Producción y purificación de hidrógeno a partir de compuestos cetónicos mediante el proceso "steam-iron"

Tarifa Sánchez, María del Pilar
Plou Gómez, Jorge (dir.)

Peña Llorente, José Ángel (ponente)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2014
Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, Área de Ingeniería Química

Ingeniero Químico

Resumen: En vista de la crisis energética y la contaminación que existe, se buscan nuevas alternativas a los recursos fósiles. Una de ellas es la tecnología del hidrógeno y su aplicación en pilas de combustible. Este hidrógeno se puede obtener de recursos renovables como la biomasa. La pirólisis rápida de ésta produce una fracción líquida de alta densidad energética, los bio-oils (o aceites pirolíticos o “Green-oils”). La composición del bio-oil depende de las características de la biomasa de partida así como de las condiciones de operación de la pirólisis. En cualquier caso, el bio-oil está compuesto por cuatro grupos principales: ácidos, alcoholes, aldehídos y cetonas y fenoles. Con la realización de este proyecto, se ha estudiado la producción y purificación de hidrógeno de alta pureza a partir de la fracción cetónica de un bio-oil mediante el proceso “steam-iron”. Como elementos representativos de la fracción cetónica se ha escogido la hidroxiacetona y acetona por ser los compuestos mayoritarios y más representativos. El proceso “steam-iron” se basa en la reducción-oxidación de óxidos de hierro. La reducción del sólido se consigue con la mezcla reductora que procede de la descomposición del combustible. Una vez el óxido se ha reducido, éste puede reoxidarse con vapor de agua produciendo hidrógeno de alta pureza. El hidrógeno obtenido durante la reoxidación contiene H2O no reaccionada que se puede separar fácilmente mediante condensación. Adicionalmente se han detectado pequeñas proporciones de CO2, cuya presencia no dificulta la operación con pilas de combustible de tipo PEMFC. Como óxidos de hierro se ha utilizado/sintetizado hematita (Fe2O3) a la que se ha añadido alúmina y ceria como aditivos para mejorar sus propiedades mecánicas y cinéticas, respectivamente. Además, se añade catalizador basado en níquel en exceso respecto a una espinela de níquel (NiAl2O4) para conseguir una descomposición completa del combustible en las condiciones de trabajo y así aumentar su carácter reductor. En este estudio se ha analizado como afectan al proceso algunas variables de operación. Respecto a la temperatura de reducción, se concluyó que la temperatura óptima está entre 700 y 750 °C trabajando con hidroxiacetona y 700 °C con acetona. A esta temperatura la sinterización y la deposición de coque son moderadas. Además, esto provoca que la reactividad del solido disminuya con cada ciclo adicional por la misma causa. Otra de las variables estudiadas fue la influencia de la presión parcial de reactivo. Al aumentar la presión parcial de reactivo, la reducción del sólido se produce en un tiempo menor. Por otra parte, también aumenta la deposición de coque que limita el número de ciclos. Por último, mediante un análisis de microscopía de transmisión (TEM) se pudieron observar las estructuras formadas por las deposiciones carbonosas sobre el sólido. Se observa que mientras los óxidos de hierro forman nanofibras (CNF), el catalizador forma nanotubos (CNT).

Palabra(s) clave (del autor): hidrógeno ; acetona ; hidroxiacetona ; "steam-iron" ; óxidos de hierro

Tipo de Trabajo Académico: Proyecto Fin de Carrera