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El proceso de reformado con vapor para la producción de hidrógeno utiliza calor, presión y catalizadores para transformar químicamente metano y agua en gas hidrógeno y dióxido de carbono. Para industrializar el reformado en la producción de hidrógeno, se han desarrollado varios tipos de reformadores para satisfacer las demandas de diversas aplicaciones.
SMR (Reformadores de metano con vapor):
El método más común para producir hidrógeno es el reformado de metano con vapor (SMR). El metano se encuentra en el gas natural, lo que hace que el SMR sea una opción viable y económica para la generación de hidrógeno. El proceso utiliza vapor de agua y calor para convertir el metano en dióxido de carbono e hidrógeno. El gas hidrógeno producido a través de este método se puede utilizar en vehículos eléctricos de pila de combustible, plantas de energía y diversos procesos industriales.
ATR (Reformadores autotérmicos):
En contraste con el SMR, que requiere una cantidad significativa de vapor para la reacción, el reformado autotérmico (ATR) utiliza oxígeno y agua para la producción de hidrógeno. La reacción que ocurre en el ATR es una combinación de reformado con vapor y oxidación parcial. Este método puede producir hidrógeno de manera efectiva en escenarios donde el agua podría no estar fácilmente disponible.
POX (Oxidación parcial):
A través del proceso de oxidación parcial (POX), el hidrógeno se produce a partir de la reacción de hidrocarburos con una cantidad limitada de oxígeno. El gas natural u otras materias primas de hidrocarburos se pueden utilizar como materiales de partida. Los hidrocarburos pequeños como el metano experimentan un proceso de oxidación directa. Los más grandes como el octano necesitan reformarse primero y luego oxidarse. El método POX es muy efectivo en la producción de hidrógeno a gran escala. El oxígeno utilizado en el proceso se puede obtener de tecnologías de separación de aire, como la criogenia, la adsorción por oscilación de presión o la separación de membrana de aire ambiente.
Algunas de las especificaciones clave del reformado con vapor para la producción de hidrógeno son las siguientes.
Materias primas
Se puede utilizar una amplia gama de hidrocarburos y biomasa como materias primas, incluidos el metano, el gas natural, el petróleo, el butano, el propano, el gas de síntesis derivado del carbón y alcoholes como el etanol y el metanol.
Tecnologías de reformado
El método de producción de hidrógeno por reformado con vapor incluye varios enfoques diferentes. El reformado autotérmico combina el reformado de metano con vapor y la oxidación parcial de hidrocarburos. El reformado biológico utiliza ciertos microbios para convertir la biomasa en hidrógeno. El reformado catalítico implica reacciones químicas facilitadas por catalizadores. El reformado seco utiliza dióxido de carbono como reactivo, mientras que el reformado con vapor utiliza vapor de agua.
Capacidad de producción
La capacidad de las unidades de reformado con vapor para la producción de hidrógeno puede variar ampliamente, generalmente medida en toneladas de hidrógeno producidas por año. Las unidades a pequeña escala pueden producir unas pocas cientos de toneladas al año, mientras que las grandes instalaciones industriales pueden generar decenas de miles de toneladas al año.
Purificación
En una planta de reformado con vapor de hidrógeno, el CO2 (dióxido de carbono) y el CO (monóxido de carbono) generalmente se separan utilizando varios métodos como la adsorción por oscilación de presión (PSA). Otras técnicas incluyen la destilación criogénica, la separación por membrana o el tratamiento de gases con aminas. La elección del método depende de factores como la composición de la mezcla de gas, la pureza deseada del producto de hidrógeno y las consideraciones económicas del proceso de separación.
Eficiencia energética
La eficiencia energética del reformado con vapor de hidrógeno se refiere a la eficiencia de conversión de los procesos de reformado, que se pueden clasificar en métodos de reformado biológico, seco, catalítico, con vapor y otros. Por ejemplo, la eficiencia de la producción de metano a hidrógeno puede alcanzar más del 85 % en el reformado con vapor, y cuando se combina con la captura y almacenamiento de carbono (CCS), puede alcanzar hasta el 90-95 %.
Algunos de los procedimientos de mantenimiento vitales para el reformado con vapor para la producción de hidrógeno son los siguientes.
