BR112013020033B1 - Gerador de gás de dióxido de carbono químico, dispositivo compreendendo o referido gerador, método para gerar dióxido de carbono, material de carga apropriado para gerar gás de dióxido de carbono e carga permeável a gás - Google Patents

Abstract

gerador de gás de dióxido de carbono químico. um gerador de gás de dióxido de carbono químico compreendendo: - um alojamento de carga; - uma carga penetrável de gás de dióxido de carbono, contida no alojamento, a carga compreendendo a) 40-70% em peso de uma substância que após decomposição gera dióxido de carbono, cuja substância é selecionada do grupo de carbonato de magnésio, outros carbonatos, oxalato de magnésio e outros oxalatos, b) 20- 50% em peso de um oxidante selecionado do grupo de clorato de sódio, clorato de potássio,clorato de lítio, outros cloratos de metal, perclorato de sódio, perclorato de potássio, perclorato de lítio, e outros percloratos de metal, c) 1-20% em peso de carvão ou outro combustível, d) 1-10% em peso de aglutinante, os componentes a), b), c) e d) juntos formando 90-100% em peso do peso total da carga; - um dispositivo de ignição para acender a carga; - uma unidade de tratamento de gás de dióxido de carbono para reduzir o teor de um ou mais subprodutos - que podem ter sido formados pela carga - no dióxido de carbono gerado, elou para resfriar gás de dióxido de carbono gerado pela carga; e - uma saída para gás de dióxido de carbono gerado pela carga.

Description

[001]A invenção refere-se à química aplicada, mais especificamente a um gerador de gás de dióxido de carbono químico, um dispositivo compreendendo um gerador de gás de dióxido de carbono químico, um método para gerar dióxido de carbono, e a um material de carga apropriado para gerar gás de dióxido de carbono.

[002]Processos que geram gás com base na decomposição ou queima de propelentes químicos são freqüentemente utilizados para diversas finalidades, por exemplo, para o enchimento de dispositivos infláveis, como airbags, barcos salva-vidas ou coletes salva-vidas, para operar dispositivos pneumaticamente acionados, ou para uso em dispositivos de extinção de incêndio.

[003]Métodos químicos conhecidos para obter gases relativamente frios são genericamente baseados na decomposição ou queima de materiais sólidos em unidades especiais. Esses materiais são genericamente moldados na forma de um bloco sólido de material ou como pó (frouxamente) acondicionado, grânulos soltos ou tabletes soltos. Os gases quentes gerados da decomposição desses materiais são em geral resfriados com o auxílio de agentes de resfriamento químico especiais ou por características projetadas específicas como permutadores de calor. Os gases de queima de temperatura elevada são passados através da camada do agente de resfriamento ou permutador de calor e a temperatura dos gases diminui como resultado do processo de decomposição endotérmica de, ou absorção de calor pelo agente de resfriamento. Tais processos são descritos, por exemplo, em GB-A 1.371.506.

[004]Em RU 2108282 observa-se que uma das desvantagens da técnica conhecidaaté o presente como citado acima é a estrutura relativamente complicada dessas unidades. Outra desvantagem é que os geradores de gás conhecidos não permitiram ou forneceram para que os gases sejam resfriados abaixo de 150°C, o que limita a aplicabilidade de tais geradores de gás a sistemas que possam resistir a tais temperaturas elevadas. Desvantagens adicionais incluem a formação de quantidades relativamente grandes de subprodutos indesejáveis, por exemplo, monóxido de carbono (CO) ou óxidos de nitrogênio, uma massa grande e tamanho grande do gerador. Para geradores de gás nitrogênio, o RU 2108282 tem a desvantagem de uma escória reativa que permanece após uso. Essa escória reativa requer desmontagem controlada do gerador de gás usado, o que torna o mesmo menos adequado para produtos de consumidor.

[005]WO 01/23327 propõe um dispositivo de geração de gás para gerar eficazmente gás nitrogênio de uma temperatura baixa, para superar as desvantagens acima.

[006]Por conseguinte, o gerador de gás de WO 01/23327 compreende pelo menos um primeiro corpo, compreendendo meio para a geração de gás (nitrogênio), e pelo menos um segundo corpo, compreendendo meio para a geração de um agente de neutralização, em que meios estão presentes para contatar o agente de neutralização com o primeiro corpo, para neutralizar os produtos de reação reativa (escória) da geração de gás no primeiro corpo, e em que meios estão presentes para operar a geração de um agente de neutralização no segundo corpo em um intervalo temporal e/ou espacial da geração de gás no primeiro corpo.

[007]WO 03/009899 refere-se a um gerador de gás químico de oxigênio frio, que permite a produção de gás oxigênio em uma temperatura abaixo de 50°C. embora esse gerador possa servir como alternativa para nitrogênio em algumas aplicações, a reatividade de oxigênio pode ser desvantajosa ou tornar o gás gerado inadequado para uma finalidade específica. Em geral, o gás não pode ser utilizado em aplicações de extintor de incêndio, e pode contribuir para reações de oxidação, por exemplo, corrosão de materiais que entram em contato com oxigênio.

