PROX es un acrónimo de PReferential OXidation (OXidación preferencial) , que se refiere a la oxidación preferencial de monóxido de carbono en una mezcla de gases por medio de un catalizador . Su objetivo es eliminar trazas de CO de mezclas de H2 / CO/CO2 producidas por reformado con vapor y desplazamiento de agua-gas . Un catalizador PROX ideal oxida preferentemente el monóxido de carbono (CO) utilizando un catalizador heterogéneo colocado sobre un soporte cerámico. Los catalizadores incluyen metales como platino , platino/hierro, platino/rutenio, nanopartículas de oro, así como nuevos catalizadores de conglomerados de óxido de cobre/cerámica. [1]
Esta reacción es un tema de investigación importante que tiene implicaciones para el diseño de celdas de combustible . Su principal utilidad radica en la eliminación del monóxido de carbono (CO) del gas de alimentación de la celda de combustible. El CO envenena el catalizador de la mayoría de las celdas de combustible de baja temperatura.
El monóxido de carbono se produce a menudo como subproducto del reformado con vapor de hidrocarburos, que produce hidrógeno y CO. Es posible consumir la mayor parte del CO al reaccionar con vapor en la reacción de conversión de agua en gas :
La reacción de conversión de agua en gas puede reducir el CO al 1 % de la alimentación, con el beneficio adicional de producir más hidrógeno, pero no eliminarlo por completo. Para poder utilizarse en una celda de combustible, el gas de alimentación debe tener un contenido de CO inferior a 10 ppm .
El proceso PROX permite la reacción del CO con el oxígeno, reduciendo la concentración de CO de aproximadamente 0,5–1,5% en el gas de alimentación a menos de 10 ppm.
Debido a la presencia predominante de hidrógeno en el gas de alimentación, también se producirá en algún grado una combustión competitiva no deseada de hidrógeno:
La selectividad del proceso es una medida de la calidad del reactor y se define como la relación entre el monóxido de carbono consumido y el total de hidrógeno y monóxido de carbono consumidos.
La desventaja de esta tecnología es su naturaleza exotérmica muy fuerte , junto con una ventana de temperatura de operación óptima muy estrecha, y se opera mejor entre 353 y 450 K, [ cita requerida ] lo que produce una pérdida de hidrógeno de alrededor del uno por ciento. Por lo tanto, se requiere un enfriamiento efectivo. Para minimizar la generación de vapor, se utiliza una dilución excesiva con nitrógeno. Además, la reacción se interrumpe con un enfriador intermedio antes de proceder a una segunda etapa.
En la primera reacción se aporta un exceso de oxígeno, aproximadamente un factor de dos, y se transforma aproximadamente el 90% del CO. En el segundo paso se utiliza un exceso de oxígeno sustancialmente mayor, aproximadamente un factor de 4, que luego se procesa con el CO restante, para reducir la concentración de CO a menos de 10 ppm. Para evitar también una carga excesiva de fracción de CO, puede ser importante el funcionamiento transitorio de un adsorbedor de CO.
Los requisitos de instrumentación y control de procesos son relativamente altos. La ventaja de esta técnica sobre la metanización selectiva es la mayor velocidad espacial, que reduce el tamaño del reactor requerido. En caso de fuertes aumentos de temperatura, la alimentación de aire puede interrumpirse fácilmente.
El origen técnico del CO-PROX se encuentra en la síntesis de amoniaco ( proceso Haber ). La síntesis de amoniaco también tiene un requisito estricto de hidrógeno libre de CO, ya que el CO es un potente veneno para los catalizadores que se utilizan habitualmente en este proceso.