SIMULACION DE UN REACTOR DE MEMBRANA PARA LA REACCION DE WGS. EFECTO DE LA PRESION.

M. E. ADROVER; E. LÓPEZ; D O. BORIO; M. N. PEDERNERA

Otro; I Reunión Interdisciplinaria de Tecnología y Procesos Químicos; 2008

  En la actualidad, el proceso de producción de hidrógeno se ha convertido en un proceso clave impulsado, principalmente, por los avances en la tecnología de celdas de combustible. Esta situación ha intensificado los estudios tendientes a mejorar las tecnologías existentes y a desarrollar nuevos procesos en las etapas de generación y purificación de H2.   Generalmente, el hidrógeno se obtiene a partir del reformado u oxidación parcial de hidrocarburos o alcoholes. Estos procesos producen gas de síntesis (i.e. H2, CO, CO2), que debe ser purificado dependiendo del uso del producto final (e.g. alimentación a una celda de combustible tipo PEM). Una reacción extensamente utilizada con este fin es la de desplazamiento de gas de agua (“water gas shift”, WGS); la cual aumenta la producción de hidrógeno y disminuye la concentración de CO. La reacción de WGS presenta una exotermia moderada y es fuertemente controlada por el equilibrio químico. En aplicaciones de celdas de combustible, las limitaciones de equilibrio convierten al reactor de WGS en el equipo más voluminoso del sistema de generación-purificación [1].   Una alternativa para aumentar la conversión de CO es utilizar reactores de membrana (RMs) que concentran en una unidad dos procesos químicos: la reacción química y la separación. A diferencia de un reactor convencional, el RM posee una pared permeable a todas o a alguna de las especies presentes en el medio de reacción. En el caso de la reacción de WGS, la permeación selectiva de alguno de los productos (H2 o CO2) del medio de reacción promueve el desplazamiento del equilibrio. Este desplazamiento del equlibrio podría aumentar la conversión por paso, o bien para una conversión dada permitiría reducir la masa de catalizador y/o la temperatura de operación.   En este trabajo se presentan resultados de la simulación de un RM inerte para la reacción de WGS. Para describir su operación de estado estacionario se considera un modelo matemático pseudohomogéneo unidimensional no isotérmico. La membrana consiste de una capa densa de Pd (selectiva a H2) soportada sobre cerámica porosa. El flujo molar de permeación de hidrógeno a través de dicha membrana se describe mediante la Ley de Sievert. Las condiciones operativas y la cinética de la reacción han sido extraídas de la literatura [2].   Se analiza el efecto de la presión sobre la performance de un sistema escalado de reactores de membrana y los resultados obtenidos se comparan con los correspondientes a un reactor de lecho fijo convencional multitubular.   [1] J.A. Francesconi, M.C. Mussati, P. Aguirre. - Simposio Ibero-Americano de Catálise. 2006; Brasil: Gramado. [2] Criscuoli A, Basile A, Drioli E. Catalysis Today. 2000; 56: 53–64.