[008]Há necessidade de uma alternativa para um gerador de gás para gás frio de nitrogênio ou oxigênio.

[009]É um objetivo da invenção fornecer tal alternativa, em particular tal alternativa que supere uma ou mais desvantagens dos geradores de gás mencionados nos documentos acima identificados.

[0010]É em particular um objetivo fornecer um gerador de gás que seja apropriado para gerar gás relativamente frio, compreendendo nenhuma ou uma quantidade relativamente baixa de componentes perigosos ou tóxicos.

[0011]Verificou-se agora ser possível fornecer um gerador de gás apropriado para gerar gás relativamente frio principalmente consistindo em uma molécula gasosa diferente do que nitrogênio.

[0012]Por conseguinte, a presente invenção é dirigida a um gerador de gás de dióxido de carbono químico compreendendo: - um alojamento de carga; - uma carga penetrável de gás de dióxido de carbono, contida no alojamento, a carga compreendendo a) 40-70% em peso de uma substância que após decomposição gera dióxido de carbono, cuja substância é selecionada do grupo de carbonato de magnésio, outros carbonatos, oxalato de magnésio e outros oxalatos, b) 20-50% em peso de um oxidante selecionado do grupo de clorato de sódio, clorato de potássio, clorato de lítio, outros cloratos de metal, perclorato de sódio, per- clorato de potássio, perclorato de lítio, e outros percloratos de metal, c) 1-20% em peso de carvão ou outro combustível, d) 1-10% em peso de aglutinante, os componentes a), b), c) e d) juntos formando 90-100% em peso do peso total da carga; - um dispositivo de ignição para acender a carga; - um material de tratamento de gás de dióxido de carbono para reduzir o teor de um ou mais subprodutos - que podem ter sido formados pela carga - no dióxido de carbono gerado, e/ou para resfriar gás de dióxido de carbono gerado pela carga; e - uma saída para gás de dióxido de carbono gerado pela carga.

[0013]A invenção se refere ainda a um dispositivo compreendendo um gerador de gás de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o produto é selecionado do grupo de dispositivos de extinção de incêndio, em particular extintores de incêndio, sistemas para extinguir incêndio em um edifício; dispositivos infláveis, em particular, coletes salva-vidas, botes infláveis, airbags, bóias infláveis; e dispositivos pneumaticamente acionados, em particular acionadores pneumáticos, válvulas pneumáticas. O desenho de tal dispositivo pode ser baseado em um desenho conhecido por si. A invenção se refere ainda a um material de carga apropriado par gerar gás de dióxido de carbono, compreendendo: a) 40-70% em peso de uma substância que após decomposição gera dióxido de carbono, cuja substância é selecionada do grupo de carbonato de magnésio, outros carbonatos, oxalato de magnésio e outros oxalatos, b) 20-50% em peso de um oxidante selecionado do grupo de clorato de sódio, clorato de potássio, clorato de lítio, outros cloratos de metal, perclorato de sódio, per- clorato de potássio, perclorato de lítio, e outros percloratos de metal, c) 1-20% em peso de carvão ou outro combustível, d) 1-10% em peso de aglutinante, os componentes a), b), c) e d) juntos formando 90-100% em peso do peso total da carga.

[0014]O material de carga de acordo com a invenção é particularmente apropriado para formar uma carga penetrável por gás para um gerador de gás de acordo com a invenção.

[0015]Por conseguinte, a invenção se refere ainda a uma carga permeável a gás para um gerador de gás dióxido de carbono químico compreendendo um material de carga de acordo com a invenção.

[0016]Essa carga pode ser preparada por mistura úmida do material de carga ou componentes a) d) para fornecer o material de carga, desse modo obtendo um material de carga úmido; granular o material de carga misturado úmido; compactar o material granulado para obter um produto com uma porosidade desejada; formar o produto compactado em um formato desejado para a carga, como um bloco, e secar a carga. A carga moldada que pode em particular ser adaptada para casar o interior do alojamento em que a carga deve estar contida.

[0017]A invenção se refere ainda a um método para gerar dióxido de carbono compreendendo - fornecer um gerador de gás de acordo com a invenção; - decompor a substância que após decomposição gera dióxido de carbono, desse modo formando gás de dióxido de carbono; - permitir que o gás de dióxido de carbono passe através da carga penetrável a gás ou porosa para dentro da unidade de tratamento de gás de dióxido de carbono e posteriormente através da unidade de tratamento de gás de dióxido de carbono; e - permitir a passagem do gás através da saída.

[0018]A figura 1 mostra um desenho esquemático de um gerador de gás de acordo com a invenção.

[0019]A figura 2 mostra um desenho esquemático de uma carga que queima.

[0020]O termo “ou” como utilizado aqui significa “e/ou” a menos que especificado de outro modo.

[0021]O termo “um” ou “uma” como utilizado aqui significa “pelo menos um” a menos que especificado de outro modo.

[0022]Ao se referir a um ‘substantivo’ (por exemplo, um composto, um aditivo, etc.) no singular, o plural pretende ser incluído a menos que especificado de outro modo.

