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1.PROYECTO NACIONAL DE AREA ESTRATEGICA SOBRE HIDROGENO
2.PLANTA PILOTO DE PRODUCCION DE HIDROGENO
3.RED CYTED SOBRE HIDROGENO
HIDROGENO
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PROYECTO DE AREA PROYECTO DE AREA ESTRATEGICAESTRATEGICA
PAEPAE
HIDROGENO, PRODUCCION, USOS, HIDROGENO, PRODUCCION, USOS, ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE
(CUATRO AÑOS)
AGENCIA NACIONAL DE PROMOCION CIENTIFICA Y TECNOLOGICA
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HIDROGENO, PRODUCCION, USOS, ALMACENAMIENTO Y HIDROGENO, PRODUCCION, USOS, ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTTRANSPORTE (CUATRO AÑOS)
INSTITUCIONESINSTITUCIONES
CONICETCONICET
CNEACNEA
UBAUBA
GRUPOS DE I+D+IGRUPOS DE I+D+I
CAB (CNEA)CAB (CNEA)
CAC (CNEA)CAC (CNEA)
CINDECA (CONICETCINDECA (CONICET--UNLP)UNLP)
CITEFACITEFA
INCAPE (CONICETINCAPE (CONICET--UNL)UNL)
INGAR (CONICETINGAR (CONICET--UTN)UTN)
INIFTA (CONICETINIFTA (CONICET--UNLP) UNLP)
INTEQUI (CONICETINTEQUI (CONICET--UNSL)UNSL)
LPC (FIUBA)LPC (FIUBA)
PLAPIQUI (CONICETPLAPIQUI (CONICET--UNS)UNS)
EMPRESASEMPRESAS
ENARSAENARSA
INVAPINVAP
EDENOREDENOR
OTORGADO
PME: 3.700.000 $
PID: 3.000.000 $
PICT: 3.000.000 $
PRH: 3.000.000 $
PRAMIN: 600.000 $
+100 PERSONAS, +100 PERSONAS, ENTRE ENTRE INVESTIGADORES INVESTIGADORES Y BECARIOSY BECARIOS
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SANTA FE
BUENOS AIRES
LA PLATA
BAHIA BLANCA
SAN LUIS
BARILOCHE
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EL HIDRÓGENO COMO VECTOR ENERGÉTICOEL HIDREL HIDRÓÓGENO COMO VECTOR ENERGGENO COMO VECTOR ENERGÉÉTICOTICO
Uso en
dispositivos
Renovable
limpio
AlmacenamientoProducción Purificación Compresión Transporte
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H2
Celda decombustible
H2O
Reformador Purificador H2
Almacenamiento
O2
H2
H2Combustible
Subproyecto 2
Subproyecto 4
Subproyecto 3Subproyecto 1
PROYECTO PAE 36985 (2008-2012)
Produccion, purificacion y aplicaciones del hidrogeno como combustible y vector de energia
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Gas de síntesis MCFC & SOFC PAFC
Amoniaco
Metanol
2O or Air
PROXCO < 10 ppm
Heat Supply
2HCO
2
2
4
COH OCH
Reformer Unit2 5
2
C H O HH O
PEFC
WGS Shift CO < 2 %
PEM (Pilas de membrana polimérica) Fuentes móviles. Automóviles y aplicaciones portátiles.
SOFC (Pilas de óxido sólido)Aplicaciones estacionarias y móviles, potencia auxiliar para vehículos.MCFC (Pilas de carbonato fundido)Aplicaciones estacionarias y marinas.
PAFC (Pilas de ácido fosfórico)Aplicaciones estacionarias.
PLANTA PILOTO DE PRODUCCION DE HIDROGENO
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CINDECA. Desarrollo de catalizadores para el reformado de hidrocarburos livianos y oxidación preferencial de CO
INTEQUI. Desarrollo de catalizadores para el reformado de alcoholes
INCAPE. Reactores no convencionales para la generación y purificación de hidrógeno
LPC-FIUBA. Estudio cinético de las reacciones involucradas en la producción y purificación de hidrógeno obtenido a partir del reformado catalítico de alcoholes
SUBPROYECTO 1Desarrollo de catalizadores y procesos para producir hidrDesarrollo de catalizadores y procesos para producir hidróógeno geno
de alta purezade alta pureza
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CINDECAReformado HC
COPROX
INCAPEMicro-reactores
Reactores de membrana
INTEQUIReformado de alcoholes
LPCCinéticaCOPROX
Gas de agua
Personal involucrado: Investigadores: 20 Becarios doctorales: 14 Apoyo: 4
VinculaciVinculacióón interna de los n interna de los PICTsPICTs
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Equipamiento solicitado
PME 87: Espectrómetro Raman-FTIR confocal para estudios in situ (operando) de sistemas catalíticos generadores de hidrógeno, equipado con celda-reactor que opera hasta 1000o C.
