Efecto de las condiciones de reacción sobre la autotermicidad del proceso CLR para producir H₂ empleando NiWO₄ como transportador de oxígeno

Abstract

El chemical looping reforming (CLR) ofrece una ruta alternativa para la producción de hidrógeno a partir del reformado de metano, evitando el contacto directo entre el combustible y el oxidante gaseoso. En su lugar, emplea un óxido metálico sólido como portador de oxígeno, que a través de su reducción permite la obtención de gas de síntesis en el reactor de combustible. Posteriormente, el sólido agotado se recupera en el reactor de regeneración utilizando diferentes agentes oxidantes, como aire o agua, para luego ser recirculado a la primera etapa, cumpliendo así un proceso cíclico. De esta manera el proceso combina una etapa endotérmica (reactor de reducción) y una exotérmica (reactor de regeneración), con el potencial de evitar el aporte externo de energía, permitiendo operar de manera autotérmica. Esto representa una ventaja significativa respecto al reformado convencional de metano, donde las altas temperaturas de reacción se logran mediante fuentes externas de energía. En este trabajo, se analizó el desempeño del ₄ como sólido transportador de oxígeno, de manera de identificar los rangos de temperatura de cada reactor y las relaciones de reactivos que optimicen el rendimiento del proceso, considerando tanto la producción de hidrógeno, como el balance energético. Para esto, en primer lugar, se llevó a cabo un análisis termodinámico que permitió determinar las composiciones de equilibrio y luego, junto con los balances de energía, se evaluó el efecto de las condiciones de reacción. El marco termodinámico desarrollado y los resultados obtenidos representan un límite teórico dado que este enfoque no considera limitaciones cinéticas, de transporte, ni la degradación química o mecánica del material. Sin embargo, comprender este límite es valioso, ya que establece una base para identificar las condiciones que pueden mejorar el rendimiento del proceso y establece un valor máximo que puede alcanzarse optimizando ciertos parámetros operativos.