[0023]Observa-se que cargas de geração de dióxido de carbono compreendendo um carbonato, um clorato e carbono como combustível são conhecidas há décadas. Por exemplo, US 4.,097.241 refere-se a uma composição pirotécnica compreendendo carbonato de magnésio como refrigerante, clorato como oxidante e combustível de carbono. Diz-se que essa carga permite a geração de dióxido de carbono com uma temperatura de aproximadamente 426,5°C (col. 10, linhas 38-42).

[0024]De acordo com a invenção verificou-se ser possível gerar gás de dióxido de carbono em uma temperatura relativamente baixa; tipicamente o gás que sai da carga já tem uma temperatura relativamente baixa, antes de um resfriamento adicional opcional (que pode em particular ser realizado em um método da invenção em que o gás que sai da carga é submetido a um tratamento exotérmico). O gás de uma temperatura relativamente baixa obtido de acordo com a invenção (após sair da carga ou na saída) será mencionado a seguir como ‘gás frio’. Esse termo é utilizado em geral para um gás tendo uma temperatura de 100°C ou menos, em particular para um gás tendo uma temperatura de 90°C ou menos, preferivelmente de 70°C ou menos, mais preferivelmente de 50°C ou menos. A temperatura do gás na saída do gerador de gás é normalmente aproximadamente temperatura ambiente ou mais elevada, em particular pelo menos 25°C, pelo menos 30°C, ou pelo menos 35°C.

[0025]De acordo com a invenção, um gás é obtenível do gerador de gás, cujo gás compreende CO2 como o componente mais abundante. Em particular, a invenção permite a provisão de um gás tendo um teor de CO2 de 75-100% mol, mais em particular de pelo menos 80% mol. Em uma modalidade altamente vantajosa, o teor de CO2 é 85% mol ou mais, em particular 90% ou mais.

[0026]Na prática, um ou mais outros componentes gasosos podem estar presentes no gás que sai do gerador de gás. Desse modo, o teor de CO2 pode ser menordo que 99% mol, em particular 95% mol ou menos ou 90% ou menos.

[0027]O gás obtido pode, em particular, compreender oxigênio, tipicamente em uma concentração de 25% mol ou menos, em particular de 15% mol ou menos, mais em particular em uma concentração de 5% mol ou menos, ou 1% mol ou menos. Pensa-se que o oxigênio seja gerado do (per)clorato, visto que esse é conhecido como sendo um produto químico de liberação de oxigênio preferido (vide, por exemplo, WO 03/009899).

[0028]O gás obtido pode compreender um pouco de água, por exemplo, apro-ximadamente 5% mol ou menos. É possível, no entanto, de acordo com a invenção fornecer um gás com consideravelmente menos água, em particular na faixa de 0,1 a 1,0% mol, sem necessitar de uma medida específica, como adsorvente de água, para remover água.

[0029]Além disso, verificou-se ser possível obter um gás frio que tenha um baixo teor de componentes tóxicos ou perigosos, ou seja, essencialmente isento dos mesmos. Desse modo, a invenção pode ser utilizada para produzir gás em um espaço fechado. Com essencialmente livre em particular quer se dizer menor do que 0,05% mol, mais particularmente que um composto não é detectável com tubos detectores de gás padrão.

[0030]Em particular, é surpreendente que um gás que seja obtido tenha baixo teor de CO ou seja essencialmente livre de CO utilizando um gerador de gás tendo uma carga baseada em um carbonato ou oxalato e um clorato ou perclorato. É descoberta dos inventores que a formação de CO possa ser substancial em tais cargas, por exemplo, mais de 20% mol ou mais de 50% mol, desse modo excedendo a produção de CO2. De acordo com a invenção, o gás frio obtido do gerador genericamente contém substancialmente mais de CO2 do que CO. a concentração de CO é preferivelmente 3% mol ou menos, em particular 1% mol ou menos, mais particularmente 0,1% mol ou menos. A concentração de CO pode ser 0 (isto é, abaixo do limite de detecção), embora na prática a concentração de CO possa ser aproximadamente 10 ppmv ou mais, aproximadamente 40 ppmv ou mais, ou aproximadamente 100 ppmv ou mais.

[0031]Durante suas investigações, os inventores verificaram ainda que ao gerar um gás frio de uma composição de carga baseada em a) um carbonato ou oxalato, b) um (per)clorato, c) um combustível e d) aglutinante, gás cloro (Cl2) pode ser formado. Isso é indesejável, visto que Cl2 é corrosivo e pode não somente impor um risco à saúde, como também pode causar corrosão de equipamento em contato com o gás gerado. De acordo com a invenção é possível fornecer um gás, em que o teor de gás de cloro seja baixo, ou em que gás de cloro não seja rastreável. A concentração de CL2 tipicamente é 1 % mol ou menos, em particular 0,5% mol ou menos, mais particularmente 0,1% mol ou menos. A concentração de Cl2 pode ser 0 (isto é, a baixo do limite de detecção) embora na prática a concentração de Cl2 possa ser aproximada-mente 1 ppmv ou mais, aproximadamente 10 ppmv ou mais, ou aproximadamente 100 ppmv ou mais.