Inspección regular del equipo
Esto implica verificar el reformador de hidrógeno para detectar cualquier signo de desgaste, daño o fugas. Los componentes del equipo, como bombas, válvulas, tuberías y recipientes a presión, también deben inspeccionarse a fondo con regularidad para garantizar que funcionen de manera adecuada y segura.
Gestión de catalizadores
La actividad y la efectividad de los catalizadores de reformado y desplazamiento deben monitorearse y gestionarse. Esto puede implicar la limpieza o el reemplazo periódico de los catalizadores para mantener su rendimiento y garantizar una producción eficiente de hidrógeno.
Análisis de la composición del gas
La composición del gas generado durante el proceso de reformado debe analizarse con regularidad. Esto ayuda a monitorear los niveles de impurezas, como el monóxido de carbono y los compuestos de azufre, y detectar rápidamente cualquier cambio o anomalía en la composición del gas.
Control de temperatura y presión
Los parámetros operativos del reformado con vapor para la producción de hidrógeno, incluida la temperatura y la presión, deben monitorearse y controlarse dentro de los rangos especificados. Esto garantiza la estabilidad y la seguridad de la reacción de reformado y previene posibles riesgos y accidentes causados por desviaciones de los parámetros.
Limpieza y mantenimiento del equipo
El reformador y el equipo asociado deben limpiarse y mantenerse con regularidad. Esto ayuda a eliminar los depósitos de carbono, las impurezas y los contaminantes que se acumulan durante el proceso y garantiza el funcionamiento estable y la longevidad del equipo.
Cumplimiento de las normas de seguridad
Es vital cumplir con las normas y estándares de seguridad relacionados con el reformado con vapor para la producción de hidrógeno. Esto incluye la implementación de medidas de seguridad, como sistemas de detección de fugas, instalaciones a prueba de explosiones y capacitación en seguridad para los operadores, para garantizar el funcionamiento seguro del reformador y reducir los riesgos potenciales.
El uso principal de los reformadores de vapor para la producción de hidrógeno es producir hidrógeno de grado industrial para servir a los mercados y aplicaciones en las siguientes industrias:
Industria alimentaria y de bebidas
En la industria alimentaria y de bebidas, el hidrógeno se utiliza en una gama de aplicaciones que incluyen, entre otras, la hidrogenación de grasas y aceites, la modificación de ingredientes alimentarios, el procesamiento de bebidas, el tratamiento de agua, la limpieza y la desinfección, los materiales de edificación, el envasado y la conservación del sabor.
En las instalaciones de procesamiento de alimentos, los reformadores de vapor para la producción de hidrógeno también se someten a reformado de metano para producir níquel y otros catalizadores utilizados para la hidrogenación. Estas corrientes de hidrógeno son valiosas ya que se utilizan para prevenir y eliminar una variedad de problemas de calidad, seguridad alimentaria y vida útil.
Industria química
Más del 90 % del hidrógeno producido por reformadores de vapor se utiliza en la industria química. En este tipo de industria, el hidrógeno es un componente fundamental para la producción de numerosos productos químicos que son esenciales en la fabricación química. Las aplicaciones incluyen, entre otras, la producción de amoníaco, metanol y peróxido de hidrógeno, la síntesis orgánica, el procesamiento petroquímico, la producción farmacéutica y la investigación y el desarrollo químicos.
Industria petroquímica
En la industria petroquímica, el hidrógeno producido por reformadores es beneficioso de muchas maneras, como la mejora del petróleo crudo, la hidrocraqueo, el refinado catalítico y la desulfuración de combustibles. Además, el hidrógeno también juega un papel esencial en la producción de productos petroquímicos principales que incluyen etileno, propileno, aromáticos y solventes.
Refinerías
En las refinerías de petróleo, el hidrógeno de los reformadores ayuda a convertir el petróleo crudo pesado en combustibles y productos químicos de mayor valor. El hidrógeno también se utiliza para eliminar impurezas de los productos petroleros, incluidos el azufre y el nitrógeno. Además, el hidrógeno de los reformadores se puede aplicar en procesos como el craqueo con vapor, la hidrocraqueo, la hidrotratamiento y el reformado catalítico.
