TAZ-PFC-2013-474


Producción y purificación de hidrógeno a partir de biogás sintético mediante el proceso combinado de reformado seco y "steam-iron" en reactor de lecho fijo

Herrer Lavilla, Mario
Plou Gómez, Jorge (dir.)

Peña Llorente, José Ángel (ponente)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2013
Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente department, Ingeniería Química area

Ingeniero Químico

Abstract: Este proyecto parte de la necesidad de encontrar alternativas energéticas al uso de combustibles fósiles que sean viables tanto tecnológica como económicamente. Una opción que está ganando mucha fuerza en los últimos años son las pilas de combustible, ya que usando hidrógeno y oxígeno como reactivos, el único producto resultante es vapor de agua, por lo que es una forma limpia de producir energía, además de tener otras ventajas como su modularidad o su independencia de la red eléctrica. Las pilas más interesantes son aquellas que trabajan a bajas temperaturas (PEMFC, PAFC, DMFC...), por su arranque rápido y su larga durabilidad. Un inconveniente que tiene este tipo de pilas es que necesitan catalizadores caros, con base de platino en su mayoría, y éstos se envenenan con concentraciones muy pequeñas de CO y/o CO2, por lo que se necesita usar un hidrógeno de muy alta pureza (>99.995%). En este proyecto se estudia la producción y purificación de hidrógeno a escala de laboratorio combinando el reformado seco de un biogás sintético (sin ácido sulfhídrico), con el proceso steam-iron. Partiendo de una mezcla sintética de metano y dióxido de carbono que simula un biogás desulfurado como materia prima, se hace pasar a través de un lecho que contiene una mezcla mecánica del catalizador de NiO soportado sobre NiAl2O4, sólido “triple” (Fe2O3-Al2O3-CeO2) y arena. En primer lugar se produce la reducción del NiO a Ni metálico, que cataliza el reformado seco del biogás, produciendo un gas de síntesis que reducirá al hierro a su estado de mínima oxidación. En un segundo paso, se hace pasar una corriente de vapor de agua que oxida el hierro hasta magnetita (Fe3O4), produciendo hidrógeno de alta pureza. Este ciclo de reducción-oxidación se ha realizado hasta un máximo de tres ciclos consecutivos. La evolución del proceso se siguió mediante el uso de cromatografía de gases y espectrometría de masas, conectadas en paralelo y en línea. Combinando ambas técnicas es posible obtener una alta resolución de los gases de salida de la reacción. Los aspectos que se han analizado son: a) optimización de las condiciones experimentales; b) temperatura de la etapa de reducción; c) presiones parciales de reactivos (CH4 y CO2) en la alimentación; d) comportamiento del sólido en ciclos consecutivos de reducción-oxidación. De manera adicional, se caracterizaron muestras, tanto de sólido fresco como del sólido resultante tras varios ciclos, mediante la medición de su superficie específica (BET), difractometría de Rayos X (XRD) y análisis Raman. Además, se ha creado un modelo del proceso (mecanismo de reacción y constantes cinéticas) que simula las diferentes condiciones de trabajo y que se ajusta a los datos obtenidos de los experimentos.


Free keyword(s): hidrógeno ; reformado seco ; biogás ; steam-iron
Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera

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