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• Guido Ronald Roque

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Universidad Publica El Alto Ingeniería de Gas y Petroquímica

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Introducción El hidrogeno no es una fuente de energía primaria, debido a que no se encuentra libre en la naturaleza y no es directamente aprovechable, pero si es un portador de energía. Se puede producir el Hidrogeno a partir de energías primarias como ser: Carbón, Petróleo, Electrolisis y Gas Natural. Hoy en día el 96% del hidrogeno producido, se obtiene de los combustibles fósiles El hidrogeno tiene una densidad energética en masa mayor a la de la gasolina (3 veces superior).

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Introducción El hidrogeno es un gas difícilmente licuable debido a las siguientes características: Punto de Fusión: - 259°C

Punto de Ebullición: - 253°C Densidad : 0,0899 kg/Nm3 Por lo que al expandirse el hidrogeno, este tiende a calentarse motivo por el cual se requiere de Nitrógeno liquido.

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Introducción La gran ventaja del hidrogeno liquido es que su densidad a presión atmosférica y temperatura de 20°K es 76,4 kg/m3 (850 veces mayor que la del gas en condiciones normales) lo que permite confinarlo en recipientes no muy voluminosos y de paredes delgadas. Sus principales aplicaciones como reactivos son: -

-

Con el Nitrogeno para Producir Amoniaco Con el CO y el CO2 para producir Metanol Con Hidrocarburos insaturados y Aromáticos para saturar sus dobles enlaces. Con Hidrocarburos sulfurados para de-sulfurarlos produciendo sulfuro de hidrogeno

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METODOS DE PRODUCCION DE HIDROGENO SEGÚN EL COMBUSTIBLE 4%

18%

48%

30%

Electrolisis Carbon Petroleo Gas Natural

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Métodos de Producción de Hidrogeno BIOLOGICOS

REFORMADO

Foto Biológico Digestión Anaeróbica Microorganismos fermentativos

Reformado Con Vapor Oxidación Parcial Reformado Automático Reformado con Plasma

HIDROGENO

ELECTROLITICOS Electrolisis Foto electroquímico Foto conversión

OTROS Termoquímica Gasificación Pirolisis Proceso Kvaemer alcoholes

de

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Método con reformado de Vapor El hidrogeno se obtiene a partir de hidrocarburos, fundamentalmente del gas natural, en dos etapas: Etapa N°1 Se produce Hidrogeno a partir del aporte de calor y vapor de agua a los hidrocarburos, se produce la reacción generando monóxido de carbono y agua.

CnHm + H2O + calor

→ n CO + (n+m/2)

H2

Etapa N°2 Se produce Hidrogeno a partir del monoxido de carbono tratado con vapor de agua temperatura, se produce lo que se conoce en la Industria como Gas de Síntesis .

CO + H2O + calor

→

CO 2 + H2

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El hidrogeno obtenido a partir de hidrocarburos por el método de reformado de vapor, tiene la ventaja de ser el mas económico pero tiene como inconveniente, es el uso de combustibles fósiles, si nos basamos en la economía del hidrogeno .

Oxidación Parcial El hidrogeno obtenido a partir de la oxidación parcial, consiste en la oxidación del metano o combustible, en vez de romper las moléculas de hidrocarburo con aporte de vapor de agua. Este método se utiliza para reformar hidrocarburos mas pesados como la gasolina o el gasoil

CnHm

+

O2

→ n CO + m/2

H2 + calor

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La desventaja de utilizar este método, es la generación de monóxido de carbón, que es un alto contaminante hacia la atmosfera.

Reformado Auto térmico Este método consiste en mesclar los dos métodos anteriores, aprovechando el calor que genera la primera reacción, el cual es aportado para la segunda reacción , es decir conseguir un proceso que no necesite fuente de energía externa, rapidez en el arranque para la obtención del Hidrogeno.

CnHm

+

H2O + calor → n CO + (n+m/2) H2

CO + H2O + calor

→

CO 2 + H2

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La desventaja de utilizar este método, es la generación de monóxido de carbón, que es un alto contaminante hacia la atmosfera.

Reformado

por Plasma

Este método el plasma es creado por un arco voltaico y consiste en mesclar los reactivos como ser: metano mas vapor o combustible diesel mas el aire y agua, los cuales al introducir en el reactor forman el H2 además de otros Hidrocarburos. El plasma termal se caracteriza por temperaturas de 3000 °C hasta 10000 °C y se puede utilizar para acelerar la cinética de las reacciones del reformado incluso sin utilizar un catalizador

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Proceso Kvaerner Es un proceso de producción de carbono e hidrogeno libre de CO2, utilizando electricidad y gas natural o combustibles mas pesados.

