Construir el Prototipo de Psa Mof Basado en Diseño Computacional. En la Última Etapa del Proyecto Apuntaremos a Utilizar los Resultados de Laboratorio y las Simulaciones Computacionales Realizadas en Etapas Previas para Construir un Prototipo de Filtración de Gases Combustibles Tipo Psa de Cuatro Etapas que Use Cristales Mof como Material de Filtración. Las Presiones Temperaturas Flujos y Volúmenes de Funcionamiento de este Prototipo Estarán Basados en los Parámetros Óptimos Identificados en la Etapa Previa de Simulación Computacional. El Cumplimiento de este Objetivo Representará un Avance Tecnológico Importante en los Sistemas de Separación de Gases Psa ya que Nos Permitirá Estudiar los Parámetros de Funcionamiento Óptimo del Proceso de Adsorción-desorción Tomando como Gas de Entrada el Producto de la Gasificación de Residuos Sólidos Provenientes de un Reactor de Plasma que Esta Siendo Implementado por la Empresa Así como el Biogás Producido en Plantas de Biodigestión Anaerobia en Nuestra Empresa Asociada Servinor S. A. . El Prototipo Nos Ayudará a Identificar los Problemas Asociados con el Refinamiento de Muestras Reales en Condiciones Parecidas a las Encontradas en una Planta Industrial de Gasificación y de Biodigestión de Residuos. Además Nos Permitirá Hacer los Ajustes Necesarios para Implementar de Manera Óptima la Etapa de Regeneración del Material Filtrante y Cuantificar la Esperada Ganancia Energética Respecto a un Sistema Psa Convencional Antes de Escalar el Prototipo a una Planta Piloto.Demostrar la Regeneración del Material Filtrante Mof por Métodos Químicos o Físicos. El Tercer Objetivo Específico Apunta a Validar Nuestra Hipótesis de la Liberación Eficiente de Gases de Interés Práctico como Co y Co2 que se Encuentren Adsorbidos al Interior de los Nanoporos de un Cristal Mof Tanto entre Ciclos Psa como tras Múltiples Ciclos los Cuales Acumulativamente Pueden Ir Reduciendo la Capacidad Adsorbente o Incluso Terminar por Saturar el Material con los Mismos Gases o Trazas Contaminantes. Realizaremos Pruebas de Estimulación de la Liberación de Gases entre Ciclos con Fuentes de Energía Externa como Radiación Electromagnética o Ultrasonido que en Principio Son Capaces de Entregar Energía Necesaria para Liberar la Totalidad de los Gases Capturados. En Caso Contrario y tras Cada Ciclo Parte de Estos Gases Queden Atrapados Persistentemente Probaremos Distintos Métodos Químicos o Físicos Específicamente Diseñados Buscando Métodos de Lavado Químico de un Cristal Mof Saturado por Adsorción de Multiples Ciclos por Óxidos de Carbono (co Co2) a Fin de Recuperar la Estructura y Propiedades de Adsorción Originales del Cristal. Este Objetivo Planteado Constituye Uno de los Riesgos Tecnológicos Más Importantes del Proyecto ya que a Pesar de que Existen Reportes Científicos sobre la Posibilidad de Estimular la Liberación de Gases Adsorbidos en Mofs con Fuentes de Energía Externa como Luz Ultravioleta la Regeneración Eficiente de Mofs entre Ciclos y al Cabo de Multiples Ciclos de Adsorción-desorción Sigue Siendo Uno de los Limitantes para su Masificación en la Industria No Siendo Investigado y Desarrollado en Profundidad. La Regeneración del Material Filtrante por Desorción de los Gases Atrapados en Cada Ciclo Representa una Parte Mayoritaria del Costo Energético de un Sistema de Filtración Psa por Otra Parte la Regeneración del Material tras Multiples Ciclos para Extender la Vida Útil del Filtrante Representarían en Conjunto un Avance Tecnológico ImportanDiseñar Computacionalmente Material Mof para Adsorción Selectiva de Co y Co2. Los Filtros de Gases que Proponemos Fabricar para la Refinación de Gas de