PROX es un acrónimo de PReferential OXidation y se refiere a la oxidación preferencial de un monóxido de carbono en una mezcla de gases por un catalizador . Está destinado a eliminar trazas de CO de las mezclas de H 2 / CO / CO 2 producidas por el reformado con vapor y el desplazamiento de agua y gas . Un catalizador PROX ideal oxida preferentemente el monóxido de carbono (CO) usando catalizadores heterogéneos t colocados sobre un soporte cerámico. Los catalizadores incluyen metales como platino , platino / hierro, platino / rutenio, nanopartículas de oro, así como nuevos catalizadores de conglomerado cerámico / óxido de cobre. [1]
Motivación
Esta reacción es un área de investigación considerable con implicaciones para el diseño de pilas de combustible . Su principal utilidad radica en la eliminación de monóxido de carbono (CO) del gas de alimentación de la celda de combustible. El CO envenena el catalizador de la mayoría de las pilas de combustible de baja temperatura.
El monóxido de carbono a menudo se produce como un subproducto del reformado con vapor de hidrocarburos, que produce hidrógeno y CO. Es posible consumir la mayor parte del CO haciéndolo reaccionar con vapor en la reacción de cambio de agua-gas :
- CO + H 2 O ⇌ H 2 + CO 2
La reacción de cambio de agua-gas puede reducir el CO al 1% de la alimentación, con el beneficio adicional de producir más hidrógeno, pero no eliminarlo por completo. Para ser utilizado en una celda de combustible, el gas de alimentación debe tener CO por debajo de 10 ppm .
Descripción
El proceso PROX permite la reacción del CO con el oxígeno, reduciendo la concentración de CO de aproximadamente 0,5 a 1,5% en el gas de alimentación a menos de 10 ppm.
- 2CO + O 2 → 2CO 2
Debido a la presencia predominante de hidrógeno en el gas de alimentación, la combustión competitiva no deseada de hidrógeno también ocurrirá hasta cierto punto:
- 2H 2 + O 2 → 2H 2 O
La selectividad del proceso es una medida de la calidad del reactor y se define como la relación entre el monóxido de carbono consumido y el total de hidrógeno y monóxido de carbono consumidos.
La desventaja de esta tecnología es su naturaleza exotérmica muy fuerte , junto con una ventana de temperatura de operación óptima muy estrecha, y se opera mejor entre 353 y 450 K, [ cita requerida ] produciendo una pérdida de hidrógeno de alrededor del uno por ciento. Por tanto, se requiere una refrigeración eficaz. Para minimizar la generación de vapor, se usa una dilución excesiva con nitrógeno. Además, la reacción se interrumpe con un enfriador intermedio antes de pasar a una segunda etapa.
En la primera reacción se proporciona un exceso de oxígeno, alrededor de un factor de dos, y se transforma aproximadamente el 90% del CO. En el segundo paso se utiliza un exceso de oxígeno sustancialmente mayor, aproximadamente en un factor de 4, que luego se procesa con el CO restante, para reducir la concentración de CO a menos de 10 ppm. Para evitar también una carga excesiva de fracción de CO, la operación transitoria de un adsorbedor de CO puede ser importante.
Los requisitos de complejidad de instrumentación y control de procesos son relativamente altos. La ventaja de esta técnica sobre la metanización selectiva es la mayor velocidad espacial, que reduce el tamaño del reactor requerido. Para el caso de fuertes aumentos de temperatura, la alimentación de aire simplemente se puede interrumpir.
Los orígenes técnicos de CO-PROX se encuentran en la síntesis de amoniaco ( proceso Haber ). La síntesis de amoníaco también tiene un requisito estricto de hidrógeno libre de CO, ya que el CO es un fuerte veneno catalizador para los catalizadores habituales utilizados en este proceso.
Ver también
Referencias
- ^ Liu, Y .; Q. Fu; MF Stephanopoulos (1 de septiembre de 2004). "Preferencial oxidación de CO en H2 sobre catalizadores CuO-CeO2". Catálisis hoy . 93–95: 241–246. doi : 10.1016 / j.cattod.2004.06.049 .
Bibliografía
- Peters y otros: Gasaufbereitung für Brennstoffzellen Chemie Ingenieur Technik 76/10 (2004) 1555-1558