[0032]Além disso, a carga (em um gerador de gás) de acordo com a invenção é vantajosa em que a carga é capaz de decompor exotermicamente (queima) desse modo gerando CO2, enquanto permite a passagem do gás gerado através de seu próprio corpo sem destruição substancial da carga ou queimadura volumétrica indesejável. A carga é genericamente colocada no gerador de gás de tal modo que o oxigênio gerado na reação passa através da parte virgem porosa (não decomposta) da carga na mesma direção que a frente da reação sob uma diferença de pressão. Devido a esse processo, o gás gerado é resfriado, devido à permuta de calor com a carga. Ao mesmo tempo, o gás gerado aquece a carga perto da frente de reação até a tem-peratura exigida para manter a reação de decomposição.

[0033]É adicionalmente uma vantagem de uma composição de carga (de um gerador de gás) de acordo com a invenção que tenha baixa toxicidade.

[0034]A escória formada após a reação genericamente é formado por uma ou mais substâncias com pontos de fusão e ebulição elevados e permanece compreendida no gerador de gás.

[0035]A preparação de uma carga com propriedades apropriadas pode ser baseada em um modo conhecido por si, por exemplo, com base em metodologia como descrito em WO 03/009899 ou WO 01/23327, em combinação com a informação revelada aqui, conhecimento geral comum e opcionalmente algum teste de rotina.

[0036]Como indicado acima, a carga é penetrável para o gás que é gerado. Vantajosamente, a carga é, portanto, uma estrutura compreendendo canais (poros abertos) através da estrutura. Tal estrutura pode em particular ser fornecida por um material granular, do qual os grânulos são ligados juntos (pelo aglutinante). O gás pode passar através do espaço intersticial entre os grânulos e/ou - se os grânulos forem porosos - através dos poros nos grânulos. Em geral, a porosidade (εp) está na faixa de 0,2 a 0,75. Para boas propriedades de formação de fluxo de gás, uma boa resistência de material, e um bom rendimento de produção de CO2 por unidade volumétrica de material é preferido que a porosidade esteja na faixa de 0,30 a 0,65. Em particular, bons resultados foram obtidos com uma carga penetrável a gás tendo uma porosidade (εp) na faixa de 0,40 a 0,60. Aqui, εp é definido como: 1- (a densidade de carga (pch) dividida pela densidade de composição teórica máxima (pc)).

[0037]Vantajosamente, a carga tem uma resistência à compressão de 2 MPa ou mais, em particular de 2 a 5 MPa. A resistência à compressão pode ser medida por colocar um grão do material, em uma prensa e determinar em qual força quebra (características de grão: redondo cilíndrico, diâmetro 44 mm, comprimento de 60 mm, força aplicada na base, perpendicular ao mesmo).

[0038]A substância que após decomposição gera dióxido de carbono (a), pode em particular ser selecionado do grupo de metal alcalino terroso e metais alcalinos, preferivelmente carbonato de cálcio, oxalato de cálcio, carbonato de magnésio ouoxalato de magnésio.

[0039]A partir de um ponto de vista de rendimento teórico de dióxido de carbono, uma fração tão elevada quanto possível da carga de substância ‘(a)’ é desejável. Por outro lado deve-se ter cuidado para que a reação de decomposição seja mantida, durante uso. Bons resultados foram, em particular, obtidos com carbonato de magnésio.

[0040]A fração da substância que após decomposição gera dióxido de carbono na carga é preferivelmente pelo menos 45% em peso, em particular pelo menos 50% em peso, mais particularmente pelo menos 53% em peso com base no peso da carga. Em particular para um carbonato (carbonato de magnésio), verificou-se ser possível obter bons resultados também em uma fração maior do que 55% em peso, mais particularmente maior do que 58% em peso, com base no peso da carga.

[0041]Para uma taxa de decomposição vantajosa é normalmente preferido fornecer a substância que após decomposição gera dióxido de carbono (a) na carga em uma fração de 65% em peso ou menos, em particular de 62% ou menos. Em uma modalidade particularmente preferida, a fração da substância que após decomposição gera dióxido de carbono na carga é aproximadamente 60% em peso ou menos com base no peso da carga, como na faixa de 40-60% em peso. Em uma modalidade específica, a fração é 58% em peso ou menos, particularmente 55% em peso ou menos.

[0042]A fração do (per)clorato (b) na carga, preferivelmente é pelo menos 25% em peso, em particular pelo menos 30% em peso, com base no peso da carga. Em particular, a fração pode ser 44% em peso ou menos, mais particularmente 40% em peso ou menos.

[0043]Como alternativa para carvão, o combustível (c) pode em particular ser selecionado de Al, Ti, Mn, Fe, Mo, Ni, Mg, Co, Zn e Cu.

[0044]A fração do combustível, preferivelmente carvão, na carga, é preferivelmente pelo menos 2% em peso, em particular pelo menos 3% em peso, mais particularmente pelo menos 4% em peso, com base no peso da carga. Se carvão, alumínio ou titânio fornecem o combustível, a fração é preferivelmente 9% em peso ou menos. Em particular, a fração pode ser 8% em peso ou menos, mais particularmente 7% em peso ou menos. Em particular, para Mn, Fe, Mo, Ni, Mg, Co, Zn ou Cu como combustível, a fração pode vantajosamente ser maior do que 10% em peso.

