Hidrogeno

PROCESO DE PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE GAS NATURAL

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

El hidrógeno es un elemento esencial en la industria actual y su producción mundial se estima
en unos 20 millones de toneladas anuales.

En lo que se refiere al consumo, los principales

destinatarios están representados por las industrias petroquímicas y de refinado.
El uso del hidrógeno como fuenteenergética ha ido en aumento debido a su bajo impacto
ambiental (la combustión del hidrógeno produce únicamente agua), su alto contenido
energético y la gran variedad de posibles aplicaciones: automóviles, aviones, cocinas,
calefactores, etc.
El hidrógeno puede producirse en grandes cantidades a partir de fuentes de energía primarias,
tales como combustibles fósiles (carbón, petróleo o gasnatural), de intermediarios (productos
de refinería, amoníaco, metanol) y de fuentes alternativas como biomasa, biogás y materiales
de deshecho.
En la mayoría de las tecnologías empleadas para producir hidrógeno, participan hidrocarburos
livianos dentro de reacciones catalíticas. Un sistema de generación de hidrógeno está
compuesto, por lo general, de un reactor químico y varios dispositivosanexos
(precalentadores, purificadores, generadores de vapor, etc).
Las tres cuartas partes de la producción total de hidrógeno se realiza por reformado con vapor
de agua del gas natural.

REFORMADO CON VAPOR DE AGUA DEL GAS NATURAL (SMR)

El reformado de vapor con metano (gas natural) SMR consiste en un proceso catalítico que
busca obtener hidrógeno a partir de la reacción de metano con agua.1

El reformado de gas natural utiliza dos simples reacciones reversibles :
La reacción de reformado
CH4 + H2O ↔ CO + 3 H2

s ∆H298 = +206 KJ/mol

La reacción de conversión del gas de agua
CO + H2O ↔ CO2 + H2

∆H298 = - 41 KJ/mol

La reacción se lleva a cabo en un conjunto de tubos llenos con las partículas de catalizador
(NiO). Cuando la mezcla gaseosa de reactivos pasa através de los tubos el catalizador hace
que la reacción se lleve a cabo en forma más rápida.
Las dos reacciones anteriores ocurren simultáneamente, pero la reacción principal es la
reacción de reformado del gas natural; está reacción es endotérmica y la fuente de energía es
generalmente un horno de combustión.
Aunque la estequiometría de la reacción solamente requiere 1 mol de H2O por mol de CH4,se
incorpora un exceso de H2O dado por el parámetro S/C1.

El exceso de vapor ayuda a

aumentar la conversión y a reducir la deposición de carbón sobre el catalizador.
La conversión de CH4

se acerca a la que predice el equilibrio termodinámico.

El gas

reformado sale a 252 psia y 1527 ºF.

GENERACIÓN DE VAPOR PROCESO
Las altas temperaturas de operación en el reformado permiten quelas corrientes de este
proceso se conviertan en una importante fuente de energía, la cual se utiliza en la producción
del vapor requerido dentro de la misma reacción.

CONVERSIÓN DEL MONÓXIDO DE CARBONO

1

Razón entre las moles de vapor de agua y las moles de carbono en el gas natural

2

Después de que se ha aprovechado la energía térmica de los gases de reformado para
generarvapor, siguen las etapas de conversión en las que las condiciones de operación se
ajustan para que el monóxido de carbono producido en el reformado reaccione para obtener
más hidrógeno.
CO + H2O ↔ CO2 + H2

∆H298 = - 41 KJ/mol

Este proceso, conocido como proceso Haber se realiza en dos etapas, una conversión a alta
temperatura (proceso HTS) y otra a baja temperatura (proceso LTS).PURIFICACIÓN DEL HIDRÓGENO (UNIDAD DE ADSORCIÓN PSA)
El hidrógeno se purifica en unidades de adsorción PSA (pressure swing adsorption), en las
que se alcanza una pureza de 99.9 vol%. En esta unidad, los gases diferentes al H2 que
vienen de los convertidores se adsorben a elevada presión sobre zeolitas.
Luego que se ha retirado el hidrógeno, es necesario limpiar el adsorbedor. Las impurezas del...