Simulación y desarrollo de reactores catalíticos de membrana para la tecnología del hidrógeno

Pla de Doctorat Industrial de la Generalitat de Catalunya (English) This thesis focuses on the study of the catalytic production of hydrogen from methanol and water. Catalytic production is carried out in a catalytic membrane reactor which manages to produce and purify hydrogen. The end use of the hydrogen produced is to power fuel cells for portable and mobile applications. In this thesis, a catalyst composed of PdZn/ZnAl2O4/Al2O3 in the form of pellets with alumina support was developed. The catalyst was characterized and tested in a plug flow reactor. A pilot plant with a catalytic membrane reactor was then built. The catalyst was tested in the pilot plant at real operating conditions. Also, finite element models of the plug flow reactor and the catalytic membrane reactor were developed. These models validated the experimental results. Finally, a PI controller was built that acted on the methanol-water liquid pump to produce high purity hydrogen in a controlled and regulated manner in the catalytic membrane reactor. (Español) Esta tesis se centra en el estudio de la producción catalítica de hidrógeno a partir de metanol y agua. La producción catalítica se realiza en un reactor catalítico de membrana el cual logra producir y purificar el hidrógeno. El uso final del hidrógeno producido es alimentar pilas de combustible para aplicaciones portátiles y móviles. En esta tesis se ha desarrollado un catalizador compuesto por PdZn/ZnAl2O4/Al2O3 en forma de pellets con soporte de alúmina. El catalizador se ha caracterizado y probado en un reactor de flujo de pistón. A continuación, se ha construido una planta piloto con un reactor catalítico de membrana. Este catalizador se ha probado en la planta piloto en condiciones operativas reales. Además, se han realizado modelos mediante elementos finitos del reactor de flujo de pistón y del reactor catalítico de membrana. Estos modelos han validado los resultados experimentales. Finalmente, se ha realizado un controlador PI que actúa sobre la bomba de líquido de metanol y agua para producir de manera controlada y regulada el hidrógeno de alta pureza en el reactor catalítico de membrana DOCTORAT EN ENGINYERIA DE PROCESSOS QUÍMICS (Pla 2012)