Producción de hidrógeno a través de bucles químicos utilizando NiO / NiAl2O4 como portador de oxígeno
El hidrógeno se considera un posible reemplazo ecológico para la gasolina, el combustible diesel, el combustible para calefacción, el gas natural y otros combustibles
producir una variedad de fuentes como:petróleo, carbón, gas natural,
desechos de biomasa, energía solar, eólica o nuclear
El hidrógeno se usa de forma masiva en las refinerías
así como para la producción de amoniaco, metanol y Fischer-Tropsch (Syngas).
El hidrógeno producido en todo el mundo proviene de combustibles fósiles,el proceso más común
Reformado de metano que produce 13.7 kg de CO2 equivalente por kg de hidrógeno
proceso para producir hidrógeno a partir del gas natural es el Reformado Autotérmico
dISEÑO DEL EXPERIMENTO Se investigó una nueva ruta autotérmica para producir hidrógeno a partir de gas natural a través de la tecnología de bucle químico.
Las pruebas se realizaron en un reactor de lecho microfijado
Cargado con 200 mg de NiO / NiAl2O4 como portador de oxígeno
El metano reacciona con un óxido de
níquel en ausencia de oxígeno molecular
El NiO se contacta posteriormente con unacorriente de aire sintético
La alimentación conjunta de agua junto con metano dio como resultado una producción estable de hidrógeno
RESULTADOS
Reducción de NiO por metano y oxidación con aire sintético.
Se resume que en cuanto a la Reducción de NiO por metano y oxidación con aire sintético a partir de la figura 4 y 5 muestra la composición del gas de salida (% en moles) frente al tiempo durante el tercer ciclo redox.
Las curvas fueron esencialmente idénticas para cada uno de los 15 ciclos que comprenden el experimento
Combustión de metano combinada con reformado de metano a vapor
En cuanto a la figura 6 se muestra la composición del gas de salida (% en volumen) en función del tiempo para latercera reducción de NiO / NiAl2O4
la concentración disminuyó en el punto donde también se detecta el CO. El nivel de CO era bajo, dando como resultado una producción de hidrógeno puro
La ausencia de óxidos de carbono en la fase gaseosa significa que el carbono se acumula en la superficie.
Experimento de desactivación
La producción de hidrógeno es relativamente constante en todo momento. Tanto CH4 y los niveles de CO son bajos con poca desactivación.
Estado de oxidación del portador de oxígeno.
Se cree que el estado de oxidación del portador de oxígeno determina cuándo comienza la producción de hidrógeno.
pero sin embargos esta oxidación disminuyó en cada ciclo a partir de los 10 minutos. Se cree que esta reducción en la duración de la oxidación disminuye gradualmente el estado de oxidación del portador se mantuvo constante
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
Lo que entendí sobre este estudio cinético en cuanto a sus resultados es que el portador de oxigeno de Ni es una de las aplicaciones mas funcionales y atractivas para la aplicación de bucle químico de metano ya que se utilizo un reactor de lecho microfijado la cual nos dio a entender y conocer que tiene una muy buena conversión de metano, Pero también pudimos observar que mejora la producción de hidrógeno al agregarle agua ya que esta aumenta la estabilidad y la pureza del
producto.
Las principales ventajas de usar un portador de oxígeno a base de níquel es que el Ni actúa como un catalizador para SMR y la oxidación de Ni proporciona energía para contrarrestar la endotermicidad de SMR y la combustión total de CH4
Bibliografía
Franc-ois-Xavier Chiron, G. S. (2011). Producción de hidrógeno a través de bucles químicos utilizando NiO / NiAl2O4 como portador de oxígeno. ELSEVIER, 1-7.
TÉCNICA ANALÍTICA El bucle químico es un concepto prometedor basado en CFB
Para quemar combustibles sólidos, líquidos y gaseosos
Se basa en dos lechos fluidizados interconectados: un aire y un reactor de combustible
El metano, se consume en el reactor de combustible según la reacción
El oxígeno reducido se transporta al oxidante de aire donde se reconstituye a su estado de oxidación original
se pueden usar diferentes óxidos metálicos como portadores de oxígeno,los portadores basados en Ni son candidatos prometedores para aplicaciones de bucle químico
La reacción general es exotérmica cuando se usa níquel
como material base
aunque la reacción es endotérmica. Por lo tanto, el proceso produce calor que puede convertirse en vapor y energía
NiO þ CH 4- Ni þ 2H 2 þ CO re H 1200 K ¼ 211 kJ / mol (r5)
NiO þ CH 4- 2Ni þ 2H 2 þ CO 2 re H 1200 K ¼ 148 kJ / mol (r6) CH 4 þ Ni-C – Ni þ 2H 2 re H 1200 K ¼ 191 kJ / mol (r7)
Por lo tanto el mecanismo algunos lo consideran que la reacción (r5) es la vía principal pero ambas reacciones (r6) y (r7) son posibles, estas trabajaron en un reactor de lecho fluidizado continuo con NiO / MgAl2O4 como portador de oxígeno. Se logró la conversión completa de gas natural y una alta conversión hacia H 2 / Se alcanzó el CO. Aunque el balance energético neto es positivo,
pero sin embargo puede ser insuficiente para producir cantidades suficientemente grandes de hidrógeno y energía económicamente.
Otra ruta para producir hidrógeno en un proceso de tipo CFB es la división del agua aplicada al bucle químico
El proceso CLH se basa en dos reactores, similares a los utilizados en el CLC.
Se hace reaccionar un combustible (generalmente metano) con un transportador de oxígeno en el reactor de combustible para producir ( H2O y CO2)
El transportador se transporta luego al reactor de vapor donde se reconstruye utilizando vapor.
El hidrógeno se produce por descomposición de la molécula de agua en el reactor de vapor.
VARIABLES UTILIZADAS
Temperatura y Tiempo
Los experimentos se realizaron en un micro-reactor de lecho fijo con un espectrómetro de masas cuadrupolo en línea
En el reactor de cuarzo tenía una muestra de 200 mg de NiO / NiAl2O4 El polvo de Marion Technologies se colocó encima de un tapón de lana de vidrio en el centro del reactor.
El reactor se calentó inicialmente a la temperatura de reacción bajo argón; La muestra se expuso a ciclos redox con una duración depara cada ciclo. Se realizó un experimento típico durante 15 ciclos.
El espectrómetro de masas se acopló directamente al escape del reactor. Fue configurado para escanear masas moleculares de 2, 16, 18, 28, 32, 40 y 44 para hidrógeno, metano, agua, monóxido de carbono, oxígeno, argón y dióxido de carbono,
NiO apoyado en NiAl2O4, se utilizó como portador de oxígeno. Se usó un exceso de NiO para obtener la composición deseada
En general, estos métodos se basaban en GC para los cuales es difícil lograr altas frecuencias de muestreo y así identificar transitorios.