Abstract:
|
El bioetanol bruto, obtenido por fermentación de biomasa, podría ser aprovechado como materia
prima renovable para la producción de hidrógeno, para lo cual el desarrollo de catalizadores activos,
selectivos y estables para el reformado del bioetanol es un punto clave. En el presente trabajo se ha
estudiado de manera experimental el reformado con vapor de agua (ESR) de bioetanol comercial, en
estado de equilibrio (análisis estático) sobre un catalizador de Pd-Rh/CeO2 (1,3g) en un reactor
catalítico de membrana, equipado con membranas comerciales selectivas al hidrógeno de 30 𝜇��m PdAg
apoyadas sobre 43 𝜇��m de acero inoxidable poroso (PSS) con una superficie total activa de 30,4
cm2
, bajo diferentes condiciones de operación en cuanto a la presión de la reacción (6 a 10 bar) y la
relación agua / carbono de la mezcla de entrada (S/C de 1,6 a 3). La temperatura de la reacción se ha
mantenido constante e igual a 650 °C.
A presión igual a la atmosférica (membrana desconectada del sistema, sistema funcionando como un
simple reactor de lecho fijo), la conversión del bioetanol fue siempre completa. Los productos
principales han sido H2 (49-56%), CH4 (20-28%), CO2 (21-22%) y CO (<3%), cuya variabilidad ha
dependido de la relación S/C en la mezcla de entrada. Al presurizar el sistema en cambio (con la
membrana aun desconectada del sistema) las proporciones en el gas reformado se han visto
modificadas, por la acción de la presión sobre la reacción de reformado (de acuerdo al principio de Le
Châtelier). Menores presiones y un exceso de agua en la alimentación mejoran la conversión de
etanol a H2 al mismo tiempo que reducen la formación indeseable de acetaldehído, ya que
promueven las reacciones de MSR y WGS. Se ha obtenido un porcentaje máximo de hidrógeno en la
salida reformada de 56,1% ± 0,2% (20,5% ± 0,2% de CH4 y 1,8% ± 0,2% de CO).
Al permitir el paso hacia la membrana, la reacción global de reformado se potenció
significativamente por la eliminación continua del hidrógeno del gas reformado, gracias al paso de
éste a través de la membrana. Así, el equilibrio de las reacciones MSR y WGS se ha desplazado hacia
los productos permitiendo rendimientos más altos de hidrógeno. Concretamente, la presión tuvo un
efecto positivo sobre el porcentaje de recuperación de hidrógeno de la membrana (RH2), el
rendimiento de hidrógeno total (θH2,p+r) y la eficiencia global del sistema (ηH2), debido al aumento de
la fuerza motriz para la permeancia del hidrógeno a través de la membrana (Ley de Sieverts). Los
mejores resultados se han obtenido para P = 10 bar, alcanzando valores hasta 85,7 ± 0,1% para RH2,
72,1 ± 0,2% para θH2,p+r y ηH2 hasta 40,4 ± 0,1%. En este caso, el efecto de la relación S/C sobre los
resultados fue menos relevante que el efecto de la presión. De esta forma se tiene que el caudal
molar de H2 de salida en el reactor de membrana ha alcanzado un valor máximo de 1,38 mol · kgcat
-1
·
min-1
, que es 4,6 veces superior al valor reportado para el sistema funcionando sin membrana, bajo
las mismas condiciones de operación.
Comparando el sistema operando con bioetanol comercial (bioetanol de origen agrícola 75-94%
puro, deshidratado) y con etanol sintético (99,9% puro) se evidencia que el rendimiento es muy
similar, siendo los resultados del etanol sintético sólo 6% superiores a los del bioetanol, por lo que se
intuye que las impurezas presentes en el bioetanol no afectan de forma significativa el
comportamiento estático del reactor y del catalizador, ya que son reformados en las mismas
condiciones de operación.
El rendimiento obtenido con el reactor de membrana es equivalente a pasadas investigaciones sobre
el mismo sistema, aun cuando se ha tenido una limitación especial por el desgaste de la membrana
debido a su uso durante más de 600h en estudios anteriores. |