cinéticos de la reacción, considerando asimismo en la deducción que la velocidad de la reacción RWGS es reversible. Para el ajuste de parámetros, en primer lugar se aplicó una técnica de optimización clásica, conocida como el método de Levenberg- Marquardt, cuyo desempeño se comparó con una técnica de optimización metaheurística denominada PCHO (Optimización Hiperheurística Paralela Cooperativa), la cual fue diseñada recientemente por nuestro grupo de investigación. A continuación, mediante lo obtenido en el nuevo modelado, se diseñó el reactor RWGS para el sector de pretratamiento de una planta de producción de metanol. Estas herramientas brindan confiabilidad a la simulación y optimización de diseño del reactor RWGS. La falta de ajustes cinéticos documentados para condiciones operativas elevadas de temperatura en la literatura existente y el empleo de un nuevo catalizador resalta aún más la singularidad y originalidad de este estudio. La metodología empleada consistió en llevar a cabo dos etapas complementarias. En primer lugar, se llevó a cabo el ajuste meticuloso de los parámetros cinéticos basado en datos provenientes de los experimentos de laboratorio. Posteriormente, se procedió al diseño y simulación del reactor RWGS y del sector dedicado al acondicionamiento de la alimentación. Esta estrategia garantiza un enfoque completo que abarca desde la determinación precisa de los parámetros fundamentales hasta la optimización del diseño. En cuanto al ajuste de parámetros, el uso del método convencional Levenberg-Marquardt exigió muchos esfuerzos ante un modelo numéricamente más complejo, tal como el LH-HW. En contraste, se lograron resultados satisfactorios rápidamente empleando optimización metaheurística. En esta tesis se destaca la relevancia de aplicar metodologías de inteligencia artificial en Ingeniería de Procesos. En particular, se presenta el diseño conceptual de una metodología basada en la física con el objetivo de encontrar un metamodelo integral para la velocidad de la reacción RWGS a 600°C. Este metamodelo se apoya en la interpretabilidad de los datos y en el aprendizaje sobre las predicciones de los modelos base. El ajuste de parámetros en estos modelos base es fundamental para obtener buenas predicciones del metamodelo. En este contexto, se eligió el algoritmo PCHO pues demostró ser una herramienta de optimización sólida y confiable dado que su comportamiento ya había sido validado en una variedad de experimentos computacionales y mostrado muy buen desempeño en colecciones de problemas de Ingeniería Química. El diseño del metamodelo nos permitió unir distintas estructuras para producir un resultado general, dado que la complejidad del comportamiento de la reacción RWGS a 600°C muestra que no es totalmente representable mediante una única fórmula. En resumen, esta tesis aporta datos experimentales significativos en la comprensión y optimización de la reacción de RWGS a altas temperaturas. También emplea una metodología novedosa para el ajuste de parámetros y propone la utilización de un nuevo catalizador Ce-Pd/Al2O3. De este modo, la tesis contribuye significativamente a la creación de procesos limpios y sostenibles para la explotación de recursos escasamente aprovechados.In Argentina there are untapped natural gas (NG) fields with a high CO2 content. Aiming at the addition of value to this resource, it is possible to make use of this feed by using a new process to obtain synthesis gas (syngas) suitable for methanol production. It is based on partial hydrogenation of the feed based on the use of the Reverse Water Gas Shift (RWGS) reaction, followed by combined reforming. In this way, CO2 extraction and emissions are reduced and a high conversion from CO2 to methanol is achieved. The basic technical feasibility of the process has been demonstrated and a preliminary economic analysis indicates that under certain conditions it is competitive with conventional technology. Moreover, this approach is relevant in the current context that aims at searching for alternatives to reduce CO2 emissions. Contributing to the development of a cleaner methanol production process by using NG with high CO2 content as feedstock represents an important step towards environmental and energy sustainability. This thesis work focuses on the design of the hydrogenation reactor, using results from the kinetic study at 600oC of a Ce-Pd/Al2O3 laboratory catalyst developed at PLAPIQUI. Its influence on the economics of the process was also analysed. Besides, the influence of reactants (H2 and CO2) and reaction products (CO, H2O) was investigated through kinetic studies. In this context, this thesis contributes with the generation of both power-law (Guldberg and Waage) and LHHW kinetic expressions for the RWGS reaction. In this work, the expressions have been derived on the basis of theoretical and experimental work in the literature about the catalytic behaviour and kinetic mechanisms of the reaction, also taking into account that the rate of the RWGS reaction is reversible. For parameter tuning, firstly a classical optimization technique known as the Levenberg- Marquardt method was applied, whose performance was compared with a metaheuristic optimization technique called PCHO (Parallel Cooperative Hyperheuristic Optimization), which was recently designed by our research group. Then, by using the new models, the RWGS reactor was designed for the pretreatment sector of a methanol production plant. These tools provide reliability to the simulation and design optimization of the RWGS reactor. Both the lack of documented kinetic settings for high temperature operating conditions in the existing literature and the use of a new catalyst further highlights the uniqueness and originality of this study. The methodology consisted in carrying out two complementary steps. Firstly, the kinetic parameters were meticulously tuned based on data from laboratory experiments. This task was followed by the design and simulation of the RWGS reactor and the feed conditioning sector. This strategy ensures a comprehensive