Combustión Están Basados en una Clase de Materiales Cristalinos Conocidos como Metal-organic Frameworks (mof). El Primer Objetivo Específico del Proyecto Consiste en Desarrollar un Software de Uso Interno para Analizar Computacionalmente las Propiedades de Adsorción de una Gran Cantidad Teórica de Cristales Mof y Así Poder Identificar las Mejores Estructuras que Permitan Adsorber Selectivamente Co y Co2 de una Mezcla de Gas de Combustión. El Diseño Computacional de un Cristal Mof para un Problema de Almacenamiento o Separación de Gases Específico Involucra el Uso de Plataformas Informaticas para Predecir Parámetros Característicos como Entalpías de Adsorción Isotermas de Adsorción y Factores de Selectividad para el Caso de Mezclas Gaseosas. en la Literatura Científica se Han Reportado Estudios Combinatoriales con Filtros Computacionales de Mofs para Aplicaciones que Requieren Atrapar Co2 Pero No se Han Reportado Estudios de Diseño Combinatorial Sistemáticos como el que Proponemos para Obtener una Gran Cantidad de Estructuras Mofs Candidatas a Tener Propiedades Favorables de Adsorción y Desorción de Óxidos de Carbono en un Sistema Psa en Especial Co. Sólo se Han Estudiado Experimentalmente un Número Pequeño de Estructuras Metálicas Divalentes que Comparten la Misma Base Orgánica. por Consiguiente el Cumplimiento de este Objetivo Específico Generará Nuevas Herramientas y Métodos Computacionales de Desarrollo de Materiales de Adsorción Mof que Servirán como Base para las Siguientes Etapas del Proyecto Reduciendo el Costo de Laboratorio Materiales y Horas Hombre Necesario para Sintetizar Mofs que Cumplan con los Objetivos Técnicos y Económicos Planteados para este Proyecto de I+d.Diseñar Computacionalmente un Prototipo de Filtración Psa con Mof como Material Adsorbente. Este Objetivo Apunta a Generar un Diseño Computacional de una Unidad Prototipo de Filtración de Gases Basado en el Método Pressure Swing Adsorption (psa) Usando los Parámetros Experimentales Obtenidos los Cristales Mof Fabricados Previamente como Datos de Entrada. Buscamos Generar Tanto un Diseño 3d con Comportamiento de Flujo como un Software de Simulación de Psa para Uso Interno que Nos Analizar Permita el Comportamiento de una Planta a Escala de Laboratorio Hipotética bajo Distintos Parámetros de Funcionamiento como las Diferencias de Presión entre Adsorción y Desorción la Capacidad y Selectividad de Adsorción de Gases de Distintos Materiales Mof la Morfología del Material Filtrante el Volumen de la Columna de Filtración y la Temperatura de Operación. Nuestro Objetivo es Desarrollar un Software que Capture de Manera Realista los Procesos de Transferencia de Masa y Energía Asociados con los Ciclos de Adsorción-desorción en Columnas Conectadas Según el Proceso Psa de Cuatro Pasos de Skarstrom Convencional Usando Mofs como Material Adsorbente. Las Simulaciones Nos Permitirán Estimar la Eficiencia Energética del Ciclo en Función de los Parámetros Físicos y Químicos del Material Adsorbente y Así Poder Llegar al Diseño de un Prototipo Psa Mof que Sea Técnica y Económicamente Viable.El Objetivo General de nuestro Proyecto es Investigar Desarrollar e Implementar un Sistema de Refinación de Gases Combustibles Usando la Tecnología Pressure Swing Adsorption (psa) Mejorada Innovadora Gracias al Uso de una Nueva Clase de Material Filtrante Sólido Nanoporoso Basado en Metal-organic Frameworks (mof) que Nos Permitirá Capturar Selectiva y Reversiblemente Óxidos de Carbono Co desde Syngas y Co2 desde Biogás Reemplazando Materiales Menos Eficientes como lo Son el Cabón Activado o la Zeolita Convencionalmente Usados en Sistemas Psa. Al Atrapar desde