Síntesis del proceso: Diseño y optimización

J. FRANCESCONI; M. MUSSATI; R. MATO; P. AGUIRRE; E. GONZÁLEZ; L. PERALTA; M. MORALES; L. ARTEAGA; Y. CASAS; O. RIVERA; E. MIRÓ

Producción y purificación de hidrógeno a partir de bioetanol y su aplicación en pilas de combustible

CYTED Ciencia y Tecnología para el Desarrollo

Lugar: Buenos Aires, Argentina; Año: 2006; p. 159 - 188

En el presente capitulo se analiza el proceso de producción conjunta de energía eléctrica y calor por medio de un sistema de reformado de etanol para producción de hidrógeno acoplado a una pila de combustible de tipo polimérica. Se proponen distintas variantes en el sistema que permiten lograr valores aceptables de eficiencias. La generación de estas variantes se logra mediante herramientas de síntesis e integración de procesos. La síntesis y optimización del proceso global permite además encontrar las principales variables que afectan al proceso y los compromisos que se producen entre dichas variables. El sistema en estudio debe mostrar una alta integración energética para lograr eficiencias competitivas e incluye un reformador de bioetanol, dos reactores para la reacción water-gas-shift, un reactor de oxidación preferencial de CO; una celda de combustible de tipo membrana de intercambio protónico, una unidad de post-combustión que aprovecha la energía contenida en las corrientes de salida del ánodo y el cátodo de la celda de combustible, una turbina de expansión que acciona uno o varios compresores de aire, el conjunto de intercambiadores de calor que permite recuperar la energía térmica del proceso y un sistema de enfriamiento que extrae la energía térmica que exporta el sistema [1-2]. En el apartado 5.2 se desarrolla el análisis y diseño de los componentes individuales del sistema obtenido. Para esta etapa se formularán problemas de optimización que permitan obtener el diseño óptimo de los componentes apuntando a optimizar distintos objetivos como por ejemplo volumen o peso del componente. El objetivo aquí ha sido analizar y optimizar mediante técnicas de síntesis y simulación la eficiencia de un procesador de bioetanol acoplado a un sistema de celda de tipo PEM (membrana de intercambio protónico). Como punto de partida para el análisis, el sistema hipotético sugerido por A. D. Little [3] se ha usado como caso de referencia, con el objeto de analizar la sensibilidad de los mayores parámetros de decisión y determinar los mayores cuellos de botella implicados en la integración. Esta forma de análisis permite evaluar la influencia de restricciones y medir su importancia con respecto a la eficiencia del sistema. La red de intercambiadores de calor se modela utilizando la operación LNG provista dentro del entorno de simulación de procesos HYSYS® [4]. Esta operación se ha usado para identificar las oportunidades de intercambio de calor más eficientes y definir las condiciones operativas óptimas del sistema de reformado en orden a proporcionar una mejor eficiencia global considerando el balance de la planta.