Transcript Prod hidrogeno

HIDRÓGENO

PARACELSUS (SIGLO XVI)

ROBERT BOYLE (1671)

HENRY CAVENDISH (1766)

ANTOINE LAVOISIER (1783)
Estrellas
H2 y H
Espacio interestelar
H
ALGUNAS APLICACIONES
En reacciones de adición en procesos de hidrogenación o como agente reductor en procesos de reducción.
SÍNTESIS DE AMONIACO
Reacción catalítica entre nitrógeno e hidrógeno
TRATAMIENTO DE CARBÓN
En el tratamiento de carbón en presencia
de hidrógeno, en diferentes condiciones de presión,
temperatura, pueden obtenerse productos líquidos y/o gaseosos
mediante diferentes procesos (hidrogenación, hidropirolisis, y
gasificación hidrogenante).
SÍNTESIS ORGÁNICA
PROCESOS DE REFINERÍA
Obtención de fracciones ligeras de crudo a partir de fracciones
pesadas, aumentando su contenido en hidrógeno y disminuyendo
su peso molecular, eliminar elementos indeseados como azufre,
nitrógeno y metales.
SÍNTESIS INORGÁNICA
Imprescindible en procesos
de importancia comercial como la producción de ácido
clorhídrico, peróxido de hidrógeno, hidroxilaminas, etc.
Gran número de procesos de hidrogenación o
reducción para la obtención de productos
químicos e intermedios.
 INDUSTRIA QUÍMICA
METALÚRGICA
El hierro puede ser reducido
empleando coque o un gas que contenga hidrógeno, monóxido de
carbono, o mezclas de éstos. Este gas reductor puede obtenerse
mediante reformado con vapor de agua u oxidación parcial de
combustibles fósiles. Además, el hidrógeno se emplea como agente
reductor y en procesos de producción de otros metales no-férricos
(cobre, níquel, cobalto, molibdeno, uranio, etc.)
TRATAMIENTO DE AGUA
Los contenidos demasiado elevados de nitratos en
aguas potables pueden ser reducidos por desnitrificación en
birreactores, en los que las bacterias emplean el hidrógeno
como fuente de energía.
PROCESAMIENTO DE METALES
Es habitual añadir diferentes proporciones
de hidrógeno a las corrientes gaseosas empleadas en
diferentes procesos de corte y soldadura,
tratamientos superficiales (atomización) y
tratamientos en atmósferas especiales (templado,
sinterización, fusión, flotación de vidrio, etc.).
COMBUSTIBLE A EROESPACIAL
Además de servir como suministro de energía
para los ordenadores y sistemas de soporte en
el espacio, obteniendo agua como
“subproducto”.
LLAMAS DE ALTA TEMPERATURA
La combustión de una mezcla estequiométrica
de hidrógeno y oxígeno conduce a temperaturas de
llama comprendidas entre 3000 y 3500 K, las cuales
pueden ser usadas para corte y soldadura en la
industria del metal, crecimiento de cristales
sintéticos, producción de cuarzo, etc.
REFRIGERANTE
FABRICACIÓN DE VIDRIO
PRODUCTOS FARMACÉUTICOS
GRASAS
GAS PORTADOR
 OTROS USOS
HIDROTRATAMIENTO
Remoción de Azufre
Remoción de Nitrógeno
Saturación de Olefinas
Desmetalización
CIFRAS DE INTERÉS
50 millones de toneladas = 550.000 millones de m^3
PETRÓLEO
REFORMADO DE GAS NATURAL
30%
47%
CARBÓN
18%
ELECTRÓLISIS DEL AGUA
5%
PLANTAS PRODUCTORAS DE HIDRÓGENO A NIVEL MUNDIAL
Efectos del hidrógeno en los procesos de la refinería
PROCESO QUÍMICO
Es necesario hidrogenar la alimentación para
convertir el sulfuro orgánico en sulfuro de hidrógeno,
haciéndolos reaccionar con oxido de zinc (ZnO)
aproximadamente a 370 ºC (700ºF)
El hidrógeno y monóxido de carbono que es
removido reacciona de la siguiente manera
Variables críticas para el proceso de
reformado
Aproximadamente a 815 ºC (1500ºF) sobre un
catalizador de níquel empaquetado en tubos de un
horno de reformado se producen las reacciones.
Se emplea un catalizador promovido de álcalis, los límites de
craqueo de la alimentación para el proceso son de 180 ºC.
El gas natural, propano, butano y la nafta ligera son la
alimentación más adecuados.
Después del reformado el monóxido de carbono en el gas
reacciona con vapor para formar hidrogeno adicional



Temperatura
Presión
Relación de vapor a carbono
El reformado con vapor

Involucra reacciones de equilibrio

La alimentación es favorecida por altas
temperaturas.

La conversión es favorecida por bajas
presiones
Reformado

La conversión es favorecida por bajas
temperaturas.