approach ranging from the precise determination of the fundamental parameters to the optimisation of the design. In terms of parameter tuning, the use of the conventional Levenberg-Marquardt method required a lot of effort in the face of a more numerically complex model, such as the LH-HW. In contrast, satisfactory results were quickly achieved using metaheuristic optimisation. This thesis highlights the relevance of applying artificial intelligence methodologies in process engineering. In particular, the conceptual design of a physics-based methodology with the aim of finding an integral metamodel for the RWGS reaction rate at 600°C is presented. This metamodel relies on data interpretability and learns from the predictions of the base models. Parameter fitting in these base models is essential to obtain good predictions from the metamodel. In this context, the PCHO algorithm was chosen as it proved to be a solid and reliable optimisation tool, since its behaviour had already been validated in a variety of computational experiments and shown very good performance in collections of chemical engineering problems. The design of the metamodel allowed us to link different structures to produce a general result, since the complexity of the RWGS reaction behaviour at 600°C shows that it is not fully representable by a single formula. In summary, this thesis provides significant experimental data in the understanding and optimisation of the high-temperature RWGS reaction. It also employs a novel methodology for parameter tuning and proposes the use of a new Ce-Pd/Al2O3 catalyst. In this way, the thesis contributes significantly to the creation of clean and sustainable processes to take advantage of scarcely exploited resources.Fil: Genovese, Constanza. Universidad Nacional del Sur. 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Contribuir al desarrollo de un proceso de producción de metanol más limpio utilizando GN con alto contenido de CO2 como materia prima representa un avance importante hacia la sostenibilidad ambiental y energética. Este trabajo de tesis se enfoca en el diseño del reactor de hidrogenación, utilizando resultados del estudio cinético a 600oC de un catalizador de laboratorio Ce-Pd/Al2O3 desarrollado en PLAPIQUI. Su influencia en la economía del proceso también fue analizada. Además, en el estudio cinético se investigó la influencia de los reactivos (H2 y CO2) y productos de la reacción (CO, H2O). En este contexto, la presente tesis contribuye con la generación de expresiones cinéticas del tipo ley de las potencias (Guldberg y Waage) y de Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson (LHHW) para la reacción RWGS. En esta tesis se dedujeron las expresiones sobre la base de trabajos teóricos y experimentales de la literatura acerca del comportamiento catalítico y los mecanismos cinéticos de la reacción, considerando asimismo en la deducción que la velocidad de la reacción RWGS es reversible. Para el ajuste de parámetros, en primer lugar se aplicó una técnica de optimización clásica, conocida como el método de Levenberg- Marquardt, cuyo desempeño se comparó con una técnica de optimización metaheurística denominada PCHO (Optimización Hiperheurística Paralela Cooperativa), la cual fue diseñada recientemente por nuestro grupo de investigación. A continuación, mediante lo obtenido en el nuevo modelado, se diseñó el reactor RWGS para el sector de pretratamiento de una planta de producción de metanol. Estas herramientas brindan confiabilidad a la simulación y optimización de diseño del reactor RWGS. La falta de ajustes cinéticos documentados para condiciones operativas elevadas de temperatura en la literatura existente y el empleo de un nuevo catalizador resalta aún más la singularidad y originalidad de este estudio. La metodología empleada consistió en llevar a cabo dos etapas complementarias. En primer lugar, se llevó a cabo el ajuste meticuloso de los parámetros cinéticos basado en datos provenientes de los experimentos de laboratorio. Posteriormente, se procedió al diseño y simulación del reactor RWGS y del sector dedicado al acondicionamiento de la alimentación. Esta estrategia garantiza un enfoque completo que abarca desde la determinación precisa de los parámetros fundamentales hasta la optimización del diseño. En cuanto al ajuste de parámetros, el uso del método convencional Levenberg-Marquardt exigió muchos esfuerzos ante un modelo numéricamente más complejo, tal como el LH-HW. En contraste, se lograron resultados satisfactorios rápidamente empleando optimización metaheurística. En esta tesis se destaca la relevancia de aplicar metodologías de inteligencia artificial en Ingeniería de Procesos. En particular, se presenta el diseño conceptual de una metodología basada en la física con el objetivo de encontrar un metamodelo integral para la velocidad de la reacción RWGS a 600°C. Este metamodelo se apoya en la interpretabilidad de los datos y en el aprendizaje sobre las predicciones de los modelos base. El ajuste de parámetros en estos modelos base es fundamental para obtener buenas predicciones del metamodelo. En este contexto, se eligió el algoritmo PCHO pues demostró ser una herramienta de optimización sólida y confiable dado que su comportamiento ya había sido validado en una variedad de experimentos computacionales y mostrado muy buen desempeño en colecciones de problemas de Ingeniería Química. El diseño del metamodelo nos permitió unir distintas estructuras para producir un resultado general, dado que la complejidad del comportamiento de la reacción RWGS a 600°C muestra que no es totalmente representable mediante una única fórmula. En resumen, esta tesis aporta datos experimentales significativos en la comprensión y optimización de la reacción de RWGS a altas temperaturas. También emplea una metodología novedosa para el ajuste de parámetros y propone la utilización de un nuevo catalizador Ce-Pd/Al2O3. De este modo, la tesis contribuye significativamente a la creación de procesos limpios y sostenibles para la explotación de recursos escasamente aprovechados.
