0.1 El gas natural contiene impurezas de azufre, se requiere una etapa previa de eliminación de este contaminante para evitar el deterioro de la actividad catalítica.
0.2 Como el gas natural contiene una pequeña proporción de otros hidrocarburos tales como etano, propano y butano, que se descomponen con facilidad y generan residuos carbonosos en las condiciones de reformado del metano, componente mayoritario, se requiere una etapa previa de reformado (pre-reformado) para transformar una parte de los hidrocarburos presentes en el gas natural en una mezcla de CO/H2
1.- Hacer reaccionar el gas natural con vapor de agua. Obtendremos Hidrógeno, en un reactor con catalizador de niquel, y CO (Primera ecuación)
1.2.- Usamos adsorbedores o membranas especiales pueden separar el hidrógeno a partir de esta corriente de gas.
(1.200 ºK y presión total de 20-30 bar.)
2.- Derivamos el CO, en un segundo reactor con catalizador de niquel, que también hacemos reaccionar con vapor de agua. (Segunda ecuación)
(1.200 ºK y presión total de 20-30 bar.)
2.2- Que nuevamente separaremos del CO2 con absorbedores o membranas especiales que pueden separar el hidrógeno a partir de esta corriente de gas.
3.-Finalmente en un tercer reactor saturamos agua seca* con CO2; por cada 60 gramos de agua seca obtendremos 10 litros de CO2
Incorporar unidades de purificación mediante compresión/adsorción/desorción que permiten alcanzar un hidrógeno muy puro (99,999% volumen).
Así obtenemos Hidrógeno limpio.
*partículas que contienen una gota de agua minúscula, rodeada de una nanocapa de sílice hidrófobo.
Nota: Se produciría un calor residual, que igual podría ser aprovechado para cogeneración.
Un ejemplo de membranas separadoras de hidrógeno.
Ó
Convertir el gas natural en hidrógeno limpioFecha de publicación original: 9 de septiembre de 2022
Versión actualizada: 2 de septiembre de 2025 El gas natural, compuesto principalmente por metano (CH₄), junto con etano, propano, butano y trazas de otros hidrocarburos, puede transformarse en hidrógeno de alta pureza mediante un proceso químico eficiente y limpio. Este método combina tecnologías establecidas como el reformado con vapor (steam methane reforming, SMR) y la captura de dióxido de carbono (CO₂) para producir hidrógeno «azul», minimizando las emisiones de gases de efecto invernadero. A diferencia de versiones anteriores que proponían innovaciones experimentales como el agua seca, esta actualización incorpora la absorción física con solventes (e.g., Selexol), la tecnología más efectiva y eficiente para la captura de CO₂ en hidrógeno azul, logrando tasas de captura superiores al 98% con baja penalidad energética.
El proceso se realiza en tres reactores principales, con etapas de pre-tratamiento y purificación final, y aprovecha el calor residual para cogeneración de electricidad y calor.Pre-tratamiento del gas naturalAntes de ingresar al proceso principal, el gas natural debe purificarse para eliminar impurezas que podrían dañar los catalizadores o reducir la eficiencia. Esto incluye:
- Eliminación de azufre: Compuestos sulfurados se remueven mediante procesos como hidrogenación y adsorción, evitando el envenenamiento de catalizadores de níquel.
- Pre-reformado: Los hidrocarburos pesados (etano, propano, butano) se convierten en metano y una mezcla de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H₂), preparando el gas para el reformado principal.
Para más detalles sobre equipos industriales en este paso, consulte: Procesamiento de gas natural.Primer reactor: Reformado con vaporEn este reactor, el gas natural purificado reacciona con vapor de agua (H₂O) en presencia de un catalizador de níquel a una temperatura de aproximadamente 1.200 ºK (927 ºC) y una presión de 20-30 bar. La reacción principal es:CH₄ + H₂O → CO + 3H₂Esta etapa produce una mezcla de H₂ y CO (syngas). El hidrógeno se separa parcialmente mediante adsorbentes o membranas selectivas, como las basadas en paladio o polímeros, para optimizar el flujo hacia las etapas posteriores.Referencia técnica: Tesis sobre catalizadores de níquel.Segundo reactor: Reacción de desplazamiento de gas de agua (water-gas shift)El syngas del primer reactor ingresa aquí, donde el CO reacciona con más vapor de agua, nuevamente con catalizador de níquel:CO + H₂O → CO₂ + H₂Esto genera hidrógeno adicional y CO₂. Al igual que en el primer reactor, se realiza una separación inicial del H₂ del CO₂ mediante membranas o adsorbentes, preparando la mezcla para la captura eficiente de CO₂ en la siguiente etapa.Tercer reactor: Captura de CO₂ mediante absorción física con solventesPara hacer el proceso «limpio», el CO₂ generado se captura utilizando absorción física con solventes como Selexol, una tecnología óptima para corrientes de syngas a alta presión y concentración de CO₂. En esta etapa, el flujo de gas (principalmente CO₂ y trazas de H₂) se dirige a una torre de absorción donde se contacta con el solvente orgánico. El CO₂ se disuelve físicamente en el solvente bajo presión (20-30 bar), formando una solución rica en CO₂:CO₂ (gas) → CO₂ (disuelto en solvente)Esta reacción ocurre a temperaturas moderadas (20-50 ºC), capturando >98% del CO₂ con alta selectividad. Posteriormente, la solución rica se transfiere a una unidad de regeneración, donde se reduce la presión (a ~1-5 bar) para liberar el CO₂ puro y regenerar el solvente para su reutilización, sin requerir calor intensivo. El CO₂ capturado se comprime y se destina a almacenamiento geológico (CCS) o utilización (CCUS), como en la producción de químicos o inyección en yacimientos de petróleo.
Esta sustitución mejora la eficiencia energética y reduce costos en comparación con métodos químicos, con una penalidad energética 50-70% menor y menor generación de residuos, aunque requiere un manejo de presiones altas para maximizar la absorción.
Para más información sobre esta tecnología: Absorción física en captura de CO₂.Purificación final y almacenamientoEl hidrógeno separado de las etapas anteriores se somete a una purificación adicional mediante unidades de compresión, adsorción por oscilación de presión (PSA) y desorción, alcanzando una pureza del 99,999%. Para el almacenamiento, se utilizan hidruros metálicos que permiten la compresión y liberación controlada del H₂ sin necesidad de alta presión externa.Referencia: Hidruros metálicos para almacenamiento de hidrógeno.Además, se aprovecha el calor residual de los reactores para generar electricidad y calor mediante cogeneración, mejorando la eficiencia global del proceso.ConclusiónEste proceso actualizado convierte el gas natural en hidrógeno limpio de manera eficiente y sostenible, alineado con los avances en hidrógeno azul en 2025. Con la integración de absorción física con solventes, se logra una captura de CO₂ robusta, de alta eficiencia y comercialmente viable, contribuyendo a la transición energética. Para aplicaciones en producción de hidrógeno: Membranas Nafion.Nota: Esta versión es una adaptación conceptual basada en tecnologías actuales; para implementación real, consulte expertos en ingeniería química.