Monto total: $ 1.080.000.
PME 71: Sistema automático de caracterización de catalizadores mediante las técnicas de quimisorción por pulsos TPD/TPR/ TPO/TPRS y para el análisis de especies emergentes.Monto total: $475.500 Monto otorgado: $410.000
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H2
Celda decombustible
H2O
Reformador Purificador H2
Almacenamiento
O2
H2
H2Combustible
Subproyecto 2
Subproyecto 4
Subproyecto 3Subproyecto 1
PROYECTO PAE 36985 (2008-2012)
Produccion, purificacion y aplicaciones del hidrogeno como combustible y vector de energia
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SUBPROYECTO 2
Grupos integrantesGrupos integrantes::
INGAR – Instituto de Desarrollo y Diseño (CONICET-UTN)Grupo de Ingeniería de Procesos
PLAPIQUI (UNS – CONICET) Grupo Reactores Químicos
LABORATORIO DE PROCESOS CATALITICOS (UBA)
Ingeniería de Procesos y Reactores. Desarrollo a escala piloto
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INGAR:•Modelado y métodos para la síntesis y diseño óptimos. Aplicaciones a procesos basados en energías alternativas.•Síntesis de Procesos Integrados. H2 a partir de(Bio)Etanol•Diseño de planta piloto de producción y purificación de Hidrógeno 1 kW y de prototipo de 5 kW
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PLAPIQUI:Diseño y análisis de Reactores de Membrana para Water
Gas Shift Reaction (WGSR)
Estudio de reactores de membrana para alimentacióncontrolada de reactivos: Reformado autotérmico
Análisis dinámico de un tren de reactores catalíticos para producción de H2 a partir de etanol
Estudio de reactores estructurados para generación y purificación de H2
CONICET
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LPC-FIUBA
Diseño de los reactores catalíticos que componen el tren de producción y purificación de hidrógeno a partir de etanol
Montaje y operación de planta piloto de producción y purificación de Hidrógeno 1 kW y de prototipo de 5 kW
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H2
Celda decombustible
H2O
Reformador Purificador H2
Almacenamiento
O2
H2
H2Combustible
Subproyecto 2
Subproyecto 4
Subproyecto 3Subproyecto 1
PROYECTO PAE 36985 (2008-2012)
Produccion, purificacion y aplicaciones del hidrogeno como combustible y vector de energia
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SUBPROYECTO 3
Celdas de Combustible
Grupos Integrantes
• Comisión Nacional de Energía Atómica (Centros Atómicos Constituyentes y Bariloche)
• Centro de Investigaciones en Sólidos CINSO (CONICET-CITEFA)
• Universidad Nacional del Sur• LPC-FIUBA• INCAPE
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Objetivos:
•Construcción y puesta a punto de celdas de combustible PEM en el ámbito de potencias de 1 a 5 kW
•Construcción de módulos de baja potencia de celdas SOFC que puedan ser escalables para prototipos de potencia intermedia
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Líneas temáticas: - Desarrollo y caracterización de materiales para electrolitos, cátodos y ánodos de celdas PEM.- Desarrollo de ensamblados ánodo-electrolito-cátodo para pilas PEM.- Desarrollo de ingeniería básica y conceptual para un prototipo de celdas PEM de potencia (1- 5 kW).- Desarrollo de placas electrolito-electrodo-materiales de interconexión para la fabricación de los dispositivos monopila, soportados sobre el electrolito o sobre el ánodo.
- Desarrollo de módulos de celdas SOFC de potencias del orden de 50 W que puedan ser alimentadas con hidrógeno conteniendo mas de 10 ppm de CO.
