OPTIMIZACIÓN DE LA OPERACIÓN DE UN REACTOR DE FLUJO RECÍPROCO DE MEDIO POROSO CON SUMINISTRO DE GAS NATURAL Y ADICIÓN DE VAPOR DE AGUA PARA LA GENERACIÓN DE HIDRÓGENO

ARANEDA NÚÑEZ, HÉCTOR CAMILO (2018)

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Tesis Pregrado

En la actualidad, la creciente actividad antropogénica implica un aumento en la demanda energética, y con ello, la necesidad de encontrar nuevas fuentes sustentables que la provean. Este incremento en la actividad conlleva también una mayor generación de residuos a diferentes escalas, lo que entrega una opción para generación de combustibles alternativos como el biogás, trayendo como consecuencia una disminución en el impacto ambiental, además de generar otros combustibles limpios como el hidrógeno.Es por esto que en el marco del proyecto multidisciplinario “Producción de hidrógeno y biometano a partir de biogás proveniente de digestores anaeróbicos”, realizado en conjunto entre los departamentos de Ingeniería Mecánica e Ingeniería Química y Ambiental, se estudia la producción de H2 en base a una reacción de combustión filtrada de gas natural (simulando biogás purificado), añadiendo vapor de agua a un reactor de flujo recíproco.Se desarrollaron experimentos de combustión con inyección central y lateral, profundizando en este último caso, debido a una producción de H2 considerablemente mayor. Se utilizaron razones de equivalencia (F) de 1,5; 2; 2,5; 3 y 3,5 para combustión sin vapor, y de 1,5; 2; 2,5; 3 para combustión con vapor, con una relación vapor/combustible de 1. Estos experimentos permitieron conocer la composición de los gases producidos para las distintas condiciones, por medio de cromatografía de gases, con lo que se modelaron superficies de respuesta, basados en un diseño factorial para cada uno de los componentes (H2, CO, CO2 y CH4). Estos modelos permitieron obtener una optimización de la producción de hidrógeno, encontrándose un porcentaje en volumen de 14,9% para un F de 2,69 sin adición de vapor. Sin embargo, la conversión de metano a hidrógeno se vio mejorada notoriamente al añadir vapor, pasando de 36,5% a 54,5% como valores máximos, con un F de 2,5 y 2, respectivamente.Además, se utilizó el software Aspen HYSYS para simular el proceso con las condiciones de operación del trabajo experimental, añadiendo cinéticas de reacción adecuadas para este tipo de combustión. Los resultados obtenidos permitieron definir que otras condiciones importantes para evaluar son la composición del combustible utilizado y también la energía térmica transferida al flujo de premezcla.Se logró obtener también una optimización de los modelos conseguidos en base a la simulación, donde se pudo maximizar el porcentaje de hidrógeno hasta un 30,8%, para una razón de equivalencia de 3,13, también sin adición de vapor. Esto infiere una posible relación entre los resultados experimentales y simulados, evaluados dentro de parámetros similares. A pesar de no conseguir producción máxima con vapor de agua, se puede asegurar que aumentando el calor entregado al flujo de premezcla, es posible generar una mejora considerable tanto en la producción de hidrógeno como en la conversión del combustible. Con estos resultados, se puede recomendar continuar con el estudio por medio de simulaciones con este software, con el fin de lograr predecir nuevos resultados en condiciones diferentes a las estudiadas.