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Las corrientes de gas efluente de algunas operaciones de refino contienen cantidades importantes de hidrógeno cuya recuperación y purificación pueden resultar económicas dependiendo de las circunstancias y de las necesidades de la refinería. 

Tradicionalmente el reformado catalítico de naftas para la producción de gasolinas de alto octano ha sido la fuente principal de hidrógeno en refinería. Sin embargo, el aumento de demanda en el resto de operaciones de refino ha provocado que sea necesario acudir a otras fuentes de suministro.

Existen tres procesos principales aplicables para la recuperación y purificación de hidrógeno de las corrientes en refinería:

Adsorción selectiva (PSA)

Su nombre viene de las siglas en inglés Pressure Swing Adsorption (PSA). Mediante esta tecnología, pueden alcanzarse purezas muy elevadas de hidrógeno. Actualmente es el proceso más ampliamente extendido en cualquier tipo de refinería para la purificación de hidrógeno en un proceso de steam reforming debido a la alta pureza con la que se obtiene.

El PSA es un proceso cíclico muy complejo que utiliza lechos fijos de adsorbente sólido para eliminar las impurezas del gas. Estas impurezas quedan retenidas en el adsorbente.

La siguiente figura muestra la tecnología para un sistema de 4 lechos:

Figura 1. Esquema de PSA con 4 lechos de adsorción.  [Hydrogen Production, Gérard Bourbonneux]

 

El proceso cíclico es el siguiente:

Una vez hecho esto, el lecho 4 queda listo para la adsorción, pasando a ser ahora el número 1. El número 1 pasa a ser el número 2 donde se despresuriza, el 2 pasa a ser el 3 y el 3 pasa a ser el 4 y así sucesivamente.

Separación con membranas basada en permeabilidad selectiva

Las membranas son polímeros compuestos de fibra hueca que se disponen en haces modulares en cascada. Para la separación de distintos componentes  de la mezcla de gases a través de una membrana es esencial que los compuestos a separar presenten diferentes coeficientes de permeabilidad y que la diferencia de presión parcial a ambos lados de la membrana sea suficiente. El coeficiente de permeabilidad del hidrógeno es mucho mayor que el de otros gases, lo que permite su separación con relativa alta eficiencia cuando la presión del gas de entrada es suficientemente alta.

El objetivo de trabajar con tecnologías de membranas consiste en permitir altos caudales de paso de gas con alta selectividad, siendo fundamental que se presente resistencia a la presión así como adecuada estabilidad térmica y química.

Sistemas criogénicos

Otro método de separación consiste en el uso de sistemas criogénicos. Esta tecnología está basada en la condensación del gas de entrada, lo que permite la separación de hidrógeno del resto de gas residual debido a sus diferentes puntos de condensación. Este sistema es el menos utilizado ya que la pureza del hidrógeno separado es inferior a la obtenida mediante las anteriores alternativas. Los costes de inversión y de operación son más altos en esta alternativa que en las anteriores.