los Gases Combustibles Estos Componentes de bajo Valor Energético Pero Buen Valor Industrial Generamos Hidrógeno de Alta Pureza a Partir de Syngas Proveniente de un Reactor de Gasificación por Fusión Plasma de Residuos Sólidos Domiciliarios que Esta Siendo Implementada por Veta Orgánica Spa. En su Empresa Asociada Servinor S. A. Y Aplicado Similarmente en Plantas de Biodigestión Anaeróbica de Esta Empresa Generando Metano Puro desde el Biogás. Ambos Procesos Producirán Secundariamente Monóxido Y/o Dióxido de Carbono para Usos Industriales. El Desarrollo de Esta Tecnología Innovadora a Escala Industrial Permitirá a la Compañía Veta Orgánica Spa. Demostrar la Factibilidad Económica de Producir de Gases con un Alto Valor Energético o Industrial a Partir de Residuos Sólidos Domiciliarios Integrando el Sistema Filtración de Gases al Innovador Reactor de Fusión Plasma que Fue Apoyado el 2016 por Corfo el cual Esta Siendo Actualmente Implementado en la Compañía. La Ejecución de este Proyecto es un Paso Clave en el Plan de Estratégico de Vetaorganica Spa. De Poner a Disposición del Mercado una Tecnología de Vanguardia e Integral Energéticamente Eficiente y Económicamente Viable para la Conversión de Desechos Sólidos en Materia Prima para la Industria de Energías Limpias y la Industria Química.Sintetizar Material Mof para Adsorción Selectiva de Co y Co2. Considerando los Parámetros de Sintesis para las Mofs Diseñadas Computacionalmente Sintetizaremos y Caracterizaremos un Cristal Mof con Alto Potencial de Adsorción y Desorción de Co de Syngas y Otro para Adsorber y Desorber Co2 de Biogás. Las Estructuras Mof Obtenidas en el Laboratorio Serán Caracterizadas Espectroscópicamente para Garantizar su Pureza y Además se Realizarán Estudios Gravimétricos para Determinar la Capacidad de Adsorción y Desorción de Gases en Ciclos Psa de Cada Estructura. El Cumplimiento de este Objetivo Nos Permitirá Contar con los Protocolos de Síntesis de Dos Cristales Mof para Nuestras Aplicaciones. Los Parámetros de Adsorción y Desorción Obtenidos para las Estructuras Sintetizadas en el Laboratorio Serán Usados en Etapas Posteriores de Diseño de un Sistema Psa Mof de Filtración de Gases Combustibles y los Protocolos de Síntesis Obtenidos Serán Usados en la Producción de Material Filtrante Mof para las Dos Columnas Filtrantes Componen el Sistema Psa.La Valorización de Residuos se ha Convertido Hoy en una Importante Necesidad para la Industria Mundial Dando Origen a una Creciente Industria de Gasificación Térmica o Biológica de Residuos Sólidos No Reciclables. Los Gases Combustibles Generados por Estas Industrias Deben Ser Refinados en Sistemas de Membrana o de Pressure Swing Adsorption (psa) a Fin de Acondicionarlos para su Aprovechamiento en Generación Eléctrica o como Gases Filtrados para Uso Industrial. el Método Psa Mayormente Utilizado Consiste en Múltiples Cambios de Presión que Permiten la Adsorción y Posterior Desorción de Impurezas Gaseosas Proceso que Depende en Gran Medida del Rendimiento del Adsorbente Utilizado. Un Material Poco Eficiente Obliga a Implementar Plantas de Mayor Tamaño y Trabajar con Compresores de Mayor Potencia Aumentando Tanto los Costos de Inversión como el Gasto Energético Equivalente a Más del 90% del Costo de Operación Anual de una Planta Psa (ho Et al 2008). Nuestro Proyecto de I+d+i Está Dirigido Diseñar Optimizar y Prototipar un Sistema Psa para la Refinación de Gases Combustibles Producidos en la Valorización de Residuos Sólidos Usando Metal-organic Frameworks (mofs) como Material Adsorbente. este Nuevo Material es Más Eficiente que los Materiales Convencionales Debido a su Gran Área Superficial