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El paso de la combustión convencional a la economía del hidrógeno.

Optimización de la explotación de los combustibles fósiles hacia emisiones cero en CO₂

J.M.Martínez-Val Piera
Ingeniero de Minas
M.Sc. Colorado School of Mines
Fundación para el Fomento de la Innovación Industria

Tercera parte. (3 / 6)

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3.
Producción de hidrógeno por reformado de hidrocarburos y gasificación del carbón

  La obtención de hidrógeno (H₂) a partir de hidrocarburos se basa en un proceso que comprende dos etapas (30,45): la primera de ellas, denominada "Reformado", tiene como principal característica su acentuado carácter endotérmico. En esta primera etapa se obtiene monóxido de carbono e hidrógeno en cantidades dependientes del combustible fósil, al reaccionar con vapor de agua.

La expresión química genérica sería la siguiente

            [2]

Independientemente de cual sea el combustible seleccionado, esta reacción es endotérmica. La entalpía de reacción dependerá del calor de formación del hidrocarburo en cuestión.

La segunda etapa del proceso es una oxidación total del monóxido de carbono a dióxido de carbono. La denominación anglosajona para esta etapa es de reacción "shift" (desplazamiento) que corresponde a la "Oxidación" total.

A diferencia del reformado, la oxidación es exotérmica. La reacción química que representa la fase de oxidación es:
 

          [3]

Para que las ecuaciones [2] y [3] estén en armonía y puedan ser conjugables, la ecuación [3] habría que reformularla de la siguiente manera:

     [4]

Desde un punto de vista global, las ecuaciones [2] y [4], correspondientes a las etapas de reformado y oxidación, se pueden ensamblar dando como resultado la siguiente ecuación:
 

        [5]

La descripción del proceso con su división en dos etapas se ha hecho en primer lugar con una finalidad ilustrativa de la cinética química involucrada. En segundo lugar, sirve para introducir las dos maneras prácticas de acometer el objetivo de "reformar" y "oxidar". En la actualidad existen dos procesos alternativos. El reformado convencional en el que las etapas de "reformado", "oxidación", y posterior separación del H₂ (46) se hacen de manera independiente, siguiendo el diagrama operativo, de la figura 2, y el reformado en una sola etapa con membranas de paladio.

Figura 2. Esquema de funcionamiento de reformadores.

Es importante destacar que el reformado convencional se efectúa a temperaturas entre 750 y 1.000 ⁰C.

En la otra alternativa, de reciente concepción, la de reformado por membrana, (47), las tres etapas se realizan a la vez, incluyendo la separación del H₂ y CO₂. Ello se debe a la utilización de membranas de paladio que dejan pasar el H₂, pero no las otras sustancias de la reacción, por lo que se escapa selectivamente el H₂, y la reacción está permanentemente desplazada hacia la derecha. La otra gran ventaja de la alternativa de reformado por membrana es la menor temperatura a la que está sometido el equipo, pues requiere valores entre los 500 y 600 ⁰C.

Cabe una última aclaración sobre este proceso: en el caso de usar crudo petrolífero, y sobre todo, carbón, es preciso limpiar éstos de contaminantes, sobre todo, azufre. Esto es una técnica ya dominada, de la cual el mejor ejemplo industrial es ELCOGAS en Puertollano (48), donde la gasificación del carbón va acompañada de su desulfuración completa, obteniéndose una corriente de ácido sulfúrico como subproducto.

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