- Métodos de purificación de hidrógeno
- ¿Cómo se purifica el hidrógeno?
- Normas de pureza del hidrógeno
- Métodos utilizados para medir la pureza del hidrógeno
- Normas para sistemas de pureza del hidrógeno
- Equipos de purificación de hidrógeno
- Áreas de aplicación
- Efecto de la cadena de suministro en la pureza del hidrógeno
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La purificación del hidrógeno es el proceso de eliminación de impurezas y contaminantes del gas hidrógeno para producir un producto puro y de alta calidad. El gas hidrógeno puede estar contaminado con una variedad de impurezas, incluido vapor de agua, monóxido de carbono y otros gases. El proceso de purificación del hidrógeno implica el uso de equipos y técnicas especializados para eliminar estas impurezas y producir un gas hidrógeno que cumpla con los estándares de pureza requeridos.
Las impurezas específicas presentes en el gas hidrógeno dependerán de la fuente del gas y las condiciones en las que se produce. Por ejemplo, el gas hidrógeno producido a partir de gas natural puede contener niveles más altos de impurezas que el gas hidrógeno producido a partir de la electrólisis del agua.
El grado de calidad del gas hidrógeno puede tener un impacto significativo en el rendimiento de los vehículos eléctricos de celdas de combustible (FCEV). Las celdas de combustible requieren gas hidrógeno de alta pureza para funcionar de manera eficiente y confiable, y las impurezas en el gas hidrógeno pueden afectar el rendimiento de la celda de combustible. Por ejemplo, impurezas como el vapor de agua y el monóxido de carbono pueden interferir en el funcionamiento de la pila de combustible, mientras que impurezas como el oxígeno y el nitrógeno pueden reducir la eficiencia del sistema. Como resultado, los vehículos con pila de combustible suelen requerir gas hidrógeno con un alto grado de pureza, como el de la norma ISO 14687 mencionada anteriormente.
Métodos de purificación del hidrógeno
El sistema y el proceso en los que se integre un purificador de hidrógeno determinarán el método de purificación del hidrógeno. Las aplicaciones específicas requieren el uso de tecnologías dedicadas de purificación de hidrógeno que incluyen procesos tan sofisticados como la purificación de hidrógeno gaseoso por difusión a través de un purificador de membrana de paladio, la purificación catalítica de hidrógeno o la purificación de hidrógeno por adsorción por oscilación de presión.
¿Cómo se purifica el hidrógeno?
La purificación del hidrógeno se puede lograr mediante varios métodos, según las impurezas específicas que se deban eliminar y los niveles de pureza que se requieran. A continuación se mencionan algunos de los métodos más utilizados.
- Adsorción por oscilación de presión: La adsorción por oscilación de presión (PSA) es uno de los métodos más comunes utilizados para la purificación de gas hidrógeno. La purificación de hidrógeno por adsorción por oscilación de presión implica el uso de un recipiente lleno de un material que adsorbe selectivamente ciertas impurezas, como vapor de agua o monóxido de carbono. A medida que el gas hidrógeno fluye a través del recipiente, las impurezas se adsorben en el material, mientras que el gas hidrógeno purificado se recoge en el otro lado. La purificación de hidrógeno por PSA es un proceso industrial solo apto para instalaciones estacionarias.
- Separación por membrana: En el proceso de separación por membrana, las membranas se utilizan para la separación y purificación de gas hidrógeno. La membrana de purificación de hidrógeno es selectivamente permeable a ciertos gases, como el hidrógeno. A medida que el gas hidrógeno fluye a través de la membrana, las impurezas se rechazan y el gas hidrógeno purificado se recoge en el otro lado.
- Separación electroquímica: Este proceso se produce en un purificador de hidrógeno de paladio. El proceso de separación se facilita electroquímicamente aprovechando las características catalíticas de las membranas revestidas de paladio. Estos purificadores de hidrógeno con membrana de paladio son muy compactos y son ideales para su uso en soluciones de movilidad de hidrógeno.
- Destilación: La destilación es otro método utilizado para purificar el gas hidrógeno. Implica el uso de una columna de destilación que separa las impurezas del gas hidrógeno en función de sus puntos de ebullición. El gas hidrógeno purificado se recoge en la parte superior de la columna, mientras que las impurezas se recogen en la parte inferior.
La pureza del gas hidrógeno puede depender de la fuente de su generación. El gas hidrógeno producido a partir de la electrólisis del agua, también conocido como hidrógeno verde, suele tener una pureza mayor que el gas hidrógeno producido a partir de combustibles fósiles, también conocido como hidrógeno gris. Cada uno de estos procesos de producción requiere diferentes tipos de purificadores de hidrógeno. Esto se debe a que la producción de hidrógeno verde implica la electrólisis del agua, que produce gas hidrógeno que está relativamente libre de impurezas. Por el contrario, la producción de hidrógeno gris implica el reformado con vapor de combustibles fósiles, que puede producir gas hidrógeno que contiene niveles más altos de impurezas, como monóxido de carbono y vapor de agua.
Ejemplo: Sistema de tratamiento de hidrógeno
Normas de pureza del hidrógeno
Los estándares de pureza del hidrógeno son estándares reconocidos a nivel mundial que especifican los niveles máximos permitidos de impurezas en el gas hidrógeno y los métodos que se deben utilizar para probar la pureza del gas hidrógeno. Existen varios tipos diferentes de estándares que se utilizan para analizar la pureza del gas hidrógeno.
