1.- INTRRODUCCION:

El enlace covalente carbono-hidrgeno se encuentra entre los ms fuertes de todos los hidrocarburos, y por tanto su uso como materia prima es limitado. A pesar de la alta energa de activacin necesaria para romper el enlace CH, el metano es todava el principal material de partida para fabricar hidrgeno mediante reformacin con vapor. La bsqueda de catalizadores que puedan facilitar la activacin del enlace CH en el metano y otros alcanos ligeros es un rea de investigacin de gran importancia industrial.

El reformado con vapor es un mtodo para la obtencin de hidrgeno a partir de hidrocarburos, y en particular gas natural. Este proceso requiere de una gran cantidad de energa para realizar el reformado y en el caso de algunos combustibles, se necesita una remocin de contenidos de azufre y otras impurezas.

Este proceso consiste en exponer al gas natural, de alto contenido de metano, con vapor de agua a alta temperatura y moderada presin. Se obtienen como resultado de la reaccin qumica hidrgeno y dixido de carbono, y dependiendo la mezcla reformada, tambin monxido de carbono, este proceso tiene un rendimiento de 65%, y en el caso de que el gas natural contenga azufre, este debe ser eliminado mediante la desulfuracin. El proceso se lleva a cabo mediante dos reacciones, la primera es la reaccin de Water Gas Shift entre el agua y el metano:

CH4 + 2 H2O 4 H2 + CO2

2.- OBJETIVOS:

El Suministro de Hidrgeno es de vital importancia para las unidades de procesos : de

Hidrotratamiento de Gasleo Liviano, Unidad 15 Soporte de Hidroprocesamiento y Unidad

16 Hidrocraqueo de Gasleo, que utilizan este producto como materia prima, para

garantizar la continuidad operacional de los procesos y poder mantener los estndares

establecidos: metas, calidad y rendimiento.

Validar bajo un amplio rango de condiciones de operacin el modelo (steam reforming) de

hidrocarburos lquidos para produccin de hidrogeno. Dar a conocer los procesos de

hidrogenacin o hidrotratamiento en un proceso de reformacin.

3.- MARCO TEORICO:

para la reformacin del metano es necesario algunos implementos como agua, vapor y un reactor.

Esta tecnologa se conoce como la reforma y es una opcin viable para permitir el desarrollo y pruebas de aplicaciones a escala comercial de las pilas de combustible en la generacin distribuida de electricidad.

En el reformado con vapor de metano, una mezcla de vapor de agua y filtraciones de metano a lo largo de un reactor cataltico y se desea que las reacciones qumicas que favorecen la descomposicin de metano y vapor de agua en hidrgeno y dixido de carbono.

3.1.- PRODUCCIN DE HIDRGENO

Los grandes volmenes de Hidrgeno requeridos para los proceso de hidrotratamiento del

crudo se obtienen a partir del Gas Natural, ste es reformado junto con vapor de agua, en

presencia de un catalizador de Nquel a elevada temperatura. El Gas Natural empleado es

una mezcla de hidrocarburos livianos con impurezas, con una composicin promedio de.

Tabla 1.- Composicin del Gas Natural.

Componentes: % en Volumen

Metano (CH4) 83.87

Etano (C2H6) 8.25

Dixido de Carbono (CO2) 7.48

Propano (C3H8) 0.27

Nitrgeno (N2) 0.13

Sulfuro de Hidrgeno (H2S) 10 ppmv

El Gas Natural que es suplido al Mejorador puede contener altos niveles de compuestos

sulfurados, como se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 2.- Impurezas del Gas Natural.

Compuestos Sulfurosos Concentracin (ppmv)

Sulfuro de Hidrogeno (H2S) 15

Sulfuro de Carbonilo (COS) 5

Mercaptanos (RSH) 5

3.2.- DESCRIPCIN GENERAL DEL PROCESO

La descripcin del proceso de Hidrgeno, se divide en varias actividades secunciales,

las cuales se ordenan a continuacin:

Purificacin de la Alimentacin.

Reformacin de Vapor/Hidrocarburo.

Reactor convertidor y enfriamiento de gas de proceso.

Purificacin de Hidrgeno.

Sistema de Vapor.

Sistema de Gas Combustible.

Recuperacin del Calor del Gas de chimenea.

