Separación de hidrógeno mediante membrana Pd/Cu

BLANCO M. V.; BORZONE E. M.; MILIDONI M.; CESTAU D.; BARUJ A.; RIVAS S.; MEYER G. O.

Buenos Aires

Encuentro; XL Reunión anual de la AATN; 2013

Asociación Argentina de Tecnología Nuclear - AATN

En el presente trabajo se analiza la separación de hidrógeno de una mezcla degases donde se encuentra con una fracción superior al 80% (atómica). El resto delos gases, considerados como impurezas, se compone principalmente de N2,humedad y gases nobles. Esta mezcla gaseosa simula los productos residualesgenerados durante una de las etapas del proceso de producción de radioisótopos,que actualmente son almacenados en un tanque de 500 l a una presión máxima de95 kPa.Con el fin de facilitar el aumento de producción se diseñó un proceso de separacióndel hidrógeno de la mezcla mediante la circulación de los gases por la cara de unamembrana de Pd/Cu. La permeación selectiva del hidrógeno a través de lamembrana se promueve aumentando la presión del gas impuro con un compresorde diafragma y realizando vacío del otro lado de la capa separadora.Utilizando una membrana comercial de una aleación de Pd y Cu, se construyó unprototipo para la separación del hidrógeno de la mezcla contenida en un recipientede 50 l a una presión inicial de 100 kPa (escala 1:10 respecto a las condiciones deplanta).El hidrógeno permeado fue venteado, mientras que los gases no permeados(hidrógeno + impurezas) retornaban al tanque para completar la circulación.Inicialmente, y como referencia, se midió la capacidad de permeación del hidrógenopuro. Luego se realizaron mediciones con diferentes concentraciones de impurezaen la mezcla gaseosa, simulando la repetición de producción y quita de hidrógenodel tanque sin eliminación de las impurezas del recipiente luego de cada batch.Se fijaron 2 parámetros para la medición del comportamiento separativo en cadaexperimento: el tiempo necesario para remover el hidrógeno generado en un batchde producción (reducción de 50 kPa en el tanque de almacenamiento) y presiónresidual en el tanque luego de 1 h de separación (equivalente a 10 h en escala real).Tanto para hidrógeno puro como para un contenido creciente de impurezas hasta elequivalente a 10 batch de producción, más del 90% del hidrógeno contenido en elrecipiente pudo ser removido, llegando a 98% en el caso de hidrógeno sinimpurezas.En todos los casos se requirió menos de 25 min para separar la cantidad dehidrógeno incorporada en un ciclo de producción (reducción de 50 kPa en tanque).La presión final en el tanque después de 1 h de separación fue de 3.8 kPa parahidrógeno puro y varió de 5.4 kPa a 15.5 kPa para mezclas hidrógeno-impurezascorrespondientes a 2 y 10 batch de produción, respectivamente.