Análisis termodinámico del reformado de etanol y glicerol con vapor de agua para la producción de hidrógeno

Thermodynamic analysis of steam reforming of ethanol and glycerine for hydrogen production

En el presente documento se realiza un análisis termodinámico para el reformado de etanol y glicerol con vapor de agua utilizando el enfoque estequiométrico del método de la constante de equilibrio. Para la solución del algoritmo se utilizó el Software Aspen Plus V7.2 con el modelo de reactor en equilibrio y la ecuación de estado predictiva de Soave Redlich Kwong. En este análisis se tiene en cuenta la influencia de la temperatura, la presión, la relación de alimentación en las concentraciones en el equilibrio de cada una de las especies y se definieron parámetros como la selectividad y el rendimiento para evaluar la eficiencia de cada proceso.

Durante las últimas décadas se han hecho esfuerzos considerables para el desarrollo de métodos de conversión de abundantes fuentes primarias de energía en fuentes secundarias que sean menos contaminantes y a su vez eficientes. Después de la crisis energética en la década de los 70s, se han planteado desarrollos para la obtención de energías alternativas. El hidrógeno puede convertirse en un importante combustible como portador de energía en el uso futuro de vehículos y plantas de electricidad[1-3]. Los procesos y la tecnología para la producción de hidrógeno han cambiado en los últimos años. La mayor producción de hidrógeno sigue siendo procesada a partir de gas natural y a partir de fracciones de petróleo, que siguen siendo las materias primas más económicas y accesibles, sin embargo el reformado de dichas materias primas genera una considerable cantidad de dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero que contribuyen al calentamiento global. Otra alternativa importante para la producción de hidrógeno es el reformado con vapor del metanol [4-8], sin embargo el metanol también tiene amplias desventajas debido a su alta toxicidad y generalmente viene de fuentes fósiles vía gas de síntesis, por tal motivo existe un aumento en el interés de encontrar fuentes limpias, renovables y seguras para la producción de hidrógeno como el reformado de biomasa. Desde este punto de vista un gran esfuerzo se ha hecho para el desarrollo y mejoramiento de la producción de hidrógeno vía reformado a partir de fuentes renovables [9-11]. La mayoría de los trabajos mostrados en la literatura se enfocan en la maximización de producción de hidrogeno y la minimización de formación de productos intermedios y coproductos, por lo tanto, la investigación en nuevos catalizadores con mejores desempeños y condiciones de operación están continuamente investigados. Consecuentemente con esto, es posible encontrar predice la factibilidad técnica del proceso, además de evaluar si una fuente de biomasa para el reformado es técnicamente viable o no, y la predicción de las mejores condiciones de operación. 

El reformado de etanol con vapor ha sido ampliamente estudiado[12-22), debido a que el etanol es un combustible líquido de fácil manipulación con baja toxicidad y es producido a partir de muchas fuentes de biomasa. Al igual que el etanol, la disponibilidad de la glicerina a aumentado considerablemente debido al aumento de la producción de biodiesel, ya que este es un coproducto de la producción de este biocombustible representando entre el 10-15 % en masa. Teniendo en cuenta lo anterior, el mercado de glicerina no está en la capacidad de expansión a tal velocidad, por lo que la glicerina se convierte en una materia prima interesante[23-29]. 

El principal objetivo de este trabajo es analizar termodinámicamente el reformado con vapor de etanol y glicerol para la producción de hidrogeno utilizando Aspen Plus 17.2 que es un paquete de software comercial para la simulación de procesos desarrollado por la empresa Aspentech[30-32), en el que se pueden realizar análisis termodinámicos desde el enfoque no estequiométrico y desde el enfoque estequiométrico. La metodología propuesta para el cálculo del equilibrio químico es el enfoque estequiometrico del método de la constante de equilibrio utilizando el software Aspen Plus 17.2.