3.2.1.- PURIFICACIN DE LA ALIMENTACION (Gas Natural):

El Gas Natural que utiliza la Unidad de Produccin de Hidrgeno (HPU) debe poseer

ciertas caractersticas especficas a fin de evitar daos en los equipos y catalizadores

presentes, por tal motivo debe ser sometido a un proceso de purificacin. El Gas Natural

pasa inicialmente por un sistema de separacin de lquido luego es comprimido por un

turbo compresor a fin de elevar su presin desde 240 psi hasta 461 psi, posteriormente

el gas natural es precalentado a fin de llevarlo hasta una temperatura optima (700 F)

para entrar al reactor, donde los compuestos sulfurosos presente en el gas son

convertidos en Sulfuro de Hidrgeno (H2S) por medio de una inyeccin de Hidrgeno en

presencia de un catalizador de cobalto molibdeno con soporte de almina, como se

muestra en las siguientes reacciones:

RSH + H2 RH + H2S

COS + 4H2 CH4 + H2O + H2S

SO2 + 3H2 2H2O + H2S

El porcentaje molar requerido de hidrgeno es de 3 %, obtenido del cabezal principal de

hidrogeno e inyectado a la alimentacin antes de entrar al tambor de separacin de

lquido, con la finalidad de promover las reacciones de desulfuracin y prevenir la

coquificacin en el reformador.

Luego de que el Gas Natural es sometido al proceso de hidrotratamiento pasa a los

reactores de desulfuracin, los cuales contienen lechos de xido de Zinc (ZnO), ste

reacciona con el Sulfuro de Hidrgeno (H2S) presente y produce el Sulfuro de Zinc (ZnS),

el cual queda retenido en el lecho, permitiendo remover prcticamente todo el Sulfuro de

Hidrgeno (H2S), cuya concentracin a la salida de los desulfuradores es menor a 0.1

ppm.

Los compuestos de azufre son dainos para un gran nmero de reacciones catalticas,

particularmente las reacciones de reformacin. Estos compuestos pueden causar una

reduccin en la actividad del catalizador; la perdida de actividad implica la necesidad de

mantener altas temperaturas en el Reformador para lograr las conversiones deseadas.

Por lo tanto, la remocin casi completa del azufre es una necesidad.

A medida que el H2S reacciona con el ZnO para formar ZnS, el lecho absorbedor

alcanzar su nivel de saturacin y tendr que ser reemplazado. Dos lechos en serie son

empleados por esta razn, permitiendo que un lecho este aislado para el reemplazo del

catalizador, mientras que el segundo esta en operacin.

3.2.2.- REFORMACIN DE VAPOR/HIDROCARBUROS:

Luego de haber sido sometido a un proceso de purificacin (hidrotratamiento y

desulfuracin), el gas de alimentacin es mezclado con vapor sobrecalentado procedente

del serpentn de sobrecalentamiento. La mezcla vapor/gas es sobrecalentada en el

serpentn, que esta ubicado en la zona de conveccin del horno reformador.

Para lograr una eficiencia mxima, es deseable operar con la menor relacin vapor / Gas

de Alimentacin en el reformador, para evitar la formacin de carbn en el catalizador. La

relacin de diseo del vapor y gas de alimentacin es de 3:1. El vapor de proceso hacia

el reformador tiene el flujo controlado con el fin de mantener la relacin (vapor /

Alimentacin) deseada.

La mezcla de vapor / Gas pasa a la seccin radiante del reformador, cuyo diseo esta

comprendido por 300 tubos verticales llenos de un catalizador de Oxido de Nquel en

soporte de Almina, en los cuales, con la alta temperatura (1000F), el vapor y los

hidrocarburos, reaccionan para formar hidrgeno y los xidos de carbonos C0/C02. La

reaccin de reformacin es endotrmica, es decir, absorbe calor y requiere la adicin de

aproximadamente 93.00BTU/MOL de CH4 reaccionado. El calor es suministrado a los

tubos por medio de 105 quemadores ubicados dentro del Reformador para mantener las

elevadas temperaturas de la reaccin.

Las reacciones bsicas que ocurren en el Reformador 22-H-101 desde el punto de vista

termodinmico pueden ser descritas como siguen:

a) CnHm + nH2O nCO + 2

)mn2( H2

b) CH4 + H2O CO + 3H2

c) CO + H2O CO2 + H2

La reaccin vapor/metano mostrada en la ecuacin a es la ms importante de todas

porque el metano representa el 82% de los hidrocarburos presentes en el gas de

alimentacin y la ecuacin c ocurre en el convertidor de alta.

Las reacciones de reformacin son catlizadas por el nquel, sensible a daos temporales

causados por compuestos de azufre. Una operacin adecuada de los Reactores A / B

garantiza que la alimentacin al Reformador contenga menos de 0,02 ppm por peso de

azufre.

3.2.3.- REACTOR CONVERTIDOR Y ENFRIAMIENTO DE GAS DE PROCESO:

El enfriamiento del gas reformado del es efectuado por el intercambio de calor en el

generador de vapor. El gas de proceso es enfriado a la temperatura ptima de 650 F

para entrar al reactor convertidor.