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PAE 36985SubProyecto 4
COMPRESION Y ALMACENAMIENTO DE HIDROGENO
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Uso de hidrógeno como vector de energíaProblemas• volumen del gas en CNPT• difícil de comprimir en forma mecánica• seguridad y transporte• energía y T para licuarlo
Materiales formadores de hidruros
SP4: Almacenamiento y compresión de hidrógeno
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SP4: Almacenamiento y compresión de hidrógeno
Tecnología en desarrollo por más de 20 años
Intermetálicos: lantánidos (baja capacidad en peso), útiles en compresión
Aleaciones de Mg (alta temperatura, baja estabilidad)
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SP4: Almacenamiento y compresión de hidrógeno
SP4
Grupos involucrados
1) Fisicoquímica de Materiales (CAB)
2) Metalurgia (CAB)
3) INIFTA (La Plata)
Investigadores: 22
Estudiantes de posgrado: +10 (más 5 becas solicitadas)
Proyectos
PICT (4)
PME (1)
PRH (5)
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SP4: Almacenamiento y compresión de hidrógeno
Proyectos
1) MATERIALES METALICOS Y NANOESTRUCTURADOS PARA ALMACENAMIENTO DE HIDROGENO EN FORMA DE HIDRUROS
2) DISEÑO DE FUENTES DE HIDROGENO BASADAS EN EL USO DE HIDRUROS METALICOS
3) DISEÑO DE ALEACIONES PARA COMPRESION DE HIDROGENO EN EL RANGO 30 - 100 BAR
4) ALMACENAMIENTO DE HIDROGENO EN SISTEMAS BASE Mg
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PLANTA PILOTO DE PRODUCCION Y PURIFICACION DE HIDROGENO A PARTIR DE
ETANOL
DIQ-FIUBA-Universidad de Buenos AiresInstituto de Desarrollo y Diseño
CONICET-UTN Santa Fe
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Gas de síntesis MCFC & SOFC PAFC
Amoniaco
Metanol
2O or Air
PROXCO < 10 ppm
Heat Supply
2HCO
2
2
4
COH OCH
Reformer Unit2 5
2
C H O HH O
PEFC
WGS Shift CO < 2 %
PEM (Pilas de membrana polimérica) Fuentes móviles. Automóviles y aplicaciones portátiles.
SOFC (Pilas de óxido sólido)Aplicaciones estacionarias y móviles, potencia auxiliar para vehículos.MCFC (Pilas de carbonato fundido)Aplicaciones estacionarias y marinas.
PAFC (Pilas de ácido fosfórico)Aplicaciones estacionarias.
Esquema del proceso de reformado de etanol con vapor. Usos y aplicaciones
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OBJETIVOOBJETIVO
DESARROLLAR Y PATENTAR LA TECNOLOGIA DE PRODUCCION Y PURIFICACION DE HIDROGENO A
PARTIR DE ETANOL
FABRICAR Y PATENTAR LOS CATALIZADORES INVOLUCRADOS
EN EL PROCESO
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METODOLOGIAMETODOLOGIA
1. EQUIPO A ESCALA LABORATORIO: PREPARACION, CARACTERIZACION Y EVALUACION DE CATALIZADORES. MEDIDAS CINETICAS.
2. DISEÑO DE REACTORES, DISEÑO CONCEPTUAL E INTEGRACION ENERGÉTICA DE UNA PLANTA PILOTO DE 1 kW Y OTRA DE 5 kW
3. EQUIPO PLANTA PILOTO DE 1 KW: VALIDAR LA ESTABILIDAD, ACTIVIDAD Y SELECTIVIDAD DE LOS CATALIZADORES . VALIDAR LOS MODELOS DE DISEÑO DE REACTORES4. EQUIPO PLANTA PILOTO DE 5 kW: VALIDAR EL DISEÑO Y ANALIZAR LA OPERABILIDAD DEL SISTEMA PARA CONTROL Y PUESTA EN MARCHA
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CATALIZADORESCATALIZADORES
• REFORMADO DE ETANOL CON VAPOR: C2H5OH + 3H2O = 2CO2 + 6H2
Metales nobles: rutenio, rodio, platinoMetales de transición: Níquel, cobalto
• WATER GAS SHIFT (WGS): CO + H2O = CO2 + H2
Catalizador comerciales de cobre (Cu/Zn/Ba/Al)Ctalizadores de cobre/niquel/ceria
• COPROX: CO + ½ O2 = CO2 H2 + ½ O2 = H2O
Metales nobles: PtCatalizadores de cobre/ceria
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DISEÑO DE REACTORES
(para una pila de 1kW)
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REACTORES: Síntesis para 1 kW y pureza grado PEM
REACTORLECHO FIJO
VOLUMEN (LITROS)
REFORMADOR 2,4
WGS 1,5
COPROX 0,2
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Integración Energética
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( )elec
FC addfuel fuel fuel
PLHV f f
η =+
Potencia eléctrica neta del sistema
La eficiencia neta del sistema η se define como la potencia eléctrica netaproducida por el sistema (obtenida sustrayendo de la energía total producida, la energía eléctrica necesaria para operar los equiposauxiliares como bombas y compresores) dividida por el valor caloríficoinferior (LHV) de todo el etanol consumido (etanol de proceso + etanolcombustible).
