Descomposición catalítica de gas natural para la producción de hidrógeno y carbono

Resumen

La Descomposición Catalítica de Metano (DCM) en la que se produce en una única etapa H2 libre de C02 y carbono de alto valor añadido, es una alternativa muy interesante al reformado con vapor de agua de gas natural, que es el proceso más extendido en la actualidad para la producción de hidrógeno a gran escala. El trabajo presentado en esta Memoria aborda tanto estudios básicos relacionados con el tipo de catalizador utilizado, como los aspectos relacionados con el escalado del proceso. Se han estudiado dos tipos de catalizadores para la descomposición de metano: materiales carbonosos y metálicos. Se han investigado las condiciones de operación que determinan la actividad catalítica de estos materiales, analizando su influencia en la producción de hidrógeno y en las características del carbono producido. Entre los catalizadores carbonosos estudiados, los negros de humo presentan una alta estabilidad catalítica. Se ha encontrado que la actividad, catalítica inicial de estos materiales está correlacionada con la química superficial, mientras que la estabilidad lo está con los parámetros texturales. La regeneración de los materiales carbonosos se ha estudiado mediante dos vías, la regeneración externa con agentes activantes, y la siembra in sito de carbono procedente de la descomposición de hidrocarburos superiores al metano. El catalizador metálico basado en níquel, cobre y alúmina usado en este trabajo, cuya composición y método de preparación fue optimizado en un trabajo anterior, muestra una elevada actividad en la DCM. Además, el carbono depositado aparece en forma de nanofibras (NEC) tipo fishbone, llegando a acumular bajo determinadas condiciones de operación, más de 500 gramos por gramo de catalizador, sin que se observe desactivación del catalizador. Además, se ha investigado el efecto en la actividad catalítica de los catalizadores, de la presencia en la alimentación de alguno de los componentes minoritarios del gas natural, tales como H2S, etano y propano. Se ha constatado que la presencia de otros hidrocarburos distintos al metano no afecta negativamente la actividad de los catalizadores carbonosos y metálicos. Por otra parte, la presencia de H2S en la alimentación provoca la desactivación irreversible del catalizador metálico, mientras que incrementa la velocidad de reacción con los catalizadores carbonosos. De acuerdo con la bibliografía, el reactor de lecho fluidizado se presenta como la opción más prometedora para el escalado del proceso DCM. Por ello, se ha llevado a cabo el diseño, montaje y puesta a punto de una instalación experimental a escala semi piloto, en la que se ha demostrado que la descomposición de metano en un reactor de lecho fluidizado es viable tecnológicamente, mediante una cuidadosa selección de las variables de operación. Esta instalación permite obtener con el catalizador NiCuAl, H2 en el rango de m3 N/día, con una producción diaria de nanofibras de carbono de varios cientos de gramos.