Un escisionador de amoníaco, escisionador de NH3, generador de hidrógeno o generador de gas formador se utiliza para la producción de gas formador. El hidrógeno y el nitrógeno se producen económicamente en una relación de volumen 3:1 o una relación de masa de 14:3. Las capacidades de las instalaciones van desde 5m3/h hasta 250m3/h. El absorbedor limpia el gas formador del amoníaco y la humedad remanentes. El nitrógeno en el gas formador se puede eliminar opcionalmente utilizando una limpieza basada en PSA.
El amoníaco se extrae de botellas de gas o de un gran tanque de gas. El amoníaco se precalienta y evapora en un intercambiador de calor y evaporador, y luego se escinde en la unidad de horno propiamente dicha. El reactor está calentado eléctricamente.
La disociación del gas de amoníaco NH3 ocurre a una temperatura de 800°C y
en presencia de un catalizador de níquel especial.
2 NH3 
N2 + 3 H2
Para una mejor utilización de la energía se utiliza un intercambiador de calor.
El gas de craqueo caliente se enfría y, en el principio de contracorriente, se precalienta el gas de amoníaco introducido.
| Escisionador de amoníaco (SinceGas) | |||
|---|---|---|---|
|
Como resultado de la completa disociación en hidrógeno y nitrógeno, solo queda una pequeña cantidad residual de hidrógeno no disociado y el punto de rocío de la mezcla de gas producida es muy bajo (claramente por debajo de -10°C).
Purificador de gas
Como accesorio para reducir aún más el punto de rocío del gas producido, también se puede ofrecer un purificador de gas especial. Utilizando tamices moleculares, el punto de rocío se puede reducir hasta -70°C. El dispositivo opera con dos cartuchos adsorbentes que funcionan en paralelo, donde uno adsorbe la humedad y el amoníaco no disociado, mientras que el otro se regenera simultáneamente mediante calentamiento. El flujo de gas se cambia regular y automáticamente.
Propiedades del gas
El gas resultante de la disociación del amoníaco se llama gas formador. Consiste en un 75% de hidrógeno y un 25% de nitrógeno en volumen.
| Descripción | Amoníaco NH3 | Hidrógeno H2 | Nitrógeno N2 |
| Peso molecular | 17,03 |
2,0158 |
28,0134 |
| Punto de ebullición (PE) en °C | -33,35 |
-252,87 |
-195,8 |
| Densidad del líquido a PE en kg/m3 | 682,1 |
70,0 |
804,0 |
| Densidad del gas a PE en kg/m3 | 0,8906 |
1,329 |
4,613 |
| Densidad a temperatura ambiente en kg/m3 | 0,7710 |
0,0899 |
1,2506 |
| Calor de vaporización en kJ/kg | 1368,2 |
451,9 |
199,2 |
| Solubilidad en agua fría en g/100ml | 89,9 |
- |
- |
| Cp en kJ/kg (1 atm, temperatura ambiente) | 2,188 |
14,2 |
1,038 |
| Cp/Cv (1 atm, temperatura ambiente) | 1,31 |
1,41 |
1,40 |
Tipos de Producto
Los divisores de amoníaco están disponibles en varias tallas; las cifras son para presión y temperatura estándar. Tenga en cuenta que la cantidad de gas se duplica durante el proceso. Esto significa que 1 m3 de amoníaco produce 2 m3 de gas de formación. Por lo tanto, es importante especificar si se trata del flujo de gas de entrada deseado (NH3) o del flujo de gas de salida (N2; H2) al especificar el producto. La tabla de conversión a continuación lista el consumo de amoníaco y la producción de hidrógeno. Nuestros modelos de craqueo se nombran según la cantidad de gas de formación generado.
| Modelo |
Consumo de Amoníaco |
Consumo de Amoníaco |
Producción de Gas de Formación |
Producción de Hidrógeno |
Producción de Hidrógeno |
Potencia Calorífica de Hidrógeno |
| 5 N m3/h |
2,5 |
1,9 |
5 |
3,8 |
0,3 |
11 |
| 10 N m3/h |
5 |
3,9 |
10 |
7,5 |
0,7 |
22,5 |
| 20 N m3/h |
10 |
7,7 |
20 |
15 |
1,3 |
45 |
| 30 N m3/h |
15 |
11,6 |
30 |
22,5 |
2 |
67,5 |
| 50 N m3/h |
25 |
19,3 |
50 |
37,5 |
3,3 |
112,5 |
| 60 N m3/h |
30 |
23,1 |
60 |
45 |
4 |
135 |
| 70 N m3/h |
35 |
27 |
70 |
52,5 |
4,7 |
157,5 |
| 80 N m3/h |
40 |
30,8 |
80 |
60 |
5,3 |
180 |
| 90 N m3/h |
45 |
34,7 |
90 |
67,5 |
6 |
202,5 |
| 100 N m3/h |
50 |
38,5 |
100 |
75 |
6,7 |
225 |
| 110 N m3/h |
55 |
42,4 |
110 |
82,5 |
7,3 |
247,5 |
| 120 N m3/h |
60 |
46,2 |
120 |
90 |
8 |
270 |
| 130 N m3/h |
65 |
50,1 |
130 |
97,5 |
8,7 |
292,5 |
| 140 N m3/h |
70 |
53,9 |
140 |
105 |
9,3 |
315 |
| 150 N m3/h |
75 |
57,8 |
150 |
112,5 |
10 |
337,5 |
| 160 N m3/h |
80 |
61,6 |
160 |
120 |
10,7 |
360 |
| 170 N m3/h |
85 |
65,5 |
170 |
127,5 |
11,3 |
382,5 |
| 180 N m3/h |
90 |
69,3 |
180 |
135 |
12 |
405 |
| 190 N m3/h |
95 |
73,2 |
190 |
142,5 |
12,7 |
427,5 |
| 200 N m3/h |
100 |
77 |
200 |
150 |
13,4 |
450 |
| 210 N m3/h |
105 |
80,9 |
210 |
157,5 |
14 |
472,5 |
| 220 N m3/h |
110 |
84,7 |
220 |
165 |
14,7 |
495 |
| 230 N m3/h |
115 |
88,6 |
230 |
172,5 |
15,4 |
517,5 |
| 240 N m3/h |
120 |
92,4 |
240 |
180 |
16 |
540 |
| 250 N m3/h |
125 |
96,3 |
250 |
187,5 |
16,7 |
562,5 |
La conversión del amoníaco en hidrógeno y nitrógeno (relación de volumen 3:1) en el craqueador es casi completa. Solo quedan cantidades pequeñas de gas de amoníaco (<30 ppm) en el gas craqueado.
