Estudio de reactores de canales paralelos para la producción de hidrógeno a partir de etanol
En la presente Tesis Doctoral se analiza el comportamiento de un reactor de placas paralelas para la producción de hidrógeno a partir del reformado de etanol con vapor de agua. El reactor se diseña para una producción de hidrógeno de 1 kW equivalente. Además, se estudia la integración del sector...
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| Autor principal: | |
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| Otros Autores: | |
| Formato: | tesis doctoral |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2019
|
| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://repositoriodigital.uns.edu.ar/handle/123456789/4541 |
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Ingeniería química Reacciones químicas Hidrógeno Reactores de canales paralelos Etanol Reformado de etanol Izurieta, Eduardo Miguel Estudio de reactores de canales paralelos para la producción de hidrógeno a partir de etanol |
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En la presente Tesis Doctoral se analiza el comportamiento de un reactor de placas paralelas
para la producción de hidrógeno a partir del reformado de etanol con vapor de agua. El
reactor se diseña para una producción de hidrógeno de 1 kW equivalente. Además, se estudia
la integración del sector de producción con el de purificación para obtener una corriente de
hidrógeno en las condiciones para alimentar una celda de combustible tipo PEM.
Se presentan los resultados de la simulación del reactor de placas paralelas cargado con
monolitos catalíticos, tanto para el reformado de etanol como para su combustión. Se demuestra
que el acoplamiento térmico de estas reacciones es factible y que se obtienen niveles de
rendimiento a hidrógeno que cumplen con los objetivos impuestos. Además, se incorpora la hipótesis
de no adiabaticidad en los modelos estudiados y se demuestra que su omisión conduce
a resultados no conservativos.
Se verifica la generación de un punto caliente en el reactor producto de las diferentes velocidades
de generación y consumo de calor de las reacciones involucradas. Se proponen alternativas
para la reducción de su magnitud, variando las condiciones de operación de la zona de
combustión, sin disminuir el rendimiento de la reacción de reformado. Por otra parte, se estudia
disminuir su intensidad distribuyendo la alimentación de combustible en diferentes posiciones
axiales a lo largo del reactor. Además, esta alternativa permite incrementar el nivel térmico del
reactor, con el fin de alcanzar mayores rendimientos a hidrógeno, sin sobrepasar la temperatura
máxima preestablecida.
Se reporta el estudio experimental de la reacción de reformado de etanol sobre un catalizador
monolítico comercial basado en níquel en las condiciones de reacción necesarias para
la operación del reactor de placas paralelas. Se analiza la actividad, selectividad y estabilidad
del catalizador. Además, se propone un esquema de reacciones que satisface las observaciones
experimentales y se ajustan los parámetros cinéticos de la velocidad de las reacciones involucradas
en el sistema. Adicionalmente, el catalizador monolítico se ensayó en un reactor de
lecho plano a las condiciones operativas y de diseño utilizadas en las simulaciones del reactor
de placas paralelas tanto para el reformado de etanol con vapor de agua como para la combustión
catalítica de etanol.
Por último, se estudian dos diseños del proceso de producción de hidrógeno ultrapuro a
partir de etanol. En estos se integra el concepto de reactores de placas paralelas junto con los
demás equipos involucrados y se incorpora la expresión cinética ajustada para cuantificar la
reacción de reformado de etanol. El primer sistema presenta menor grado de intensificación,
pero establece las bases para demostrar una integración térmica factible. Mediante optimización
se obtienen las condiciones de máxima eficiencia que son usadas como base del segundo
diseño. Esta nueva versión incorpora al proceso general el reactor con acoplamiento térmico
de reacciones y muestra un sistema robusto y con mejores eficiencias térmicas que el primer
diseño. |
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López, Eduardo |
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López, Eduardo Izurieta, Eduardo Miguel |
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Izurieta, Eduardo Miguel |
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