Un reformador de metano es un dispositivo basado en reformado con vapor , reformado autotérmico u oxidación parcial y es un tipo de síntesis química que puede producir gas hidrógeno puro a partir de metano utilizando un catalizador . Hay varios tipos de reformadores en desarrollo, pero los más comunes en la industria son el reformado autotérmico (ATR) y el reformado con vapor de metano (SMR). La mayoría de los métodos funcionan exponiendo el metano a un catalizador (generalmente níquel ) a alta temperatura y presión.
Reformado con vapor
El reformado con vapor (SR), a veces denominado reformado con vapor de metano (SMR) utiliza una fuente externa de gas caliente para calentar los tubos en los que tiene lugar una reacción catalítica que convierte el vapor y los hidrocarburos más ligeros como el metano, el biogás o la materia prima de la refinería en hidrógeno y monóxido de carbono (gas de síntesis). El gas de síntesis reacciona más para dar más hidrógeno y dióxido de carbono en el reactor. Los óxidos de carbono se eliminan antes de su uso mediante adsorción por cambio de presión (PSA) con tamices moleculares para la purificación final. El PSA actúa adsorbiendo las impurezas de la corriente de gas de síntesis para dejar un gas hidrógeno puro.
- CH 4 + H 2 O (vapor) → CO + 3 H 2 Endotérmico
- CO + H 2 O (vapor) → CO 2 + H 2 Exotérmico
Reformado autotérmico
El reformado autotérmico (ATR) utiliza oxígeno y dióxido de carbono o vapor en una reacción con el metano para formar gas de síntesis . La reacción tiene lugar en una sola cámara donde el metano se oxida parcialmente. La reacción es exotérmica debido a la oxidación. Cuando el ATR usa dióxido de carbono, la relación H 2 : CO producida es 1: 1; cuando el ATR usa vapor, la relación H 2 : CO producida es 2.5: 1
Las reacciones se pueden describir en las siguientes ecuaciones, utilizando CO 2 :
- 2 CH 4 + O 2 + CO 2 → 3 H 2 + 3 CO + H 2 O
Y usando vapor:
- 4 CH 4 + O 2 + 2 H 2 O → 10 H 2 + 4 CO
La temperatura de salida del gas de síntesis se encuentra entre 950-1100 ° C y la presión de salida puede llegar a los 100 bar . [1]
La principal diferencia entre SMR y ATR es que SMR solo usa oxígeno a través del aire para la combustión como fuente de calor para crear vapor, mientras que ATR quema oxígeno directamente. La ventaja de ATR es que el H 2 : CO se puede variar, esto es particularmente útil para producir ciertos biocombustibles de segunda generación , como DME que requiere una relación 1: 1 H 2 : CO.
Oxidación parcial
La oxidación parcial (POX) es un tipo de reacción química. Ocurre cuando una mezcla subestequiométrica de aire y combustible se quema parcialmente en un reformador, creando un gas de síntesis rico en hidrógeno que luego se puede utilizar para un uso posterior.
Ventajas y desventajas
El costo de capital de las plantas de reformado con vapor es prohibitivo para aplicaciones de tamaño pequeño a mediano porque la tecnología no se adapta bien. Las plantas convencionales de reformado con vapor operan a presiones entre 200 y 600 psi con temperaturas de salida en el rango de 815 a 925 ° C. Sin embargo, los análisis han demostrado que, aunque es más costoso de construir, un SMR bien diseñado puede producir hidrógeno de manera más rentable que un ATR para aplicaciones más pequeñas. [2]