ES2926928T3 - Métodos y sistemas para fabricar suspensiones de hidruro metálico - Google Patents

Métodos y sistemas para fabricar suspensiones de hidruro metálico Download PDF

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Abstract

Un método para hacer una suspensión de hidruro metálico incluye agregar metal a un vehículo líquido para crear una suspensión de metal e hidratar el metal en la suspensión de metal para crear una suspensión de hidruro de metal. En algunas realizaciones, se añade un hidruro metálico al vehículo líquido de la suspensión metálica antes de la hidruración del metal. El metal puede ser magnesio y el hidruro metálico puede ser hidruro de magnesio. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Métodos y sistemas para fabricar suspensiones de hidruro metálico
REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS
La presente solicitud reivindica la prioridad respecto a la Solicitud de Estados Unidos con n.° de serie 13/782.747, presentada el 1 de marzo de 2013.
CAMPO TÉCNICO
El presente documento se refiere a sistemas y técnicas para fabricar suspensiones de hidruros metálicos, particularmente suspensiones de hidruro de magnesio.
ANTECEDENTES
La energía en forma de electricidad se puede almacenar en forma de hidrógeno, por ejemplo, aplicando la electricidad a un proceso de electrólisis para disociar el hidrógeno del oxígeno en el agua. La energía en forma de calor también se puede almacenar en forma de hidrógeno mediante un proceso de conversión térmica para disociar el hidrógeno del oxígeno en el agua.
El hidrógeno se puede incorporar a un hidruro metálico. Después, el hidrógeno puede liberarse mezclando agua con el hidruro metálico y usarse para proporcionar energía, por ejemplo, a un coche. El magnesio y el hidrógeno se pueden convertir en hidruro de magnesio utilizando temperaturas de 500 °C o más y presiones de 200 atmósferas o más. Los catalizadores pueden reducir las temperaturas y presiones requeridas.
El documento US 2007/227899 A1 describe un método que incluye generar hidrógeno utilizando electricidad o calor y combinar el hidrógeno con un fluido bombeable para formar un fluido de almacenamiento de hidrógeno bombeable. El documento US 4.769.225 A describe un sistema para el intercambio de hidrógeno entre las fases líquida y sólida. El documento DE 102008059395 describe un método para producir un material de almacenamiento para hidrógeno.
SUMARIO
La presente invención se define por la reivindicación independiente 1. Las reivindicaciones dependientes representan realizaciones adicionales de la invención.
El presente documento describe sistemas y técnicas que pueden usarse para producir suspensiones de hidruros metálicos. Por ejemplo, se divulgan métodos para producir suspensiones de hidruro de magnesio. En general, un método para producir una suspensión de hidruro metálico incluye combinar un metal con un portador líquido para formar una suspensión de metal e hidrurar el metal mientras está en la suspensión, hidrurar el metal en la suspensión de metal para crear una suspensión de hidruro metálico dividiendo la suspensión de hidruro metálico resultante y enviar una corriente lateral de suspensión de hidruro metálico para mezclarla con el metal y/o la aleación metálica y el portador líquido para formar la suspensión de metal. La combinación incluye fundir el metal y pulverizar el metal fundido para producir partículas metálicas antes de la hidruración del metal. El metal fundido se pulveriza en el portador líquido para producir la suspensión de metal.
En algunas realizaciones, la pulverización se puede realizar en una atmósfera de hidrógeno. Las partículas pueden tener un diámetro promedio de entre 0,1 pm y 200 pm. El portador líquido puede estar en forma de una mezcla que incluye portador líquido e hidruro de magnesio antes de añadir el metal o la aleación metálica al portador líquido. La suspensión de metal puede incluir al menos 1,2 por ciento en peso de hidruro metálico. El método puede incluir además la adición de hidruro metálico al portador líquido antes de la hidruración del metal. El hidruro metálico puede estar en una suspensión de hidruro metálico y la suspensión de hidruro metálico se puede añadir al portador líquido antes de la hidruración del metal de la suspensión de metal. El metal se puede añadir al portador líquido para formar una primera suspensión, en donde la primera suspensión se mezcla con una suspensión de hidruro metálico en una relación de al menos 2:1 para formar la suspensión de metal que incluye el metal, un hidruro metálico y un portador líquido. El portador líquido puede ser un aceite mineral, preferentemente un aceite mineral ligero. La suspensión de metal puede incluir un dispersante, seleccionado preferentemente del grupo que consiste en triglicérido, ácido poliacrílico, ácido oleico y combinaciones de los mismos. El metal puede ser magnesio y el hidruro metálico puede ser hidruro de magnesio. El metal puede ser una aleación de magnesio. El metal puede incluir al menos 50 por ciento en peso de magnesio y uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en vanadio, níquel y hierro.