La segunda etapa en el proceso de la produccin de hidrgeno es la conversin de C0 en

C02 en el Reactor Convertidor. La reaccin es la siguiente:

CO + H2O CO2 + H2

La reaccin en el Convertidor es moderadamente exotrmica; pero esta favorecida por

temperaturas ms bajas. La actividad del catalizador, xido de Hierro promovido con

Cobre, por otra parte, se incrementa a temperaturas ms altas. Por lo tanto, es necesario

un ajuste correcto de la temperatura de entrada del para obtener un desempeo ptimo

del reactor. La temperatura a la entrada del reactor debe ser mantenida bajo control en

650 F.

La reaccin ligeramente exotrmica, eleva la temperatura a la salida del reactor hasta

779 F (EOR). A bajas temperaturas el equilibrio de la reaccin tiende hacia la derecha,

de all la importancia de controlar la temperatura de entrada.

3.2.4.- PURIFICACIN DE HIDROGENO:

Una corriente de gas rico en hidrgeno, proveniente de la Unidad de Soporte de

Hidroprocesamiento entra al tambor separador y se une por una lnea de 3 a la salida del

tambor (hidrgeno Crudo) para la purificacin en la Unidad PSA.

El producto de hidrgeno de alta pureza es recuperado del gas, mediante el Proceso de la

ADSORCIN POR BALANCEO DE PRESION (PSA.).La unidad PSA recupera 88% de la

alimentacin de hidrgeno a una pureza de producto de 99.9 % Vol. y un total de

contenido de xido de carbono menor a 10 ppm. La produccin de hidrgeno pasa a

travs de un filtro con la finalidad de retener posibles partculas slidas antes de ser

exportado de la unidad.

El gas de purga del PSA contiene todas las impurezas y es usado en su totalidad como

combustible principal para el Reformador. La tasa de flujo del gas de purga y las

fluctuaciones de composicin son amortiguada en el tambor de gas de purga del PSA.

3.2.5.- SISTEMA DE VAPOR:

El condensado de proceso del tambor separador de la alimentacin del PSA, es

complementado con agua desmineralizada proveniente del rea de servicios y del

condensado bombeado desde el lmite de batera para ser precalentados en el y ser

enviados al desaereador, donde los gases disueltos son removidos por despojamiento

con vapor. El desaereador es el mismo para ambos trenes.

El condensado de proceso contiene cerca de 0.5 % por peso de dixido de carbono,

trazas de amonaco, gases inertes y trazas de metanol, promovido por el catalizador del

reactor convertidor (Cobre/FeO), el cual tambin es disuelto en el condensado de

proceso.

El tratamiento del condensado de proceso en el desaereador remueve virtualmente todos

los componentes excepto el metanol, el cual esta principalmente en el agua desaireada y

es eventualmente liberado con el vapor producido en el sistema de calderas.

3.2.6.- SISTEMA DE COMBUSTIBLE:

El calor del reformador, es provisto por la combustin del gas de purga del PSA como

combustible principal y el combustible del mejorador es utilizado como un combustible de

respaldo. Durante la operacin normal, el complemento del gas combustible del mejorador

es de aproximadamente 40% de la demanda total de calor, el mismo, es usado para el

arranque del reformador.

4.-CONCLUSIONES:

Es importante mencionar que el Reformado con vapor es econmicamente y

tcnicamente ms accesible, en comparacin con otras tecnologas como ser: Reformado

por Intercambio de Calor, Reformado en dos Etapas, Reformado Auto trmico, Reformado

por Oxidacin Parcial no Cataltico.

En el proceso de produccin el exceso de H2 puede ser utilizado para la produccin de

metanol o amoniaco cuando el GN contiene elevado grado de CO2.

5.- BIBLIOGRAFIA:

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERA DIVISIN DE POSTGRADO PROGRAMA DE INGENIERA QUMICA http://seminariounefm.files.wordpress.com/2012/01/charla-1.pdf

Tesis doctoral: Natalia Merlanes Snchez

http://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/2185/tesisUPV2623.pdf

Textos cientificos.com

http://www.textoscientificos.com/quimica/hidrogeno/produccion

Repsol energy

http://www.repsol.com/pe_es/corporacion/conocer-repsol/canal-

tecnologia/aplicamos-nuevas-tecnologias/refino-productos/proceso-produccion-

hidrogeno.aspx

Saln de actos de EU politcnica

http://www.textoscientificos.com/quimica/hidrogeno/produccion

Ingeniera Qumica (Universidad Metropolitana, Caracas).