entre 8 a 10 Veces Superior y por su Alta Selectividad en la Adsorción de Gases Siendo Capaz de Separar Mezclas Gaseosas de Relevancia Industrial Mejor que el Carbón y la Zeolita. (furukawa Et al 2013). Debido a que el Costo de Inversión Está Directamente Asociado con el Tamaño de las Columnas de Adsorción la Cantidad de Material Filtrante su Eficiencia y Vida Útil Nuestra Meta es Reducirlo en al Menos un 20% Mejorando Estas Variables. También Reduciremos el Gasto Energético del Sistema en un 30% Diseñando Mofs con Enlaces Químicos Débiles con el Gas a Capturar. En Efecto el Desafío Tecnológico de nuestro Proyecto Está Relacionado con Poder Elegir Adecuadamente las Moléculas que Componen la Red Cristalina Mof Usando Diseño Computacional con Algoritmos Propios y Luego Sintetizar Mofs para Capturar Óxidos de Carbono Considerando como Objetivos Técnicos: Tener Gran Área Superficial Selectividad para Co y Co2 Desorción Eficiente Resistencia Física de los Cristales en Sistema Psa y Lograr su Regeneración Química. La Metodología que Proponemos Consiste: Diseño Computacional Usando Algoritmo Combinatorial para Estudiar el Potencial de Refinamiento de Syngas y Biogás. Sintetizar y Caracterizar Estructuras Mof que Según el Diseño Computacional Previo Presenten las Mejores Propiedades para Nuestras Aplicaciones. Pruebas de Estabilidad Mecánica y Química de los Materiales Sintetizados para Retroalimentar la Planificación del Método de Síntesis. Diseño Computacional y Construcción del Sistema Psa Basándonos en los Parámetros Físicos y Químicos de los Mofs Experimentales. Los Resultados del Diseño Computacional Retroalimentarán a su Vez la Planificación de la Síntesis del Material Mof Filtrante Minimizando los Costos de Fabricación y Operación del Sistema. Pruebas Experimentales Psa Mofs para Identificar y Estudiar los Parámetros que Determinan Costos Reales del Proceso y Analizar Posibles Mejoras en Especial las Relacionadas a la Regeneración del Material para Extender al Máximo su Vida Útil y su Desorción Psa Facilitada por Estimulación Física. En la Actualidad No Existen Patentes de Refinación del Syngas por Adsorción Selectiva de Monóxido de Carbono (co) Usando Mofs en Cuanto a la Adsorción de Co2 se Han Presentado Patentes para Proteger Ciertas Estructuras Mof con Potencial para su Aplicación en Psa. Esto Representa un Desafío Tecnológico y una Oportunidad de Generar Conocimiento Científico Patentamiento / Publicaciones Atractiva para Usach. Para Vetaorganica Spa Esta es una Oportunidad de Posicionarse a la Vanguardia de la Tecnología de Producción de Hidrógeno / Metano desde Residuos Domiciliarios. Realizaremos Patentamiento Pct Compartido con Usach Licencia Exclusiva para Nuestra Empresa para la Síntesis Mofs para Capturar Óxidos de Carbono Sea Co Y/o Co2 y su Implementación en Nuevo Sistema Psa. En Cuanto al Modelo de Negocios Inplant Inicialmente Cubriremos las Necesidades de Refinación de Gases Combustibles Producidos por la Gasificación de 150 Ton/día de Residuos Sólidos Recibidos por Nuestra Empresa Asociada Servinor S. A. El 60% de Éstos Pueden Ser Tratados en Biodigestores Produciendo Biogás que Posteriormente Será Refinados para Obtener 500 M3/h de Metano Puro para Ser Vendido como Gas Natural Generando Ingresos Anuales por Us$ 1. 880. 000. El 40% de los Residuos Restantes Serían Convertidos en Syngas Usando el Reactor de Fusión de Plasma Desarrollado con Apoyo Corfo por Jaime González. La Refinación de Syngas Nos Permitiría Generar 3. 360 M3/h de Hidrógeno Puro el que se Comercializará como Combustible Generando Ingresos Anuales por Us$ 17. 125. 000.Corporación de Fomento de la Producción