[0045]Como aglutinante (d), em princípio qualquer aglutinante inorgânico ou orgânico pode ser utilizado que seja apropriado para ligar os outros componentes, para formar uma carga penetrável por gás. Evidentemente, o aglutinante é uma substância diferente da substância que após decomposição gera dióxido de carbono (a), oxidante (b) e combustível (c).

[0046]Os exemplos de aglutinantes orgânicos incluem politetrazol, resinas de polímero, nitrocelulose e resinas fenólicas. Aglutinantes orgânicos ou polímeros de silicone podem decompor, desse modo formando uma quantidade substancial de vapor de água. A presença de vapor de água em uma concentração relativamente elevada é indesejável uma vez que água pode condensar dentro ou fora do gerador de gás, e/ou pode contribuir para corrosão, especialmente uma vez que um pouco de dióxido de carbono pode ser dissolvido na água condensada desse modo formando um líquido ácido. O aglutinante inorgânico pode em particular ser selecionado do grupo de água de vidro (silicatos de metal alcalino), argilas minerais e zeólitos. Esses aglutinantes são, em particular, apropriados para fornecer uma carga penetrável por gás para uso em um gerador de acordo com a invenção, em que a carga tem resistência e integridade suficientes antes e durante uso para ser operada também em uma modalidade em que uma frente de reação passa através da carga (vide também descrição da figura 1, abaixo). Uma vantagem específica de um aglutinante inorgânico como água de vidro (silicatos de metal alcalino), argila mineral ou um zeólito é suma inércia, em que o aglutinante genericamente não é decomposto desse modo formando água quando a carga é inflamada. São preferidos água de vidro de potássio (K2SiO3) e água de vidro de sódio (Na2SiO3), em particular água de vidro de potássio.

[0047]A fração do aglutinante, preferivelmente aglutinante inorgânico, na carga, preferivelmente é pelo menos 3% em peso, em particular pelo menos 4% em peso, mais particularmente pelo menos 5% em peso, com base no peso da carga. Em particular, a fração pode ser 9% em peso ou menos, 8% em peso ou menos, ou 7% em peso ou menos.

[0048]Em uma modalidade preferida, o material de carga (de um gerador de gás) de acordo com a invenção, compreende a) carbonato de magnésio, b) cloreto de sódio e c) carbono. Em uma modalidade particularmente preferida, o material de carga (de um gerador de gás) de acordo com a invenção, compreende a) carbonato de magnésio, b) clorato de sódio, c) carbono e d) água de vidro de potássio.

[0049]Além dos componentes a), b), c) e d), a carga pode compreender um ou mais componentes adicionais (aditivos). A fração total de aditivos é tipicamente até 10% em peso, em particular até 5% em peso do peso total da carga.

[0050]Um ou mais aditivos na carga pode em particular ser selecionada do grupo de modificadores de taxa de queima, catalisadores para catalisar a geração de dióxido de carbono e expurgadores de cloro.

[0051]O modificador de taxa de queima pode, em particular ser um catalisador de taxa de queima, como MnO2 , CuO, NiO, CoOx, Co3O4, Fe2O3, Na2O, Na2O2, KO2, MgFeO4, KMnO4.

[0052]Um catalisador para catalisar a geração de dióxido de carbono na carga pode, em particular, ser selecionado do grupo de catalisadores capazes de catalisar a conversão de C em CO2 ou a conversão de CO em CO2, como um catalisador de óxido de cobre/dióxido de manganês (hopcalite).

[0053]O expurgador de cloro na carga pode ser um catalisador capaz de catalisar a conversão de cloro, por exemplo, em cloreto ou um composto reagindo com cloro, por exemplo, desse modo formando cloreto. Os exemplos do mesmo incluem BaO2, SiO2, CoO, Co3O4, Li2O, Li2O2, MgO, CaO, MnO2; LiAlO2, boratos de metal, (LiBO2, Li2B4O7), fosfatos de metal (i.e. Li3PO4), aluminatos de metal.

[0054]O alojamento de um gerador de gás de acordo com a invenção compreende uma unidade de tratamento de gás de dióxido de carbono. Tipicamente, a unidade de tratamento de gás está presente entre a carga e a saída, de tal modo que o gás gerado passe através do material de tratamento de gás. A unidade de tratamento de gás pode compreender um ou mais materiais de tratamento de gás diferentes. Se uma pluralidade de materiais de tratamento de gás está presente, esses podem ser fornecidos em uma camada única ou uma pluralidade de camadas (normalmente posicionadas em série, em relação à direção geral do fluxo de gás, quando o gerador é utilizado).