El gas proveniente del reformado
reacciona sobre el catalizador oxido de hierro a
315-370 ºC (600-700ºF)
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO POR OXIDACIÓN PARCIAL (POX) DE HIDROCARBUROS
El material del catalizador en los tubos no limita la temperatura de la reacción.
Se pueden utilizar altas temperaturas para alcanzar la conversión de metano a hidrógeno.
No se limita por los bajos puntos de la alimentación que son requeridos para el reformado con vapor.
Oxidación parcial catalítica
Oxidación parcial no catalítica
Proceso de oxidación parcial
PROCESO COMERCIAL
RESIDUO PESADO DE GASIFICACIÓN Y CICLO DE
PODER DE GENERACIÓN COMBINADO.
El residuo pesado es gasificado usando el proceso de
gasificación de Texaco (proceso de oxidación parcial)
Solvente a presiones alrededor de 570 psi (3923KPa)
Solvente a temperatura de 1300-1500 ºF
Turbina a una temperatura de 250-300 ºC.
Recuperación de calor del generador de vapor
que consiste en cinco elementos de intercambio de
calor
ELEMENTOS
El primer elemento es un sobrecalentador en el cual
se tiene una corriente combinada de vapor saturado
generado a alta presión en la caldera que cede calor.
El segundo elemento evaporador a alta presión.
El tercer elemento es un economizador de energía.
El cuarto elemento es un evaporador de vapor a baja
presión
Quinto elemento es un desaireador de calor. La
descarga de gas de la recuperación de calor del
generador de vapor tiene una temperatura alrededor
de 130 ºC y es emitida hacia el aire.
Para reducir el contenido de NOx en el flujo de
gas se pueden aplicar:
Método 1
Método 2
GASIFICACIÓN DEL HIDROCARBURO
Es en forma continua.
En un proceso no catalizado que
envuelve la oxidación parcial del
hidrocarburo. Aire u oxigeno (con vapor
o dióxido de carbono) es usado como el
oxidante a 1095-1480 ºF.
Se produce algo de carbón (2-3% de la
alimentación), durante el proceso es
removido como una suspensión en un
separador de carbón y se emplea como
un combustible o como materia prima
para productos carbonados.
HIDROPROCESO
Hidrógeno alrededor del 93 % de pureza
PROCESO DE OXIDACIÓN PARCIAL
GASIFICACIÓN.
Reactor refractario alineado a temperaturas
alrededor de 1400 ºC (2550ºF) y presiones entre
29 y 1140 psi (196-7845 KPa). La reacción química
en el reactor de gasificación procede dentro del
catalizador para producir conteniendo grandes
cantidades de carbón alrededor de 0,5-2,5% en
peso.
El vapor es generado a 850-1565 psi (5884 KPa10787 KPa)
REFORMADO DE METANO CON VAPOR
Proceso de reformado de metano con vapor
REFORMADO DE NAFTA CON VAPOR
Hidrógeno con una alta pureza (>99%)
GENERACIÓN DEL GAS DE SÍNTESIS
Similar al reformado de metano con vapor.
Se emplea una variedad de tipos de nafta o
alimentaciones que contienen hasta un 35 % en
aromáticos.
Se sigue un pretratamiento para remover sulfuro.
El reformado ocurre en un horno a (675-815ºC)
(1250-1500ºF), 300Psi (2068 KPa), donde el se
produce el hidrógeno.
Generación del gas de síntesis
Reformado de nafta con vapor
EL PROCESO DE GASIFICACIÓN DE TEXACO (PTB)
Las reacciones de gasificación es una oxidación parcial de hidrocarburos a monóxido de
carbono e hidrógeno:
CxH2y + 2O2/x
x CO + y H2
CxH2y + xH2O
oxidante
agua
xCO + (x+y) H2
quemador
sólidos libres
Alimentación
tanque de
mezcla
Síntesis de gas
Gasificador
TEXACO
molino
bomba
de apagado
mezcla la cámara
Depurador
apagado del
gas de síntesis
Reciclado
lockhopperr
Purga de agua
para tratamiento
agua
sumidero de escoria
escoria a disposición
Clarificador
los sólidos a la
disposición o reciclan
Tabla de generación de gas de síntesis por oxidación
parcial de diferentes tipos de alimentación
CATALIZADORES
Reformación de catalizadores
Catalizador de reformación
ÓXIDO DE NÍQUEL
Características del catalizador

Usado dentro de tubos del horno de reformación

La reacción es controlada tanto por la difusión como por la transferencia de calor

Vida del catalizador esta limitada por deterioro físico como por simple desactivación

