High-purity hydrogen recovery from ammonia purge gas wastestreams by PSA technology

• Autores: M. Yáñez, F. Relvas, A. Ortiz Barragan, Eugenio Daniel Gorri Cirella, A. Mendes, I. Ortiz
• Localización: Libro de comunicaciones Congreso Iberoamericano de Hidrógeno y Pilas de Combustible: IBERCONAPPICE 2019, Madrid, 23-25 Octubre 2019 / Margarita Daza Bertrand (dir. congr.), Loreto Daza Bertrand (dir. congr.), 2019, págs. 19-24
• Idioma: inglés
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• Resumen
  • español

    Este trabajo evalúa una unidad de adsorción mediante oscilaciónde presión (PSA) de cuatro columnas para producir hidrógeno de alta pureza para su aplicación en pilas de combustible a partir de una mezcla sintética de gases con una composición molar de: 58 % H2, 25 % N2, 15 % CH4 and 2 % Ar, basada en los gases de purga del proceso de síntesis del amoniaco (APG). En primer lugar, se ha realizado un análisis comparativo de rendimiento de cuatro adsorbentes comerciales, obteniendo la capacidad de adsorción de los gases H2, N2, CH4, and Ar. En base a los resultados, se selecciona la zeolita 5A como el mejor material para purificar H2 a partir de APG. Asimismo, el comportamientodinámico de una columna empacada con la zeolita seleccionada se estudia mediante experimentos de curvas de ruptura mono y multicomponente, y se simula usando el programa Aspen Adsorption®.Los resultados, simulados y experimentales, indican que la primera impureza en escapar por la parte superior de la columna es Ar, seguido de N2 y finalmente CH4. Finalmente, se ha usado lametodología de diseño de experimentos (DoE) para seleccionar las condiciones de operación de la unidad experimental cíclica de PSA para purificar una corriente gaseosa de alimentación que contiene hidrógeno, con el fin de obtener diferentes requisitos de calidad de hidrógeno.El rendimiento global del proceso de PSA fue evaluado en términos de pureza y recuperación de hidrógeno. De acuerdo con los resultados, el proceso de cuatro columnas de PSA a 9 bar tiene una capacidad de producir una pureza 99.25 - +99.97% H2, con una recuperación de hidrógeno de 55.50 – 75.30%, conteniendo como impurezas los gases inertes Ar and N2.

  • English

    In the current work, a four-column PSA unit has been designed toproduce a high-purity hydrogen stream for fuel cells applications from a synthetic mixture with a molar composition of 58 % H2, 25 % N2, 15 % CH4 and 2 % Ar, based on ammonia purge gas (APG). Firstly, a comparative performance of four commercially available adsorbents was developed to obtain the adsorption capacity for H2, N2, CH4, and Ar, leading to the selection of 5A zeolite adsorbent.Then, the dynamic behavior of a packed bed is studied by single andmulticomponent breakthrough experiments and simulated using Aspen Adsorption®. The results, simulations and experimental, indicate that the first impurity to break thought the column is Ar, followed by N2 and finally by CH4.Then, a Design-of-experiments (DoE) methodology is used to select the operating conditions of the experimental cyclic PSA unit to purify H2-containing gas supply and attain different H2 quality requirements. The overall PSA performance was evaluated in terms of purity and recovery of H2 product. According to the results, a four-column PSA process at 9 bar, was able to produce 99.25 - +99.97%-purityH2, with 55.50 – 75.30% recovery experimentally and it contained Ar and N2 as impuritie