Peoyecto : producción de hidrógeno

Presentación

Con los problemas que están sucediendo con el combustible actualmente, se están buscando nuevas oportunidades y opciones para evitar que se agoten todas las reservas de combustibles fósiles que aún quedan.

Para ello se están investigando realizar coches mediante pilas de combustibles con hidrógeno como fuente principal de combustible y también mediante coches eléctricos. En este proyecto nos vamos a centrar en la producción de hidrógeno.

El hidrógeno no se encuentra libre en la naturaleza, sino formando compuestos como los hidrocarburos y el agua. Por tanto, se puede producir a partir de una de estas materias primas mediante aporte de energía. Durante su consumo para producir energía se libera en forma de agua sin producir ninguna otra emisión.

De todas las formas que se puede obtener el hidrógeno, en este trabajo se ha utilizado el reformado a partir de bioetanol. Este bioetanol se obtiene casi exclusivamente a partir de la caña de azúcar, también del maíz, todas ellas materia primas vegetales que se prestan fácilmente al proceso de fermentación.

Par empezar el proyecto es necesario marcar una relación entre el agua y el bioetanol que se va a utilizar en el proceso ya que esa relación es la que nos va a limitar. Para ello se introduce una corriente de alimento de bioetanol y agua en una relación 1:8 molar de esta forma se evita la formación de coque sobre el catalizador. Entrando así 88,89% de agua y un 11,11% de bioetanol.

Este es un proceso que se ve favorecido a altas temperaturas y bajas presiones por lo que al empezar la corriente de alimento en estado líquido hay que realizar una serie de pasos antes de llegar al reformado para obtener esa corriente en fase vapor y a la temperatura deseada que son 700 C

Diagramas….

Gracias a los intercambiadores E0 y E4 se aumenta la temperatura de 30 C a 112 C evaporando casi por completo la corriente de la mezcla. Por lo que se pasa por un vaporizador cuya función es obtener una corriente constante en forma de vapor de la corriente principal dejando la dicha corriente a 118,88 C. Todo es posible gracias a la inclusión de un termosifón que funciona de forma similar a los rehervidores de las columnas de destilación. Por último, el intercambiador E2 se encarga de sobrevaporizar la mezcla a una temperatura de 593 C para que entren al reformado. Este equipo a su vez es utilizado para obtener otra corriente que será envía al reactor de water gas shif alta.

El reformador trabaja a una temperatura de 700 C por lo que para llegar a dicha temperatura sabiendo que entra a 593 se necesita un calor adicional proporcionado por una corriente de gases de combustión haciendo que se llegue a la temperatura de 700 C. Se quiere trabajar a altas temperaturas ya que de esta forma nos ahorramos la formación de coque, el cual provoca la desactivación del catalizador, otros compuestos como el acetaldehído, acetona, etileno…etc. Entre otros, compuestos favorecidos a ser formados a temperaturas bajas y cuando la conversión del etanol es baja. De este equipo salen dos corrientes una que vuelve al intercambiador E2 que será nuestra corriente principal y la segunda corriente se dirige al termosifón donde los gases de combustión se van a la atmosfera.

Los siguientes dos equipos son los reactores de water gas shift, son dos reactores que trabajan de forma adiabáticamente debido a que la reacción es exotérmica, pero en este trabajo se realizado de forma isoterma debido a la imposibilidad de ponerlo en el simulador debido a que no se producía la reacción indicada tatata y la temperatura no era la adecuada para dicha reacción.

Sabiendo esto, el primer equipo es el reactor de water gas shift alta, se denomina alta ya que trabaja a lata temperatura a uno 350 C de esta forma se empieza a eliminar parte del CO que hay en la corriente, siempre con la ayuda de los catalizadores, en este caso, el catalizador Cr2O3/Fe2O3 aunque no en su totalidad teniendo un 1.4% ~ 2%. Por lo que se pasa a al siguiente etapa pasando primero por una refrigeración gracias al E4 que lleva la temperatura de 350 C a 180 C para llevar a cabo la segunda etapa del reactor water gas shift dejando una composición por debajo del 0,1% del monóxido de carbono, gracias al catalizador CuO/ZnO/Al2O3. Estos dos catalizadores serán determinantes a la hora de calcular la velocidad de la reacción.

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