El reformado con vapor es un proceso donde reacciona vapor a alta temperatura y presión con los hidrocarburos en presencia de un catalizador de base metálica, y se produce un gas de síntesis.
Esta tecnología también es conocida con el termino ingles de Steam methane reforming (SMR). El reformado con vapor se desarrolla en un reactor (reformador), (hidrógeno y monóxido de carbono). Posteriormente suele haber dos etapas de WGS para obtener más H2 (y principalmente CO2) y una etapa final de purificación de H2.
El reformado con vapor de hidrocarburos ligeros se realiza mediante un proceso alotérmico. Este tipo de procesos necesita un aporte de calor exterior. Se realiza en reactores tubulares en presencia de llama. Esta es generada mediante mecheros adecuadamente dispuestos para conseguir la transmisión del calor uniforme por radiación dentro de la cámara de combustión. Este proceso se emplea en la fabricación de combustible de hidrógeno, aunque actualmente se pretende reducir la contaminación con energías renovables.
Los reactores en el reformado con vapor
Estos reactores se denominan generalmente hornos. Los tubos son rectos y se disponen verticalmente colgados por su parte superior de modo que puedan dilatarse y fluir hacia abajo libremente. Están rellenos del catalizador de níquel, en aglomerados con forma de anillos raschig de 5/8″. Este catalizador se envenena irreversiblemente con el H2S, por lo que la alimentación debe estar previamente desulfurada.
A través de unos colectores de alimentación se introduce la mezcla de gas con vapor de agua previamente calentada en unos tubos dispuestos en los conductos de los gases de combustión del horno. El vapor de agua se introduce en exceso para evitar que se produzcan incrustaciones de coque en el interior de los tubos según las reacciones secundarias:
CO + H2 W C + H2O CH4 W C + 2 H2 2 CO W C + CO2 |
El vapor de agua en exceso gasifica los depósitos de coque según de reacción anterior del gas de agua, eliminandolos. De no ser así, el catalizador se ensuciaría y la transmisión del calor sería menor. Además, subiría la temperatura de la pared de los tubos de acero, lo que implica un riesgo de rotura.
Para asegurar la resistencia mecánica de los tubos a lo largo del tiempo es importante que la temperatura de su pared no sobrepase un valor límite, que está situado alrededor de los 1.000 ºC. El flujo de calor radiante que reciben las paredes de los tubos suele ser del orden de 215-245 MJ/h m2 . La velocidad aparente de los gases por su interior es muy alta, concretamente está entre 5 y 7 m/s. El motivo es lograr que el coeficiente de película interior sea lo mayor posible.
El combustible quemado en los mecheros es gas natural. En ocasiones, se emplea nafta. La posición de los mecheros puede ser distinta. Aunque, lo ideal es lograr la distribución más homogénea del calor. Para ello, se debe evitar las sombras en la radiación de la llama.
¿Se puede generar hidrógeno a partir de reformado de gas natural?
El hidrógeno puede ser producido a partir de metano en gas natural utilizando vapor de agua alta temperatura. Este proceso es uno de los más empleados para la producción de hidrógeno. Se le conoce como reformado de metano con vapor de agua. Hay otro método, denominado oxidación parcial, que produce hidrógeno al quemar metano en el aire. Ambos métodos producen “gas de síntesis”, el cual se hace reaccionar con agua para producir más hidrógeno.
El gas de síntesis es un gas producido a partir de materiales ricos en carbono, como el carbón, la hulla, el coque, la nafta o la biomasa. Syngas se utiliza como fuente de hidrógeno y combustible.
También se utiliza para reducir directamente el mineral de hierro a hierro esponja. Los usos químicos incluyen la producción de metanol, que es un precursor del ácido acético y muchos acetatos; combustibles líquidos y lubricantes en el proceso Fischer-Tropsch, y anteriormente en el proceso Mobil de metanol a gasolina; amoníaco en el proceso Haber, que convierte el nitrógeno atmosférico (N2) en amoníaco utilizado como fertilizante.
El proceso de reformado con vapor autotérmico
El proceso de reformado con vapor autotérmico se lleva a cabo en un reactor a presión con un lecho de catalizador. Se hace pasar la mezcla de gas y vapor de agua junto con oxígeno de origen criogénico. También, se produce gas de síntesis para la fabricación de amoníaco y aire comprimido. La combustión de una parte del gas con el oxígeno genera el calor necesario para las reacciones que se producen en el reformado.
Fabricación de componentes con reformado de vapor
En la fabricación de amoníaco, se dispone un horno de reformado seguido de otro autotérmico. En otras palabras, se emplea un reformador primario y otro secundario. Se introduce el gas saliente del primario y una nueva aportación de gas de alimentación y aire. Así se introduce el nitrógeno necesario para mantener la relación deseada de 3 a 1 entre el H2 y el N2. El gas con destino a la fabricación de amoniaco es necesario convertir el CO en CO2 en lo posible. De esta forma, se produce más hidrógeno y se aumenta el rendimiento del gas de alimentación. Ello se realiza en un reactor con dos lechos de catalizador y un enfriamiento intermedio del gas.
En todo caso, el CO2 debe ser eliminado finalmente en una unidad de descarbonatación absorbiéndolo con una solución de carbonato potásico a presión, que pasa a bicarbonato y luego se regenera mediante aporte de calor y bajando la presión, según la reacción reversible.
CO2 + H2O + K2 CO3 ⇒ Q ⇒ 2 KH CO3
En la fabricación de metanol, se mantiene una relación de 2 a 1 entre el H2 y el CO. Por ese motivo, no se somete el gas reformado a un “shift conversion” adicional.