[0055]A unidade de tratamento de gás pode, em particular, compreender um material de tratamento de gás que pode ser selecionado do grupo de adsorventes de cloro, adsorventes de água, materiais capazes de converter CO ou catalisar a conversão de monóxido de carbono em dióxido de carbono, filtros de partículas e refrigerantes.Como refrigerante, um material de decomposição endotérmica pode ser fornecido ou um material inerte. Um material refrigerante inerte tem preferivelmente uma baixa condutividade térmica e uma elevada capacidade de calor. Materiais refrigerantes inertes preferidos são, portanto, silicatos (como areia) e materiais tendo uma capacidade de calor similar ou mais elevada e/ou uma condutividade térmica similar ou mais baixa. Além disso, alumina, materiais cerâmicos ou metal podem, em particular, ser utilizados como material refrigerante. Se presente, a massa do agente de resfriamentoé tipicamente 1-30% da massa da carga, preferivelmente menor do que 20%, mais preferivelmente menor do que 10%. Um refrigerante inerte, como areia ou outro material granular, também serve como filtro para evitar (pequenas) partículas quepodem ser liberadas da carga ou outro material de tratamento de gás.Em uma modalidade específica é colocado próximo à saída (não somente à jusante da carga, como também da(s) outra(s) unidade(s) de tratamento de gás (ca- mada(s)), se presentes.

[0056]Em uma modalidade vantajosa, uma unidade para resfriar o gás gerado é posicionada à montante de pelo menos uma unidade de tratamento de gás adicional, em particular pode ser posicionada como a unidade de tratamento mais próxima à carga. Desse modo, o gás pode ser resfriado antes de entrar, por exemplo, em uma unidade para remover Co ou Cl2, desse modo melhorando a eficácia de remoção.

[0057]Em uma modalidade vantajosa adicional, pelo menos duas unidades de resfriamento são fornecidas, com pelo menos uma unidade de tratamento de gás diferente posicionada entre as mesmas. Isso pode ser, por exemplo, vantajoso no caso da unidade de tratamento de gás posicionada entre as mesmas poder causar aumento na temperatura de gás, em particular devido a uma natureza exotérmica de um processo que ocorre naquela unidade, por exemplo, remoção de CO ou Cl2 por um processoexotérmico.

[0058]O material de decomposição endotérmico como refrigerante, provê pre-ferivelmentegás de dióxido de carbono após decomposição. Carbonatos ou oxalatos de metal, como carbonato ou oxalato de magnésio ou cálcio são capazes de decomposição em uma reação endotérmica, desse modo formando dióxido de carbono e resfriando o gás. Desse modo, tal material pode ser utilizado não somente na carga como também em uma camada à jusante da carga. Como será evidente para a pessoa versada, tal material em uma unidade de tratamento de gás separada não faz parte da própria carga.

[0059]O adsorvente de cloro pode, em particular, ser selecionado do grupo de carvão ativado (por exemplo, ABEK), peróxidos e superóxidos de metal alcalino (terroso).

[0060]O adsorvente de água pode, em particular, ser selecionado do grupo de sílica gel, zeólitos, cloreto de cálcio, óxido de alumínio, óxido de bário, óxido de cálcio, sulfato de cálcio, sulfato cúprico, óxido de magnésio, sulfato de magnésio, pentóxido fosforoso, carbonato de potássio, hidróxido de potássio, sulfato de sódio, cloreto de zinco.

[0061]O material capaz de catalisar a conversão de CO em CO2 pode, em particular, ser um catalisador de óxido de cobre/dióxido de manganês (hopcalite), por exemplo, carulite.

[0062]O desenho do gerador de gás pode ser baseado em geradores de gás conhecidos, em particular geradores de gás frio conhecidos, por exemplo, como descrito em WO 03/009899 ou GB-A 1.371.506.

[0063]A figura 1 mostra uma representação esquemática de um gerador de gás de acordo com a invenção. Mostra o acendedor (1), por exemplo, uma cápsula fulminante ou um acendedor elétrico, opcionalmente em combinação com uma carga de reforço, a carga de geração de gás poroso (2), a unidade de tratamento de gás de dióxido de carbono (3) (que pode ser formada de uma pluralidade de materiais diferentes,não mostrados); o alojamento (4), uma proteção térmica (opcional) (5); e a saída (6).

[0064]Após ignição pelo acendedor 1, a decomposição de auto-sustentação (combustão) da carga 2 é iniciada. A reação começa na superfície de carga adjacente ao acendedor e a frente de reação estende através do corpo de carga até a extremidade oposta na direção da saída 6.

[0065]Sob a diferença de pressão o dióxido de carbono gerado como resultado da reação passa através do corpo da carga virgem, é resfriado nesse lugar e passa através da saída 6. A saída pode ser dotada de um conduto para levar o gás para uma garrafa de armazenagem ou um dispositivo em que uso deve ser feito do gás.

[0066]Em uma modalidade preferida, o alojamento é protegido do calor da carga de decomposição por uma proteção térmica 5, preferivelmente feita de sílica ou fibra de vidro impregnada com o aglutinante igual ou diferente como utilizado para a carga 2. Em modalidade preferida adicional, a própria carga 2 provê a proteção térmica do alojamento. Nesse caso, uma camada de, genericamente aproximadamente 1,5 mm de espessura adjacente à parede do alojamento não queima devido ao resfriamento do exterior da carga pela parede do alojamento 4.