In Argentina there are untapped natural gas (NG) fields with a high CO2 content. Aiming at the addition of value to this resource, it is possible to make use of this feed by using a new process to obtain synthesis gas (syngas) suitable for methanol production. It is based on partial hydrogenation of the feed based on the use of the Reverse Water Gas Shift (RWGS) reaction, followed by combined reforming. In this way, CO2 extraction and emissions are reduced and a high conversion from CO2 to methanol is achieved. The basic technical feasibility of the process has been demonstrated and a preliminary economic analysis indicates that under certain conditions it is competitive with conventional technology. Moreover, this approach is relevant in the current context that aims at searching for alternatives to reduce CO2 emissions. Contributing to the development of a cleaner methanol production process by using NG with high CO2 content as feedstock represents an important step towards environmental and energy sustainability. This thesis work focuses on the design of the hydrogenation reactor, using results from the kinetic study at 600oC of a Ce-Pd/Al2O3 laboratory catalyst developed at PLAPIQUI. Its influence on the economics of the process was also analysed. Besides, the influence of reactants (H2 and CO2) and reaction products (CO, H2O) was investigated through kinetic studies. In this context, this thesis contributes with the generation of both power-law (Guldberg and Waage) and LHHW kinetic expressions for the RWGS reaction. In this work, the expressions have been derived on the basis of theoretical and experimental work in the literature about the catalytic behaviour and kinetic mechanisms of the reaction, also taking into account that the rate of the RWGS reaction is reversible. For parameter tuning, firstly a classical optimization technique known as the Levenberg- Marquardt method was applied, whose performance was compared with a metaheuristic optimization technique called PCHO (Parallel Cooperative Hyperheuristic Optimization), which was recently designed by our research group. Then, by using the new models, the RWGS reactor was designed for the pretreatment sector of a methanol production plant. These tools provide reliability to the simulation and design optimization of the RWGS reactor. Both the lack of documented kinetic settings for high temperature operating conditions in the existing literature and the use of a new catalyst further highlights the uniqueness and originality of this study. The methodology consisted in carrying out two complementary steps. Firstly, the kinetic parameters were meticulously tuned based on data from laboratory experiments. This task was followed by the design and simulation of the RWGS reactor and the feed conditioning sector. This strategy ensures a comprehensive approach ranging from the precise determination of the fundamental parameters to the optimisation of the design. In terms of parameter tuning, the use of the conventional Levenberg-Marquardt method required a lot of effort in the face of a more numerically complex model, such as the LH-HW. In contrast, satisfactory results were quickly achieved using metaheuristic optimisation. This thesis highlights the relevance of applying artificial intelligence methodologies in process engineering. In particular, the conceptual design of a physics-based methodology with the aim of finding an integral metamodel for the RWGS reaction rate at 600°C is presented. This metamodel relies on data interpretability and learns from the predictions of the base models. Parameter fitting in these base models is essential to obtain good predictions from the metamodel. In this context, the PCHO algorithm was chosen as it proved to be a solid and reliable optimisation tool, since its behaviour had already been validated in a variety of computational experiments and shown very good performance in collections of chemical engineering problems. The design of the metamodel allowed us to link different structures to produce a general result, since the complexity of the RWGS reaction behaviour at 600°C shows that it is not fully representable by a single formula. In summary, this thesis provides significant experimental data in the understanding and optimisation of the high-temperature RWGS reaction. It also employs a novel methodology for parameter tuning and proposes the use of a new Ce-Pd/Al2O3 catalyst. In this way, the thesis contributes significantly to the creation of clean and sustainable processes to take advantage of scarcely exploited resources.