La hidruración del metal en presencia del portador líquido es más segura que la hidruración de un metal sin la presencia del portador líquido de la suspensión. Cuando las partículas metálicas se mezclan con un portador líquido, las partículas metálicas se pueden proteger de la humedad o el oxígeno del aire. Esto puede reducir los peligros asociados con la manipulación de polvo de magnesio. Algunos formadores de hidruros metálicos son muy reactivos, por tanto, la presencia del portador líquido puede hacer que la manipulación de tales partículas metálicas sea más segura. Las partículas metálicas pueden además fabricarse o reducirse de tamaño en presencia del portador líquido.
La hidruración del metal mientras está en la suspensión también puede ser más económica. Mediante la hidruración del metal en presencia del portador líquido circundante, la suspensión se puede agitar para mejorar las velocidades de transferencia de calor de las partículas metálicas calentadas al portador líquido circundante, lo que puede hacer que el proceso sea más eficiente y, por lo tanto, más económico. El uso de bombas para transportar la suspensión también puede reducir los costes debido a la eliminación de técnicas más costosas para el manejo seguro del polvo de magnesio.
Adicionalmente, en algunos casos, se puede añadir hidruro metálico a la suspensión antes de la hidruración del metal para ayudar a catalizar la reacción del metal a un hidruro metálico.
Los detalles de una o más realizaciones se muestran en los dibujos adjuntos y la siguiente descripción. Otras características y ventajas serán evidentes a partir de la descripción y de los dibujos, así como de las reivindicaciones.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 es un diagrama de flujo que muestra un proceso ilustrativo para fabricar una suspensión de hidruro de magnesio.
La Figura 2 es un diagrama esquemático de un dispositivo de carga de hidruro metálico.
La Figura 3 es un diagrama esquemático de un dispositivo descarga de hidruro metálico.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Generalmente, se proporcionan sistemas y métodos para formar suspensiones de hidruros metálicos y para almacenar energía en las suspensiones de hidruro metálico. Las suspensiones de hidruro metálico descritas en el presente documento pueden incluir un metal hidrurado o una aleación metálica hidrurada. El metal o la aleación metálica se puede deshidrurar y rehidrurar de forma reversible, dependiendo de las condiciones (p. ej., calor y/o presión) a las que están sometidas las suspensiones.
Los métodos para fabricar suspensiones de hidruro metálico proporcionadas en el presente documento pueden incluir añadir metal a un portador líquido para crear una suspensión de metal e hidrurar el metal en la suspensión de metal para crear una suspensión de hidruro metálico. La hidruración del metal en presencia del portador líquido puede ser más segura que la hidruración de un metal sin la presencia del portador líquido de la suspensión. Cuando las partículas metálicas se mezclan con el portador líquido (p. ej., aceite mineral), el metal o la aleación metálica se puede proteger de la humedad o el oxígeno del aire. Algunos metales que forman hidruros metálicos son muy reactivos con el oxígeno 0 el agua, por tanto, la presencia del portador líquido que puede proteger las partículas del oxígeno o el agua puede hacer que la manipulación de los metales (p. ej., partículas metálicas) sea más segura. Las partículas metálicas pueden además fabricarse o reducirse de tamaño en presencia del portador líquido.