Eficiencia neta del sistema integrado
Etanol procesado en el reformador
Valor calorífico inferior del etanol Etanol usado comocombustible
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Condición Operativa óptimaCondiciones Óptimas del ReformadorTemperatura: 709 °CRelación Molar Agua/Etanol: 4Eficiencia Neta: 38%Eficiencia del Procesador: 80.5%
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INVESTIGADORESDra. Norma AMADEOIng. Graciela BARONETTIDra. Beatriz IRIGOYENDr. Miguel LABORDEDra. Susana LARRONDODr. Fernando MARIÑODra. Lorena BERGAMINITco. Roberto TEJEDA
DOCTORANDOSIng. Betina SCHÖNBRODIng. Verónica MASIng Pablo GIUNTAIng. Laura DIEUZEIDEIng. Máximo MORENOIng. Adriana ROMEROALUMNOSCecilia GraschinskyLucas GrossoJoaquín UboguiIgnacio LleraDr. Matías Jobbagy (INQUIMAE)
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INGARINGAR
IntegrantesIntegrantes
Grupo de Ingeniería de Procesos
Dr. Pio Aguirre (director)
Dr. Miguel Mussati
Dr. Javier Francesconi
Ing. Roberto Mato
Dr. Eduardo Miró
Ing. Diego Oliva
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RED DE H2 EN IBEROAMRED DE H2 EN IBEROAMÉÉRICARICA
HIDROGENO: PRODUCCIHIDROGENO: PRODUCCIÓÓN Y PURIFICACIN Y PURIFICACIÓÓN; N; ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTEALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE
H2PPATH2PPAT
(2007-2010)ENERGIA
Energías alternativas y renovableshttp://www.redhidrogenocyted.com.ar/
DIQ-FIUBA-Universidad de Buenos Aires
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PARTICIPANTES
ARGENTINA
CENTROS DE CONICET:CINDECA -INCAPE -
INGAR INIFTA - INTEC –
INTEQUIPLAPIQUI UBA - CAB - ENARSA
10 GRUPOS 70 INVESTIGADORES
BRASIL
•UNIVERSIDADES DE: SALVADOR; PERNAMBUCO; FEDERAL DE BAHIA; FEDERAL DE RIO DE JANEIRO
•INSTITUTO DE TECNOLOGIA
5 GRUPOS15 INVESTIGADORES
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BOLIVIAUNIVERSIDAD MAYORDE SAN ANDRES (5)
CHILE
UNIVERSIDAD DE CHILE (7)
COSTA RICA
INSTITUTO TECNOLOGICO DE COSTA RICA (1)
COLOMBIA
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER (8)
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CUBA
UNIVERSIDAD DE LAS VILLAS
UNIVERSIDAD DE CAMAGUEY
GRUPO EMPRESARIAL AGROINDUSTRIAL DE VILLA CLARA
3 GRUPOS
20 INVESTIGADORES
ESPAÑA
INSTITUTO DEL CARBÓN
UNIVERSIDAD DEL PAIS VASCO
UNIVERSIDAD DEL REY JUAN CARLOS
UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA
INSTITUTO POLITECNICO DE VALENCIA
UNIVERSIDAD AUTONOMA DE MADRID
6 GRUPOS
67 INVESTIGADORES
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PORTUGAL
LABORATORIO DE PROCESOS DE SEPARACION Y REACCION -UNIVERSIDAD DE PORTO
FACULTAD DE INGENIERIA-UNIVERSIDAD DE PORTO
2 GRUPOS
18 INVESTIGADORES
VENEZUELA
UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
2 GRUPOS
9 INVESTIGADORES
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• Producción: procesos, materias primas, reactores y catalizadores
• Purificación de hidrógeno grado celda: procesos, catalizadores y reactores.
• Almacenamiento y transporte: materiales, procesos.
• Seguridad en el manejo del hidrógeno.