CnHm

+

E. Electrica

→ n C + m/2

H2

En este te método no produce emisiones significativas y requiere adema del combustible agua de refrigeración y electricidad, generando como subproducto 1000 Kw de vapor a alta temperatura

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Metodo de Electrolíticos Es un proceso de que consiste en la ruptura de la molécula de agua en Oxigeno e Hidrogeno siguiendo la siguiente reaccion:l

H2O

+

Energia

→

H2 + O2

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Método de Electrolisis Alcalina Es un proceso en el que normalmente se usa hidróxido de Potasio al 20 o 30 % en peso, a una temperatura de 70 a 100 °C y una presión que varia desde 1 a 30 [Bar]. En este método se produce las siguientes reacciones: Reacción Cátodo :

K K + H2O

e

+

→

H +H

→

K

K+H →

H2

+

OH

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Reacción en el Ánodo:

OH OH

→

→ ½

O +O Reacción Global:

H2O

→

H2

+ ½

O2

OH + e H2O →

O2

+ ½

O

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Método Electrolisis con Membrana Polimerica Es un proceso en el que la membrana polimérica (3 – 30 mm de espesor), deja pasar los protones (H+), generando las siguientes reacciones: Reacción en el Ánodo :

H2O

→

2H + (1/2) O2 + 2e

Reacción Cátodo :

2H + 2e → + H2 El inconveniente que se tiene este proceso, es que la membrana polimerica tiene un costo muy elevado; así como, la utilización de catalizadores a base de metales nobles hacen que estos costos sean aun mas caros que los electrolizadores alcalinos.

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Método Electrolisis con Membrana Polimerica

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Método a Partir de Combustibles Renovables (Foto Conversión) Para la foto conversión, se tiene el método indirecto (uso de Paneles Fotovoltaicos mas radiación Solar) y el método directo (uso de materiales semiconductores mas radiación solar) Es un proceso de electrolisis en el cual la energía necesaria para descomponer el agua en H2 y O2, es generada directamente utilizando energía solar Para el proceso, se utilizan series de celdas, cada una con un par de foto electrondos semiconductores sumergidos en electrolito acuoso y separador por una membrana que permite la transferencia de iones y previene la mezcla de los gases

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Método a Partir de Combustibles Renovables (Foto Conversión)

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Método a Partir de Combustibles Renovables (Foto Conversión)

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Método Biológicos para Producir Hidrogeno Es un proceso en el que se utilizan microorganismos muy variados desde procariotas (microorganismos unicelulares) hasta eucariotas (microorganismos sin núcleo definido) y desde fotolitotrofos (microorganismos que tienen la capacidad de tomar la luz del sol) a quimicoorganotrofos (utilizan la energía química extraída de la materia orgánica) En los microorganismos fotosintéticos, son dos las enzimas implicadas en la producción de hidrogeno : la hidrogenasa (Síntesis biológica del Hidrogeno) y la nitrogenasa (usadas para romper el nitrógeno molecular)

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Método Biológicos para Producir Hidrogeno

Hidrogenasa Nitrogenasa

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Métodos

Fotobiológico

Es un proceso en el que las algas eucariotas, pueden producir hidrogeno , utilizando luz solar, agua e hidrogenasa como una enzima.

Actualmente, esta tecnología esta en periodo de investigación y desarrollo con eficiencias de conversión muy bajas y costes muy elevados. En la actualidad se han identificado mas de 400 variedades de plantas primitivas para producir hidrogeno

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Métodos

Fotobiológico

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Métodos Fermentativos para producir Hidrogeno Dentro de las formas de producir hidrogeno a partir de biomasa, destacan las técnicas de fermentación , que puede ser de tipo alcohólica o de tipo anaeróbica.

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Métodos Fermentativos Tipo Alcoholica

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Métodos Fermentativos Anaerobica

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Métodos Conversión Termoquímica Junto con la digestion anaerobia, es el otro granproceso de obtencion de hidrogeno a partir de Biomasa:

Este es un proceso multietapa que incluye: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

El Preprocesado de la alimentación Gasificación Pirolisis Limpieza de gas Reformado con vapor Reacción de sustancias Separación del hidroheno

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Métodos Conversión Termoquímica

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Gracias por su atencion