Simulación del proceso de separación de hidrógeno de gases de baterías de coque mediante adsorción

Abstract

Debido a la reducción de las reservas de combustibles fósiles y las emisiones de dióxido de carbono, se buscan energías alternativas y respetuosas con el medio ambiente. Una de estas alternativas es el hidrógeno el cual se ha identificado como uno de los vectores energéticos más prometedores para el desarrollo de energía sostenible. Dado que el hidrógeno no aparece de forma aislada en la naturaleza haciendo que su obtención se convierta en una tarea complicada y costosa, se recurren a otros métodos de producción, como pueden ser procesos de reformado o separación de gases industriales. Actualmente, la principal fuente de obtención de H2 es a partir de gas natural. Sin embargo, algunos autores han evaluado la viabilidad de la producción de hidrógeno a partir de otro tipo de gases, como son los gases de coque procedentes de plantas de producción de acero. El proceso propuesto para la producción de hidrógeno a partir de estos gases es la adsorción por oscilación de presión (Pressure Swing Adsorption, PSA en inglés), ya que todos los componentes de los gases de baterías de coque excepto el hidrógeno se retienen en las partículas adsorbentes contenidas en lechos fijos. En este trabajo final de máster se propone el empleo de un simulador comercial específico para la operación de adsorción, Aspen Adsorption®, para estudiar la separación de H2 a partir de gases de baterías de coque, calculando las curvas de ruptura y los puntos de ruptura de la adsorción en lecho fijo (tanto a escala bench como a escala industrial), con dos adsorbentes comerciales, Carbón Activo y Zeolita 5A. El modelo desarrollado de columna a escala industrial permite su integración en un proceso PSA para la obtención de H2 de alta pureza.

Due to the declining fossil fuel stocks and a consistent problem of the carbon dioxide emissions, new energy sources are needed. Among different alternatives, hydrogen has been identified as one of the most ideal energy carriers to sustainable energy development. Obtaining hydrogen directly from nature is tough and expensive, so other methods of hydrogen production are used, such as separation or reforming processes from industrial gases. Nowadays, natural gas is the preferred feedstock for hydrogen production. However, some authors evaluated the feasibility of hydrogen production using alternative feedstocks, such as coke oven gas. Since all the coke oven gas components except hydrogen are adsorbed in fixed beds, the adsorption process, more specifically, Pressure Swing Adsorption (PSA) is the most relevant approach to produce pure hydrogen. In this Master Thesis, the use of a commercial simulation software, specifically designed to describe the adsorption processes, Aspen Adsorption®, is proposed, to study the H2 separation from coke oven gas, from the calculation of breakthrough curves and breakthrough times of the adsorption process (at bench and industrial scale), using two commercial adsorbents, Activated Carbon and Zeolite 5A. The model developed here for the industrial scale column allows its integration in a PSA process to produce high purity H2.