- ISO 14687: Esta es una de las normas internacionales más utilizadas que especifica los requisitos para el gas hidrógeno para su uso en vehículos de pila de combustible. Especifica los niveles máximos permitidos de impurezas, incluidos vapor de agua, monóxido de carbono y otros gases, así como los métodos que se deben utilizar para probar la pureza del gas.
- ASTM D4814: Esta norma, desarrollada por la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM), especifica los requisitos para el combustible de hidrógeno para su uso en vehículos. Especifica los niveles máximos permitidos de impurezas y los métodos que se deben utilizar para probar la pureza del gas.
- SAE J2601: Esta norma, desarrollada por la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE), especifica los requisitos para el combustible de hidrógeno para su uso en vehículos de pila de combustible. Especifica los niveles máximos permitidos de impurezas y los métodos que se deben utilizar para probar la pureza del gas.
Métodos utilizados para la medición de la pureza del hidrógeno
- Uno de los métodos más comunes que se utilizan para analizar la composición de los gases, incluido el hidrógeno, es la cromatografía de gases. Implica el uso de un instrumento especializado que separa los gases en función de sus propiedades químicas y luego mide las concentraciones de cada gas.
- La espectrometría de masas es otro método utilizado para analizar la composición del gas hidrógeno. Implica el uso de un instrumento especializado que ioniza los gases y luego mide las masas de los iones para determinar la composición del gas.
- Los analizadores de gases también se pueden utilizar para medir la pureza del hidrógeno. Estos son instrumentos sofisticados que utilizan una variedad de técnicas, como la absorción infrarroja o los sensores electroquímicos, para medir las concentraciones de impurezas en el gas.
Reglamentos para sistemas de pureza del hidrógeno
Existen diversas normativas que especifican los requisitos de pureza del hidrógeno, según la aplicación y la ubicación específicas. Algunas de estas normativas se mencionan a continuación.
- Normas internacionales: existen varias normas internacionales que especifican los requisitos de pureza del hidrógeno, incluida la norma ISO 14687 mencionada anteriormente.
- Normas nacionales: muchos países tienen sus propias normas nacionales que especifican los requisitos de pureza del hidrógeno, según la aplicación específica. Estas normas pueden basarse en normas internacionales o pueden especificar requisitos adicionales.
- Normas industriales: también puede haber normas específicas de la industria que especifiquen los requisitos de pureza del hidrógeno, según la aplicación específica. Por ejemplo, la industria aeroespacial puede tener requisitos de pureza para el gas hidrógeno diferentes a los de la industria automotriz.
Equipos de purificación de hidrógeno
Existen distintos tipos de equipos que se utilizan para medir la pureza del hidrógeno, pero la selección del equipo depende del método de purificación utilizado. A continuación se enumeran algunos de los equipos más utilizados.
- Recipientes PSA: En un sistema de purificación de hidrógeno con adsorbente PSA, se utilizan recipientes especializados llenos de un material adsorbente para purificar el gas hidrógeno. Estos recipientes pueden estar hechos de acero inoxidable u otros materiales y pueden estar diseñados para diferentes velocidades de flujo y niveles de impurezas.
- Módulos de separación de membranas: Para la separación y purificación de hidrógeno, se utilizan módulos especializados que contienen membranas para purificar el gas hidrógeno. Estos módulos pueden estar hechos de plástico u otros materiales y pueden estar diseñados para diferentes velocidades de flujo y niveles de impurezas.
- Columnas de destilación: Para la purificación por destilación, se utilizan columnas de destilación especializadas en el purificador de gas hidrógeno para separar las impurezas del gas hidrógeno. Estas columnas pueden estar hechas de acero inoxidable u otros materiales y pueden estar diseñadas para diferentes velocidades de flujo y niveles de impurezas.
Áreas de aplicación
La purificación del gas hidrógeno suele ser necesaria en aplicaciones en las que el gas hidrógeno de alta pureza es fundamental, como en los vehículos con pilas de combustible, la generación de energía y los procesos industriales. En estas aplicaciones, las impurezas del gas hidrógeno pueden afectar al rendimiento y la fiabilidad del sistema. Por ejemplo, las impurezas como el vapor de agua y el monóxido de carbono pueden interferir en el funcionamiento de las pilas de combustible, mientras que las impurezas como el oxígeno y el nitrógeno pueden reducir la eficiencia del sistema.
Efecto de la cadena de suministro en la pureza del hidrógeno
Para mantener un cierto nivel de pureza del hidrógeno a lo largo de la cadena de suministro de hidrógeno, es importante implementar procesos de purificación adecuados en cada etapa de la cadena. Esto puede implicar el uso de equipos y técnicas especializados para eliminar las impurezas y los contaminantes del gas hidrógeno. Además, es importante implementar estrictas medidas de control de calidad para garantizar que el gas hidrógeno cumpla con los estándares de pureza requeridos a lo largo de la cadena de suministro. Esto puede implicar el uso de herramientas y métodos como cromatografía de gases, espectrometría de masas y analizadores de gases para evaluar la pureza del gas en varias etapas de la cadena de suministro.
Última actualización: 31.01.2023