[0067]Em uma modalidade preferida, o alojamento 4 é feito de metal como aço, alumínio ou titânio. Em outra modalidade preferida, o alojamento 4 é feito de um material compósito (compósito de plástico).

[0068]Entre a carga 2, e a saída 6, uma unidade de tratamento de gás 3, está presente.

[0069]A unidade de tratamento pode compreender uma pluralidade de sub- unidades (camadas), como foi descrito em mais detalhe acima.

[0070]O alojamento 4, em uma modalidade preferida tem cabos ou alças para transporte fácil. Em outra modalidade preferida, o alojamento 4 tem aparelhos de fixação, que fornecem montagem fácil do gerador de gás em dispositivos diferentes. Tais aparelhos abrangem extremidades rosqueadas, flanges, conexões de parafuso ou outrasconexões padrão que são conhecidas no campo.

[0071]A figura 2 é um diagrama esquemático da carga durante queima de estado quase constante. À esquerda, há uma parte decomposta da carga, 7, (escória).

[0072]A frente de decomposição 8 move da esquerda para a direita. A temperatura de decomposição de equilíbrio teórica calculada não excede 1500 K, e preferivelmenteestá na faixa de 800 a 1200 K. O dióxido de carbono liberado, 11, passa através da carga porosa virgem, 9, sob a diferença de pressão, desse modo elevando a temperatura 10 da carga virgem e reduzindo a temperatura de gás de dióxido de carbono. a uma curta distância atrás da frente de decomposição (normalmente aproximadamente 2 mm a aproximadamente 2 cm), a temperatura cai até um valor próximo à temperatura de carga inicial. O fluxo de dióxido de carbono deixa a carga no lado direito. O perfil de temperatura, 10, como uma função de distância do comprimento de carga é mostrado esquematicamente. Resfriamento adicional do gás gerado na carga genericamente ocorre na unidade de tratamento de gás à jusante da carga (não mostrado na figura 2).

[0073]A invenção será ilustrada agora pelos seguintes exemplos:

Exemplos

[0074]Cargas consistindo em carbonato de magnésio, oxidante, combustível e aglutinante foram feitas como a seguir: após pesagem os pós secos foram extensamente misturados. O aglutinante solúvel em água foi adicionado com a quantidade certa de umidade e novamente foi extensamente misturado para obter uma mistura homogeneizada. A mistura foi então granulada sobre uma peneira e colocada em um molde e comprimida em várias etapas até a porosidade geral exigida. Os moldes com as cargas porosas úmidas foram secos em um forno de acordo com um perfil de secagem otimizado em uma faixa de temperatura entre ambiente e 150°C. Posteriormente, as cargas foram retiradas dos moldes e visualmente inspecionadas.

[0075]Na tabela a seguir, as composições são dadas das cargas testadas, bem como as unidades de tratamento de gás utilizadas (no gerador de gás, à jusante da carga). O peso total para as cargas foi de aproximadamente 100 . g.

*) comentário: quando somente areia é utilizada, a quantidade utilizada não é otimizada. A quantidade utilizada foi a quantidade necessária para encher o espaço vazio na montagem de teste.

[0076]As cargas no gerador de gás foram inflamadas com um fio de resistência aquecido, temperatura de gás na saída do gerador foi medida, e o gás gerado foi coletado em um saco para análise posterior.

[0077]O teor de cloro, monóxido de carbono, dióxido de carbono, água e oxigênio foi determinado utilizando tubos detectores de gás e Cromatografia de gás. Os resultados são mostrados na seguinte tabela.

*) gerador de gás antes do experimento condicionado a 73ºC **) teste utilizado para pressurizar um volume fechado, de modo que a temperatura nesse caso está incluindo efeitos de compressão.***) tubos detectores de gás utilizados para os quais 60% vol. é o máximo que pode ser quantitativamente determinado. Levando em conta concentração de CO e O2, considera-se que concentração de CO2 é provavelmente mais elevada do que 80% em vol. n.d. = não determinado

Claims (18)

1. Gerador de gás de dióxido de carbono químico que compreende: um alojamento de carga; uma carga penetrável de gás de dióxido de carbono, contida no referido alo-jamento,CARACTERIZADO pelo fato de que a carga compreende: a) 40-70% em peso de uma substância que após decomposição gera dióxido de carbono, cuja substância é selecionada do grupo de carbonato de magnésio, oxa- lato de magnésio e carbonato de cálcio, b) 20-44% em peso de um oxidante selecionado do grupo de clorato de sódio, clorato de potássio, clorato de lítio, perclorato de sódio, perclorato de potássio e per- clorato de lítio, c) 1-20% em peso de carvão, e d) 1-10% em peso de aglutinante inorgânico selecionado do grupo de água de vidro, argilas minerais e zeólitos, os referidos componentes a), b), c) e d) juntos formando 90-100% em peso do peso total da carga; um dispositivo de ignição para acender a carga; uma unidade de tratamento de gás de dióxido de carbono para reduzir o teor de um ou mais subprodutos - que podem ter sido formados pela carga - no dióxido de carbono gerado, e/ou para resfriar gás de dióxido de carbono gerado pela carga; e uma saída para gás de dióxido de carbono gerado pela carga; e em que o gás que passa pela saída compreende 75% em mol de dióxido de carbono e menos que 1% em mol de CO.

