04 octubre 2010

Producción de hidrógeno por reforming de vapor


El reforming de vapor de gas natural en las refinerías de petróleo es el medio más común de producir hidrógeno en las industrias de procesos químicos (CPI). Áreas donde se consume hidrógeno intensamente incluyen la producción de amoniaco, la industria de criogénicos y la producción de metanol.

Actualmente el consumo de hidrógeno está en máximos niveles histórico, por lo que es importante conocer los procesos utilizados para su obtención y purificación.

Un porcentaje principal de hidrógeno usado en el CPI está destinado a la producción de amoniaco, que continua encontrando mayor demanda en la industria de fertilizantes químicos. Por otra parte, el uso de metanol está declinando con su uso como materia prima para hacer metil tert-butil éter.

Reforming vapor – metano

El hidrógeno de refinería procede principalmente de dos fuentes – reforming catalítico de gas subproducto de deshidrogenación de naftenos en productos procedentes de mezclas de gasolina de alto octanaje y aromáticos, así como de la fabricación directa de hidrógeno. La mayor parte de la fabricación de hidrógeno directa en una refinería se lleva a cabo en una refinería de petróleo mediante steam-naphtha reforming. La oxidación parcial de hidrocarburos más pesados se usa también en una extensión limitada.

En la reacción de reforming de metano de vapor total (SMR), el metano reacciona con el vapor a altas temperaturas y presiones moderadas en tubos llenos de catalizador para generar la síntesis del gas, una mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono.

El gas producto del reforming de vapor del metano y nafta contiene cantidades equilibradas de hidrógeno, dióxido de carbono, monóxido de carbono y exceso de vapor.

El hidrógeno adicional puede ser generado de subproductos de monóxido de carbono, siguiendo las reacciones de reforming. Primero, el gas del efluente del reformer se enfría en dos pasos para conseguir el equilibrio correcto de la reacción.


Proceso en las plantas de hidrógeno

La planta se basa en gas de alimentación con alto contenido de azufre, que requiere un hidrotratamiento antes de que con óxido de zinc se quiten los compuestos de azufre. La purificación de H2 al fin del proceso se basan en la retirada de CO2 con un sistema adsobedor por oscilación de presión (PSA).

El gas de alimentación – usualmente una mezcla de hidrogeno, metano y otros hidrocarburos ligeros – es primero comprimido a alrededor de 300 psig. La compresión inicial proporciona hidrógeno a una presión que puede fácilmente alcanzar la presión de hidroprocesado deseada con un compresor recíproco de cuatro o cinco etapas.

El gas de alimentación es precalentado con gas de efluentes del reformer e hidrotratado para convertir varios compuestos de azufre (tales como mercaptano, sulfuro de carbonilo y disulfuro de carbono) a sulfuros de hidrógeno. El gas luego pasa a través de reactores de desulfurización, usualmente conteniendo un catalizador de óxido de zinc, que absorbe el sulfuro de hidrógeno.

Horno de reforming

El gas libre de azufre se mezcla con una cantidad fija de vapor sobrecalentado para mantener el ratio de vapor a hidrocarburo. El ratio de vapor a hidrocarburo se mantiene dentro de un rango que es lo bastante alto para prevenir que quede carbón en el catalizador de reforming, pero lo bastante bajo como para evitar sobrecargar el reformer.

Generador de vapor de la línea de transferencia

La línea de transferencia del reformer se usa para generar alta presión (usualmente 650 psig). El gas del efluente del reformer sale a una temperatura de 760 ºC y entra en el lado del generador de vapor de paso simple.

Purificación del hidrógeno

La purificación del hidrógeno se lleva a cabo generalmente usando dos aproximaciones – procesos de adsorción equilibrado por presión (PSA) o sistemas basados en solventes.

Pre- y post- reforming

Son dos técnicas usadas para expandir la capacidad de plantas existentes donde el horno del reformer tiene limitación de la transferencia de calor.

Bibliografía: Hydrogen production by steam reforming. Chemical engineering may 2010

Palabras clave: Chemical process industries (CPI), methil tert-butyl ether (MTBE), steam-naphtha reforming, pressure swing adsorber (PSA)
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