TEMAS A DESARROLLAR EN LA RED
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•MOVILIDAD DE INVESTIGADORES: Asistencia acongresos, estancias cortas en centros de la red
•ORGANIZACIÓN DE CURSOS, JORNADAS PUBLICACIONES
•Proyectos CYTED
METODOLOGIA
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2007
• 2do Congreso Argentino y 1er. Congreso del MERCOSUR sobre Hidrógeno y Fuentes sustentables de Energía (HYFUSEN), Posadas, Argentina,
• XV Congreso Argentino de Catálisis, organizado por CINDECA (instituto que forma parte de la red) La Plata
2008• Curso sobre Producción y Purificación de Hidrógeno. Buenos Aires,
agosto 2008 (40 ALUMNOS)• Presentación de proyecto al CYTED sobre Catalizadores para
Producción de Hidrógeno (No otorgado)
ACTIVIDADES
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ACTIVIDADES2009•Curso sobre Producción, Purificación, Almacenamiento y Transporte de Hidrógeno. Oviedo, España, 20 de abril (80 ALUMNOS)•Organización del XVI Congreso Argentino de Catálisis, Buenos Aires, 3 de agosto•Escuela Argentina de Catálisis, Buenos Aires, 31 de julio• Presentación de dos proyectos al CYTED sobre producción y Purificación de Hidrógeno (No otorgados)
2010 (programadas)• Publicación de un informe sobre las Perspectivas del Hidrógeno en Iberoamérica• Publicación de un libro compilando las conferencias de los cursos realizados en BsAs y Oviedo• Impartir el curso sobre Hidrógeno en la región de América Central y el Caribe •Presentación de tres proyectos al CYTED sobre Producción, purificación y almacenamiento de Hidrógeno
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PRESUPUESTO: 35.000 EUROS/AÑO
+ de 200 investigadores+ de 30 grupos10 países
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GRACIAS POR SU ATENCIONGRACIAS POR SU ATENCION
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REFORMADO DE ETANOL CON VAPORREFORMADO DE ETANOL CON VAPOR
REACCION ENDOTERMICA,
PRESION ATMOSFERICA, T= 550-700ºC,
Reacciones múltiples
Productos finales: CH4, CO, CO2, H2
Posible formación de carbón
La relación agua/etanol puede definir el balance térmico del sistema
Alcohol
H2O54%
9%19%
10%
8%
H2 CO2 H2O Inertes CO
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CONVERSION DE CO (LTWGSR)
CO + H2O = CO2 + H2
UNA SOLA REACCION EN JUEGO
Controlada por el equilibrio
Reacción ligeramente exotérmica, Presión atmosférica, T = 180-250 ºC
Catalizador de Cu/Zn/Ba/Al2O3 COMERCIAL
El catalizador se desactiva lentamente por efecto de la temperatura
Alternativa: catalizador de Cu/Ni/CeO2
WGSR
62%
15%
11%
10%2%
H2 CO2 H2O Inertes CO
54%
9%19%
10%
8%
H2 CO2 H2O Inertes CO
Distribución de productos adecuada para pilas de alta temperatura
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OXIDACION PREFERENCIAL DE CO OXIDACION PREFERENCIAL DE CO (COPROX)(COPROX)
REACCION MUY EXOTERMICA ,
PRESION ATMOSFERICA, T = 120-250 ºC
DOS PUNTOS CLAVES:
ENCONTRAR CATALIZADORES QUE SEAN ACTIVOS Y FUNDAMENTALMENTE SELECTIVOS!
DISEÑO ADECUADO DEL REACTOR
O2
CO + ½ O2 ↔ CO2
H2 + ½ O2 ↔ H2O
62%
15%
11%
10%2%
H2 CO2 H2O Inertes CO
PEMFC
H2 grado celda
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Caudal de Hidrogeno vs. Temperatura
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
500 550 600 650 700 750
Temperatura [ºC]
QH
2 [m
3 /h]
Caudal líquido= 11,9 ml/min R = 6,5Masa de catalizador = 15,00 g masa de inerte = 75,00 gFVN2 = 0,16 m3/h
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Rendimiento de Hidrógeno a distintas relaciones
molares agua – etanol
Caudal líquido= 11,9 ml/min Temperatura = 650ºCMasa de catalizador = 15,00 g masa de inerte = 75,00 gFVN2 = 0,16 m3/h
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Conversión de etanol vs tiempo
0,00%
20,00%
40,00%
60,00%
80,00%
100,00%
0:00:00 12:00:00 24:00:00 36:00:00 48:00:00 60:00:00
Xe
Caudal líquido= 11,9 ml/min Temperatura = 650ºCR = 5,5 Masa de catalizador = 15,00 gMasa de inerte = 75,00 g FVN2 = 0,16 m3/h