Utilización de reactores multifuncionales para la intensificación del proceso de producción de hidrógeno ultrapuro a partir de etanol

Abstract

En este trabajo se presenta el diseño de un proceso de producción de hidrógeno ultrapuro a partir de etanol para alimentación de celdas de combustible de tipo PEM. Se adoptan conceptos de reactores multifuncionales de placas paralelas y de membrana con el fin de conseguir un alto grado de intensificación del proceso. Los reactores de placas paralelas combinan reacción química con intercambio calórico. Tanto el reactor de placas paralelas de reformado como el reactor evaporador/sobrecalentador de la alimentación incorporan alimentación axial distribuida de combustible a través de puertos de inyección laterales para mitigar la magnitud de los puntos calientes y controlar la temperatura de salida. En el reactor de membrana se lleva a cabo de modo simultaneo la purificación de hidrógeno y la reacción de water-gas shift. El proceso se completa con intercambiadores de calor, una cámara de condensación y esquemas de control. El sistema muestra resultados promisorios en términos de producción de hidrógeno ultrapuro (3,1 molH2/molC2H5OH), recuperación en la membrana (61%), eficiencia térmica (35,4%) e integración energética (sistema autosuficiente).

This work presents a study regarding the production process of ultrapure hydrogen from ethanol to feed PEM-type fuel cells. Aiming a high degree of process intensification, multifunctional reactors concepts such as parallel-plate reactors and membrane reactors are adopted here. Parallel-plates reactors combine chemical reactions and heat exchange. Distributed fuel feed is profited in these units to mitigate the magnitude of the hot-spots and to control the outlet temperature in two parallel-plates reactors for ethanol steam reforming and for evaporation/overheating of the reactive mixture. The membrane reactor is implemented for simultaneous hydrogen purification and additional production via the water-gas shift reaction. The process is completed with heat exchangers, a condensation chamber and control schemes. The system shows promissory results in terms of ultrapure hydrogen production (3,1 molH2/molC2H5OH), recuperation in the membrane (61%), thermal efficiency (35,4%) and energetic integration (self-sufficient operation).