2. Gerador de gás de dióxido de carbono químico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o aglutinante inorgânico compreende água de vidro de potássio (K2SiO3).

3. Gerador de gás de dióxido de carbono químico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de tratamento de gás de dióxido de carbono compreende pelo menos um material selecionado do grupo de adsorventes de cloro, adsorventes de água e materiais capazes de converter ou catalisar a conversão de monóxido de carbono em dióxido de carbono.

4. Gerador de gás de dióxido de carbono químico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a carga compreende um ou mais aditivos selecionados do grupo de modificadores de taxa de queima, catalisadores para catalisar a geração de dióxido de carbono e expurgadores de cloro, em uma concentração total de até 10% em peso.

5. Gerador de gás de dióxido de carbono químico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração da substância que após decomposição gera dióxido de carbono está na faixa de 45-65% em peso, em particular na faixa de 50-60% em peso.

6. Gerador de gás de dióxido de carbono químico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração do oxidante está na faixa de 25-44% em peso, em particular na faixa de 30-40% em peso.

7. Gerador de gás de dióxido de carbono químico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração do combustível está na faixa de 2-9% em peso, em particular na faixa de 4-8% em peso.

8. Gerador de gás de dióxido de carbono químico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a concentração do aglutinante está na faixa de 3-9% em peso, em particular na faixa de 4-8% em peso.

9. Gerador de gás de dióxido de carbono químico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a substância que após decomposição gera dióxido de carbono é carbonato de magnésio, o oxidante é clorato de sódio e o combustível é carvão.

10. Gerador de gás de dióxido de carbono químico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a carga é uma estrutura compreendendo canais através da estrutura, cuja estrutura é fornecida por um material granular, no qual os grânulos são ligados juntos pelo aglutinante.

11. Gerador de gás de dióxido de carbono químico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a carga tem uma porosidade (εp) definida como: 1 - (a densidade de carga (pch) dividida pela densidade de composição teórica máxima (pc)), na faixa de 0,30 a 0,65, preferivelmente na faixa de 0,40 a 0,60.

12. Dispositivo CARACTERIZADO pelo fato de que compreende um gerador de gás, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, em que o produto é selecionado do grupo de dispositivos de extinção de incêndio, em particular extintores de incêndio, sistemas para extinguir incêndio em um edifício, dispositivos infláveis, em particular coletes salva-vidas, botes infláveis, airbags, bóias infláveis; e dispositivos pneumaticamente acionados, em particular acionadores pneumáticos, válvulas pneumáticas.

13. Método para gerar dióxido de carbono, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: fornecer um gerador de gás, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11; decompor a substância que após decomposição gera dióxido de carbono, desse modo formando gás de dióxido de carbono; permitir que o gás de dióxido de carbono passe através da carga para dentro da unidade de tratamento de gás de dióxido de carbono e posteriormente através da unidade de tratamento de gás de dióxido de carbono; e permitir a passagem do gás através da saída.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o gás é deixado passar através da saída em uma temperatura de 100 °C ou menos, em particular de 70 °C ou menos, mais particularmente de 50 °C ou menos.

15. Método, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o gás que passa pela saída compreende pelo menos 75% em mol de dióxido de carbono, menos do que 0,1% em mol de cloro, menos do que 0,1% em mol de CO, e menos do que 1% em mol de água, preferivelmente pelo menos 80% em mol de dióxido de carbono, menos do que 0,1 ppmv de cloro, menos do que 0,25 ppmv de CO, e menos do que 0,1% em mol de água.

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 15, CARACTERIZADO pelo fato de que o gás é passado através da carga por uma diferença de pressão entre a saída e o interior do alojamento onde a carga está presente, a referida diferença de pressão sendo gerada pelo gás formado pela decomposição.

17. Material de carga penetrável de gás apropriado para gerar gás de dióxido de carbono, em um gerador de gás de dióxido de carbono químico, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o gás que passa pela saída compreende 75% em mol de dióxido de carbono e menos que 1% em mol de CO e o material de carga tem a seguinte composição: a) 40-70% em peso de uma substância que após decomposição gera dióxido de carbono, cuja substância é selecionada do grupo de carbonato de magnésio, oxa- lato de magnésio e carbonato de cálcio, b) 20-44% em peso de um oxidante selecionado do grupo de clorato de sódio, clorato de potássio, clorato de lítio, perclorato de sódio, perclorato de potássio e per- clorato de lítio, c) 1-20% em peso de carvão, e d) 1-10% em peso de aglutinante inorgânico selecionado do grupo de água de vidro, argilas minerais e zeólitos, os referidos componentes a), b), c) e d) juntos formando 90-100% em peso peso total da carga.

18. Carga permeável a gás para um gerador de gás de dióxido de carbono químico, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende um material de carga, como definido na reivindicação 17.

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