Producción y purificación de hidrógeno mediante "steam-iron" a partir de fracciones ácidas de bio-oil

Lachén Mateo, Jaime
Plou Gómez, Jorge (dir.)

Peña Llorente, José Ángel (ponente)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2013
Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, Área de Ingeniería Química

Ingeniero Químico

Resumen: En el presente proyecto se ha investigado la producción y purificación de hidrógeno mediante el proceso "steam-iron" a partir del ácido acético como componente modelo de la fracción ácida del bio-oil o líquido de pirólisis. Éste compuesto supone un 5% en base húmeda del líquido de pirólisis, siendo uno de los compuestos mayoritarios. Este trabajo forma parte de un estudio más amplio para determinar la viabilidad de producción y purificación conjunta de hidrógeno a partir de bio-oil, mediante el estudio de compuestos característicos de cada una de sus fracciones. Los modelos cinéticos obtenidos serán una base excelente para el dimensionado de equipos a nivel industrial en caso de demostrarse su viabilidad económica. El proceso "steam-iron" se basa en la generación de hidrógeno a partir de ciclos de dos etapas. La primera consiste en la reducción del óxido de hierro (III) hasta su estado de oxidación mínimo como hierro metálico (Fe). Posteriormente, se alimenta vapor de agua para reoxidar el hierro metálico donde se produce hidrógeno de alta pureza (al ser separable el agua mediante condensación). La parte experimental del estudio ha sido llevada a cabo en un reactor de lecho fijo, utilizando como sólido reaccionante una mezcla de óxido de hierro (III) aditvado con cera y alúmina conocido como óxido "triple". Al mismo se le ha añadido un catalizador de NiO sobre NiAl2O4. Todos ellos han sido sintetizados en el laboratorio. El estudio consiste en la búsqueda de las condiciones óptimas de operación. Para ello se han realizado estudios a diferentes temperaturas (650º-800ºC) y diferentes presiones parciales de reactivo (0.05-0.15 bar). Se ha analizado la influencia de dichas variables en la distribución de productos de reacción, tanto en la reducción como en la oxidación, de condiciones de operación tales como la temperatura de reducción, presión parcial del ácido acético alimentado, (0.05-0.15 bar), y la evolución a lo largo de los ciclos. Así mismo se ha llevado a cabo la caracterización de diferentes muestras de de sólido, tanto reaccionado como fresco mediante espectroscopía Raman, difractometría de rayos X (XRD), micoscopía de transmisión (TEM) y espectrofotometría (XPS). El resultado mmás remarcable de la caracterizacón es que las deposiciones carbonosas a lo largo de los ciclos se comportan como inertes en las condiciones utilizadas y aseguran un hidrógeno de alta pureza. Por último se ha llevado a cabo el ajuste cinético integral de los datos experimentales cuando se utiliza una mezcla de óxido "triple" y catalizador, tanto en la etapa de reducción como en la etapa de oxidación. El esquema de reacción propuesto para la etapa de reducción permite justificar el comportamiento de los gases de forma heurística y para la oxidación también se obtienen valores que explican la evolución de la composición de los gases.

Palabra(s) clave (del autor): hidrógeno ; steam-iron ; óxido de hierro ; bio-oil ; ácido acético

Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera