Produccion de hidrogeno por reformado de metano

RESUMEN
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Ciertamente el hidrógeno es uno de los mayores candidatos a convertirse en una fuente de combustible limpio capaz de reemplazar al petróleo. La mayor ventaja del hidrógeno es que su combustión produce únicamente agua, si bien el principal problema es que la obtención de este gas del gas natural no es muy amigable con el ambiente ya queconsume gran cantidad de energía y crea dióxido de carbono en el proceso. Para esto, requiere una presión de 25 bares o 3636 psi y temperaturas de hasta 850 grados Celsius mientras incorpora al mismo tiempo varias etapas subsecuentes de separación y unidades de purificación. En la fase de post proceso, se debe lidiar con grandes cantidades de CO2 las cuáles por lo general son liberadas en laatmósfera [1]. A continuación se realiza una breve descripción del proceso, el análisis termodinámico, de alternativas, ambientales y de costos.
1. INTRODUCCION
Reformado: es el procedimiento más usado actualmente, aproximadamente el 95% de la producción mundial. En este proceso el metano, a partir de gas natural, reacciona con vapor de agua (reformado con vapor de agua) o con oxígeno(reformado por oxidación parcial) o mediante una combinación de ambos (reformado auto-térmico). En cualquiera de estos procesos el CO2 aparece como uno de sus subproductos [2].
2.1. Descripción del proceso [3]
Las materias primas más utilizadas para su producción industrial de hidrógeno son el agua y el gas natural, previamente tratados, aunque también el gas de refinería (metano, etano,propano, etc., con nitrógeno y algo de hidrógeno). En la actualidad sólo excepcionalmente se emplean naftas o fracciones petrolíferas más pesados y carbón.
El procedimiento más empleado a escala industrial es, hoy en día, el reformado con vapor (“steam reforming”) del gas natural y del gas de refinería, seguido de la reducción del vapor de agua con CO (“shift-conversion”) conforme a las reacciones:Estas reacciones se llevan a cabo simultáneo y consecutivamente en uno o varios reactores, por lo que el gas producido consiste en una mezcla de H2, CO y CO2, además de vapor de agua, algo de CH4 sin reaccionar y los gases inertes presentes en el gas de alimentación. El producto de la reacción en conjunto se conoce como gas de síntesis.
Las reacciones anteriores son fuertemente endotérmicas,por lo que se realizan preferentemente en fase gas a altas temperaturas (por encima de 800 ºC) con un aporte de calor del exterior, procurando la máxima conversión del metano. Para aumentar la velocidad de reacción se utilizan catalizadores de níquel. Para maximizar la producción de hidrógeno a costa del CO presente en el gas reformado se completa seguidamente la “shift-conversion” en otroreactor separado, a temperaturas del orden de 500 ºC, en presencia de catalizadores de óxidos de hierro y cromo o, a menores temperaturas, con catalizadores de zinc/cobre.
Si bien la presión desplaza el equilibrio hacia la izquierda en la primera reacción por producirse un aumento de volumen, la producción de hidrógeno se realiza siempre a presión (28-36 bares) para evitar la necesidad de comprimirel hidrógeno producido para transportarlo a las unidades consumidoras.
La primera reacción se trata de una reacción endotérmica con una deltaHrxn= 206 kJ/mol, la preparación industrial se realiza en hornos tubulares; el catalizador, habitualmente a base de Ni, está contenido en el interior de los tubos calentados exteriormente. Las condiciones típicas de operación son: temperatura 900°C y presiónen el entorno de 20 bar. Acompañando a la reacción de reformado del hidrocarburo, y dado que ésta se produce en presencia de un exceso de agua, tiene lugar el llamado “shift” o desplazamiento del monóxido de carbono: Esta última reacción genera asimismo hidrógeno, aunque en menor proporción que la primera, y es de carácter ligeramente exotérmico.

El proceso ha sido objeto de muchas mejoras,...