Reactor compacto para la producción de H2 mediante reformado de etanol. Evaluación de alternativas geométricas mediante optimización basada en modelos

FRANCESCONI J.A.; OLIVA D.G.; MUSSATI M.C.; AGUIRRE P.A.

Mar del Plata

Congreso; 4 Congreso Nacional y 3 Congreso Iberoamericano HYFUSEN 2011 Hidrógeno y fuentes sustentables de energía; 2011

Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable IEDS de la Comisión Nacional de Energía Atómica CNEA y Universidad Tecnológica Nacional

El futuro de una economía basada en hidrógeno dependerá esencialmente de las fuentes primarias disponibles para su producción. En este marco, la obtención de hidrogeno a partir de reformado de alcoholes productos de la fermentación de biomasa representa una alternativa limpia y renovable. Para aplicaciones de pequeña y mediana escala de producción de hidrógeno, se requieren unidades de generación compactas, flexibles, de pequeño peso y tamaño, capaces de lograr niveles competitivos de eficiencia energética. Con este objetivo el presente trabajo aborda el análisis de diferentes alternativas geométricas del reactor de reformado de etanol mediante técnicas de programación matemática. El diseño del sistema se basa en la formulación de un problema de optimización, donde se busca determinar las variables geométricas y operativas que minimizan el peso o volumen del sistema cumpliendo con restricciones de producción, perdida de carga y niveles de temperatura permitidos. El sistema de reformado queda representado por un conjunto de ecuaciones algebro-diferenciales (DAEs) que describen las leyes de conservación de masa y energía, incluyendo los términos de reacción química en el reactor y transferencia por radiación en la cámara de gases. Para la resolución del problema se utilizó el entorno de modelado gPROMS (general Process Modelling System). Se considera un reactor catalítico de tecnología convencional (reactor de lecho fijo) proyectado para la generación hidrógeno equivalente a la producción de 5 kWe, analizando diferentes configuraciones y arreglos geométricos del sistema (reactor anular, reactor tubular, reactor multitubular). La resolución del problema de optimización determina los valores óptimos de longitud, diámetro y número de tubos del reactor, espesor o diámetro de la cámara de gases, tamaño del catalizador y espesores de aislaciones y material refractario presente. Se presenta un análisis mediante diversos criterios comparativos: volumen del sistema, volumen de aislaciones, peso del sistema y masa de catalizador necesaria.