El azufre es el veneno del catalizador también es sensible al envenenamiento por métales
pesados, aunque éstos raramente estén presentes en la alimentación.
Diagrama del comportamiento del catalizador
con una alimentación de alto Pebull
Desactivación
de catalizador
Coquificación en la unidad
de reformador
Alimentación con un
alto punto de ebullición
Aumento de la temperatura
y del fenómeno relacionado
de formación de coque y
deposición
Para evitar la coquificación
 añadir un promotor de álcali, típicamente
alguno en forma de potasa (KOH), al catalizador
usar un pre-reformador (un lecho fijo de
catalizador que funcione a una temperatura
inferior corriente arriba del reformador
despojando).
CATALIZADORES
Catalizadores de conversión por cambio de temperatura
La segunda reacción importante en la reformación de vapor es la reacción de conversión de cambio
CO + H2O
CO2 + H2
Catalizador de reformación de vapor
Para cambios a altas temperaturas el CROMO
Para cambio a bajas temperaturas de ZINC
 Actúan de 315 – 430 º C (600—800 º F)
 Consisten principalmente en magnetita (FE3O4) con
trivalente de óxido de cromo (CR2O3) añadido como
un estabilizador.
 Suministrado en forma de óxido férrico (FE2O3) y
hexavalente de óxido (CRO3)
 Tener precaución si la relación del vapor / el carbón de
la alimentación es demasiado baja y el ambiente que
reduce demasiado fuerte, el catalizador puede ser
reducido adelante al hierro metálico.
Alimentación
 Actúan de 205 – 230 º C (400 – 450 º F).
 El equilibrio de reacción es más cantidades
controlables y más pequeñas del monóxido de
carbono son producidos
 Es usado principalmente para la purificación final.
 Son sensibles al envenenamiento por el azufre y
sensibles al agua
vapor
Purificación
Pre
Reformado
Reformado
Producto
CATALIZADORES
Catalizador de Metanación
CO + 3H2O
CO2 + 4H2
CH4 + H2O
CH4 + 2H2O
Características del catalizador
 El reactivo activo es el níquel transportado en la alúmina.
 El catalizador tiene una vida larga, funciona en condiciones ideales y si no es expuesto al veneno.
 El riesgo más severo para la desactivación del catalizador viene de altos niveles de monóxido de
carbono o dióxido de carbono, que puede resultados de la deterioro del equipo de salida de dióxido
de carbono o de agujeros de tubo de intercambiador.
 La reacción metanación produce una subida de temperaturas de 70 º C (125 ºF) para cada 1 % del
monóxido de carbono o una subida de temperaturas de 33 º C (60 º F) para cada un 1 % del dióxido
de carbono, suministrado.
 La temperatura normal durante metanación sea aproximadamente 315 º C (600 º F), es posible
alcanzar 700 º C (1300 º F)
PURIFICACIÓN DE HIDRÓGENO
Wet scrubbing
Usados para quitar gases ácidos, como sulfito de hidrógeno y dióxido de carbono.
Dependen de la reacción química y pueden ser el diseño para una amplia gama de
presiones y capacidades.
Quitan gases sólo ácidos o hidrocarburos pesados; ellos no quitan el metano u
otros gases de hidrocarburo y por lo tanto tienen pocas influencias en la pureza de
producto.
A menudo son usan como un paso de pre-tratamiento o donde una corriente de
hidrógeno y rica debe ser desulfurado para el uso como el gas de combustible.
Alimentación
vapor
Purificación
Reformado
Convertidor
CO2
removido
Metanación
hidrógeno
SG Enviro Technologies
PURIFICACIÓN DE HIDRÓGENO
Unidades de adsorción de oscilación de presión
Proceso cíclico que usa lechos adsorbentes sólidos para quitar impurezas del gas y
generalmente produce el hidrógeno más alta pureza.
Estos lechos son regeneradas por despresurización seguido por un purgando a baja
presión. Cuando se hace esto se produce un gas de desecho (o gas de cola) que
contiene las impurezas de la alimentación (monóxido de carbono, dióxido de
carbono, metano, y nitrógeno) más un poco de hidrógeno.
En este se colocan condiciones en que el gas de cola proporcione no más que
aproximadamente el 85 % del combustible de reformador.
La temperatura de funcionamiento de reformador es aumentada, y los cambios de
equilibrio de reformación, producen más hidrógeno y menos metano en la salida de
reformador y de ahí menos metano en el gas de cola.
También es usado para unidades de reformación de vapor debido a su producción
de hidrógeno de alta pureza y en la purificación de la refinería off gas, donde esto
compite con sistemas de la membrana.
South-Tek Systems'
Alimentación
vapor
Purificación
Reformado
Convertidor
unidad de adsorción
de oscilación de presión
hidrógeno
PURIFICACIÓN DE HIDRÓGENO
Sistemas de la membrana
Koch Membrane Systems
Separan gases aprovechando las diferencias en sus valores de la difusión por las
membranas.
No contienen ningunas partes móviles o válvulas de interruptor y tienen la
fiabilidad potencialmente muy alta.
Su amenaza principal es de componentes en el gas (tal como aromático) que
atacan las membranas o de líquidos, que los toponean.
Son fabricadas en relativamente pequeños módulos: para la capacidad más
grande más módulos son añadidos.
El costo es proporcional con la capacidad.
Su diseño implica una compensación entre la gota de presión y revestir el área
así como entre pureza de producto y recuperación.
Separación criogénica
Funcionan refrescando el gas que condensa a unos o
todos los componentes del extremo de gas.
Ofrecen la ventaja de ser capaces de separar una variedad
de productos de unas corrientes de alimentaciones solas.,
un ejemplo es la separación de olefinas de una corriente
de hidrógeno.
La recuperación de hidrógeno es la variedad del 95 %,
con la pureza encima del 98 % asequible.
GRASYS JSC