Fil: Genovese, Constanza. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Química; Argentina
description En Argentina están disponibles yacimientos de gas natural (GN) sin explotar, los cuales tienen alto contenido de CO2. Hemos visto que con esta alimentación es posible agregar valor a este recurso utilizando un nuevo proceso para obtener gas de síntesis (syngas) apto para la producción de metanol. El proceso se basa en la hidrogenación parcial de la alimentación mediante la utilización de la reacccion Reverse Water Gas Shift (RWGS), seguido de reformado combinado. Así se reduce la extracción y emisión del CO2 y se logra su alta conversión en metanol. Está demostrada la factibilidad técnica básica del proceso y el análisis económico preliminar nos indica que bajo ciertas condiciones resulta competitivo frente a la tecnología convencional. Más aún, este enfoque es relevante en el contexto actual de búsqueda de alternativas para reducir las emisiones de CO2. Contribuir al desarrollo de un proceso de producción de metanol más limpio utilizando GN con alto contenido de CO2 como materia prima representa un avance importante hacia la sostenibilidad ambiental y energética. Este trabajo de tesis se enfoca en el diseño del reactor de hidrogenación, utilizando resultados del estudio cinético a 600oC de un catalizador de laboratorio Ce-Pd/Al2O3 desarrollado en PLAPIQUI. Su influencia en la economía del proceso también fue analizada. Además, en el estudio cinético se investigó la influencia de los reactivos (H2 y CO2) y productos de la reacción (CO, H2O). En este contexto, la presente tesis contribuye con la generación de expresiones cinéticas del tipo ley de las potencias (Guldberg y Waage) y de Langmuir-Hinshelwood-Hougen-Watson (LHHW) para la reacción RWGS. En esta tesis se dedujeron las expresiones sobre la base de trabajos teóricos y experimentales de la literatura acerca del comportamiento catalítico y los mecanismos cinéticos de la reacción, considerando asimismo en la deducción que la velocidad de la reacción RWGS es reversible. Para el ajuste de parámetros, en primer lugar se aplicó una técnica de optimización clásica, conocida como el método de Levenberg- Marquardt, cuyo desempeño se comparó con una técnica de optimización metaheurística denominada PCHO (Optimización Hiperheurística Paralela Cooperativa), la cual fue diseñada recientemente por nuestro grupo de investigación. A continuación, mediante lo obtenido en el nuevo modelado, se diseñó el reactor RWGS para el sector de pretratamiento de una planta de producción de metanol. Estas herramientas brindan confiabilidad a la simulación y optimización de diseño del reactor RWGS. La falta de ajustes cinéticos documentados para condiciones operativas elevadas de temperatura en la literatura existente y el empleo de un nuevo catalizador resalta aún más la singularidad y originalidad de este estudio. La metodología empleada consistió en llevar a cabo dos etapas complementarias. En primer lugar, se llevó a cabo el ajuste meticuloso de los parámetros cinéticos basado en datos provenientes de los experimentos de laboratorio. Posteriormente, se procedió al diseño y simulación del reactor RWGS y del sector dedicado al acondicionamiento de la alimentación. Esta estrategia garantiza un enfoque completo que abarca desde la determinación precisa de los parámetros fundamentales hasta la optimización del diseño. En cuanto al ajuste de parámetros, el uso del método convencional Levenberg-Marquardt exigió muchos esfuerzos ante un modelo numéricamente más complejo, tal como el LH-HW. En contraste, se lograron resultados satisfactorios rápidamente empleando optimización metaheurística. En esta tesis se destaca la relevancia de aplicar metodologías de inteligencia artificial en Ingeniería de Procesos. En particular, se presenta el diseño conceptual de una metodología basada en la física con el objetivo de encontrar un metamodelo integral para la velocidad de la reacción RWGS a 600°C. Este metamodelo se apoya en la interpretabilidad de los datos y en el aprendizaje sobre las predicciones de los modelos base. El ajuste de parámetros en estos modelos base es fundamental para obtener buenas predicciones del metamodelo. En este contexto, se eligió el algoritmo PCHO pues demostró ser una herramienta de optimización sólida y confiable dado que su comportamiento ya había sido validado en una variedad de experimentos computacionales y mostrado muy buen desempeño en colecciones de problemas de Ingeniería Química. El diseño del metamodelo nos permitió unir distintas estructuras para producir un resultado general, dado que la complejidad del comportamiento de la reacción RWGS a 600°C muestra que no es totalmente representable mediante una única fórmula. En resumen, esta tesis aporta datos experimentales significativos en la comprensión y optimización de la reacción de RWGS a altas temperaturas. También emplea una metodología novedosa para el ajuste de parámetros y propone la utilización de un nuevo catalizador Ce-Pd/Al2O3. De este modo, la tesis contribuye significativamente a la creación de procesos limpios y sostenibles para la explotación de recursos escasamente aprovechados.
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