Para unidades de producción más grandes, se pueden operar múltiples instalaciones en paralelo.
Para separar el nitrógeno y así purificar el hidrógeno (H2), se utiliza la llamada Adsorción por Cambio de Presión (PSA), también conocida como Adsorción de Cambio de Presión (DWA) en alemán.
Este es un proceso físico que aprovecha las diferentes propiedades de adsorción de diversos gases para separarlos entre sí.
Dependiendo de la implementación, también es posible separar otros gases como dióxido de carbono, monóxido de carbono u oxígeno.
Para separar el nitrógeno del hidrógeno y producir hidrógeno de alta pureza, se utilizan materiales porosos como tamices moleculares o zeolitas.
La mezcla de gases atraviesa un tamiz molecular diseñado específicamente para esta aplicación a una presión determinada. Debido a la interacción más fuerte entre el hidrógeno y el tamiz molecular, este se acumula en el tamiz molecular. Por otro lado, el segundo gas (nitrógeno) no se adsorbe. Una vez que el tamiz molecular alcanza su capacidad máxima, el flujo de gas se redirige a otro tamiz molecular. Al reducir la presión y, por lo tanto, debilitar significativamente la interacción entre el tamiz molecular y el hidrógeno, el hidrógeno ahora purificado se libera del primer tamiz molecular. Después de esto, el primer tamiz molecular vuelve a estar disponible para la purificación.
La instalación está controlada por un control lógico programable (PLC), lo que permite lograr una purificación continua.
| Purificación de Hidrógeno PSA (SinceGas) | |||
|---|---|---|---|
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Aplicaciones para amoníaco disociado
El gas de formación producido de esta manera se utiliza frecuentemente en hornos de paso o hornos de tubo para procesos de temperatura en atmósfera reductora, en soldadura fuerte, sinterización, eliminación de óxidos y para nitruración. Puede encontrar más información sobre los hornos correspondientes en nuestra Visión general de productos de JTEKT Thermo Systems (anteriormente Koyo Thermo Systems) aquí.
| Otras aplicaciones para gas de formación | |||||
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Templado de metales:
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Para el uso de células de combustible también se requiere hidrógeno. En este caso, el almacenamiento de hidrógeno en amoníaco ofrece ventajas significativas. Además de una mayor densidad energética, el amoníaco solo necesita ser licuado a -33 °C en lugar de -253 °C, como el hidrógeno, y puede almacenarse a presiones moderadas. Por lo tanto, el amoníaco ofrece una solución elegante para transportar hidrógeno y una alternativa respetuosa con el medio ambiente a los combustibles fósiles. A través de la purificación de hidrógeno mencionada anteriormente, también se puede proporcionar hidrógeno verde de alta pureza a través de la vía del amoníaco. Para esto, necesitará un craqueador de amoníaco, así como un purificador PSA. En la siguiente tabla encontrará las células de combustible más conocidas que utilizan hidrógeno.
| Designación | Tipo | Electrolito | Portador de carga | Gas de combustión (Ánodo) | Oxidante (Cátodo) | Temperatura (°C) | Eficiencia (%) | Aplicación |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Celda de Combustible de Electrolito Polimérico para Hidrógeno (PEMFC) | Celda de Combustible de Gas Explosivo de Baja Temperatura Ácida | Membrana polimérica conductor de protones (PEM) | Ion hidronio (H3O+) | Hidrógeno (H2) | Oxígeno (O2) o aire; humidificado | 60-70 | Celda: 50-68 | Vehículos de serie, cogeneración, suministro de electrónica |
| Celda de Combustible de Óxido Sólido (SOFC) | Celda de Combustible de Gas Explosivo de Alta Temperatura | Electrolito cerámico (ZrO2 + Y2O3) | Ion óxido (O2-) | Hidrógeno (H2) | Oxígeno del aire (O2) | 800-1000 | Celda: 60-65 | Cogeneración (hasta 250 kW) |
| Celdas de Combustible Galvánicas con Electrolitos Alcalinos, p. ej. (AFC) | Celda de Combustible de Gas Explosivo de Baja Temperatura Alcalina | Por ejemplo, solución de hidróxido de potasio al 30% | Ion hidroxilo (OH-) | Hidrógeno (H2) | Oxígeno puro (O2) | 20-90 | Celda: 60-70 | Instalaciones pequeñas (hasta 150 kW); propulsión de submarinos |
| Celdas de Combustible Galvánicas con Electrolitos Ácidos, p. ej. (PAFC) | Celda de Combustible de Gas Explosivo de Baja Temperatura Ácida | Por ejemplo, ácido fosfórico concentrado | Ion hidronio (H3O+) | Hidrógeno (H2) |
Oxígeno del aire (O2) | 150-220 | Celda: 55 | Generación estacionaria de electricidad y calor |
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