Fabricación de vidrio
En la industria de la fabricación de vidrio, los reformadores de vapor para la producción de hidrógeno se pueden utilizar para producir hidrógeno que se utiliza como agente reductor en el proceso de fabricación de vidrio. El hidrógeno ayuda a reducir los óxidos metálicos en la masa de vidrio, lo que mejora la transparencia y la calidad de los productos de vidrio.
Al seleccionar generadores de reformado con vapor para la producción de hidrógeno para la producción de hidrógeno, se deben considerar varios factores.
Flexibilidad de las materias primas:
Considere la capacidad del reformador para manejar diferentes tipos de materias primas. Evalúe la calidad y la disponibilidad de las materias primas potenciales y su compatibilidad con el reformador.
Capacidad de la planta:
Determine la capacidad de producción de hidrógeno deseada, teniendo en cuenta las necesidades actuales y futuras. Elija un reformador con la capacidad adecuada para satisfacer los requisitos sin ser demasiado grande.
Eficiencia del proceso:
Evalúe la eficiencia del reformador para convertir la materia prima en hidrógeno. Considere la recuperación de energía, la generación de vapor y el potencial de utilización del calor residual para optimizar la eficiencia general del proceso.
Cumplimiento ambiental:
Asegúrese de que el reformador seleccionado cumpla con las regulaciones ambientales para minimizar las emisiones. Evalúe el diseño, la tecnología y el potencial del reformador para la integración de la captura y almacenamiento de carbono (CCS).
Rentabilidad:
Equilibre los costos de capital y operativos, la eficiencia y la confiabilidad al determinar la rentabilidad de un reformador de hidrógeno. Considere el posible retorno de la inversión en función de la demanda de hidrógeno, los precios del mercado y el rendimiento a largo plazo del reformador.
Avances tecnológicos:
Manténgase informado sobre los últimos desarrollos en tecnología de reformado de hidrógeno. Evalúe los posibles beneficios de las tecnologías avanzadas, como el reformado a alta temperatura o los reformadores distribuidos a pequeña escala, considerando su viabilidad comercial y su capacidad de escalado.
Materiales de construcción:
Asegúrese de que el reformador pueda manejar la temperatura, la presión y las características corrosivas de la materia prima seleccionada. Elija los materiales adecuados para garantizar la integridad estructural y optimizar el rendimiento.
Ubicación:
Considere la disponibilidad de materias primas, el transporte del producto de hidrógeno, la logística y el proceso de permisos para ubicar el reformador. Evalúe la proximidad a los mercados y la infraestructura para minimizar los costos y mitigar los riesgos.
Diseño modular:
Considere las ventajas de los diseños de reformador modular que ofrecen escalabilidad, flexibilidad e implementación más rápida. Evalúe el potencial de expansión o adaptación futura a los requisitos cambiantes de las materias primas o la producción de hidrógeno.
P: ¿Cuáles son las alternativas al reformado con vapor para la producción de hidrógeno?
R: Otros métodos para producir hidrógeno en grandes cantidades son la electrólisis alcalina del agua, el reformado autotérmico, la craqueo de amoníaco y la gasificación de biomasa, pero se utilizan con menos frecuencia que el reformado con vapor. El reformado de gas natural sin vapor, que se llama reformado seco, es otro método, pero también produce menos hidrógeno que el reformado con vapor.
P: ¿Cuál es la tendencia en el mercado del reformado con vapor para la producción de hidrógeno?
R: El mercado está cambiando hacia dispositivos que son respetuosos con el medio ambiente y tecnologías de reducción de emisiones de carbono para satisfacer la demanda actual de hidrógeno verde.
P: ¿Cuál es el impacto del subproceso de reformado con vapor en el medio ambiente?
R: El proceso tiene un impacto significativo en el medio ambiente porque emite cantidades sustanciales de dióxido de carbono.
P: ¿Cuáles son los principales tipos de máquinas de reformado con vapor para la producción de hidrógeno?
R: Las máquinas de producción de hidrógeno se pueden clasificar en reformadores de craqueo, unidades de reformado seco, reformadores autotérmicos y unidades de oxidación parcial.