La hidruración del metal mientras está en la suspensión también puede ser más económica. Mediante la hidruración del metal en presencia del portador líquido circundante, la suspensión se puede agitar para mejorar las velocidades de transferencia de calor de las partículas metálicas calentadas al portador líquido circundante, lo que puede hacer que el proceso sea más eficiente y, por lo tanto, más económico. El proceso podrá usar bombas en lugar de tecnologías de manejo de polvo para mover el metal en polvo y la agitación se puede suministrar con el movimiento de la suspensión en el hidrurador. Las bombas son generalmente más baratas que los procesos de manejo de polvo. La razón principal de los costes más bajos cuando se utiliza un enfoque de suspensión son los riesgos reducidos asociados con el manejo de la suspensión en lugar de manejar el polvo que debe protegerse del aire y el agua. Adicionalmente, en algunos casos, se puede añadir hidruro metálico a la suspensión antes de la hidruración del metal para ayudar a catalizar la reacción del metal a un hidruro metálico.
La figura 1 representa un proceso 100 ilustrativo para fabricar una suspensión de hidruro metálico proporcionada en el presente documento. Se puede usar un metal o una aleación metálica como formador de hidruro en un método proporcionado en el presente documento. El metal o aleación metálica puede estar en forma de partículas. La figura 1 representa una etapa 110 de formación de partículas metálicas y una etapa 120 de mezclado de las partículas metálicas con un portador líquido para fabricar una suspensión de metal. Las partículas se pueden formar antes, durante o después de ser colocadas en el portador líquido. Por ejemplo, el metal o la aleación metálica se pueden formar en partículas en presencia de un portador líquido moliendo la mezcla de metal/portador líquido. En algunos casos, el polvo formador de hidruro reversible se combina primero con una mezcla del aceite mineral (y opcionalmente un dispersante), que luego se tritura (p. ej., en un triturador o molino) para reducir aún más el tamaño de las partículas. En algunos casos, las partículas finales son principalmente de aproximadamente 1 pm (1 micrómetro) a aproximadamente 200 pm (200 micrómetros) (p. ej., de aproximadamente 1 micrómetro a aproximadamente 100 pm (100 micrómetros) o de aproximadamente 1 pm (1 micrómetro) a aproximadamente 50 pm (50 micrómetros)) de tamaño en su dimensión más pequeña. En algunos casos, un metal o una aleación metálica se puede moldear en partículas, mecanizar en partículas, o moler en partículas antes de introducirse en el portador líquido.
Un metal o una aleación metálica se funde y se pulveriza en un portador líquido para crear partículas metálicas o aleación metálica que se enfrían por el portador líquido. En este proceso, el metal se funde y después se bombea a través de una boquilla para formar una pulverización de partículas. En algunos casos, se introduce un gas en el pulverizador para ayudar con la atomización. Las gotas líquidas atomizadas del metal se pueden pulverizar en un recipiente para proteger las gotas del contacto con el aire o la humedad. En el recipiente, pueden rociarse chorros de gas y/o aceite a través del chorro atomizado para enfriar las partículas. Después, las partículas pueden ser capturadas por el aceite y eliminadas de la cámara de enfriamiento. Los procesos de pulverización y enfriamiento se pueden realizar en atmósfera de hidrógeno o en atmósfera de gas inerte.
Las partículas pueden tener cualquier dimensión adecuada. En algunos casos, las partículas tienen un diámetro promedio de entre 0,1 pm (0,1 micrómetros) y 200 pm (200 micrómetros) (p. ej., entre 0,5 pm (0,5 micrómetros) y 50 pm (50 micrómetros), entre 0,75 pm (0,75 micrómetros) y 30 pm ( 30 micrómetros), entre 0,1 y 1 pm (0,1 y 1 micrómetros), entre 1 y 10 pm (1 y 10 micrómetros), entre 10 pm (10 micrómetros) y 20 pm (20 micrómetros), entre 20 pm (20 micrómetros) y 30 pm (30 micrómetros), entre 30 pm (30 micrómetros) y 40 pm (40 micrómetros), entre 40 pm (40 micrómetros) y 50 pm (50 micrómetros), entre 50 pm (50 micrómetros) y 60 pm (60 micrómetros), entre 60 pm (60 micrómetros) y 70 pm (70 micrómetros), entre 70 pm (70 micrómetros) y 80 pm (80 micrómetros), entre 80 pm (80 micrómetros) y 90 pm (90 micrómetros), entre 90 pm (90 micrómetros) y 100 pm (100 micrómetros), entre 100 pm (100) y 150 pm (150 micrómetros), o entre 150 pm (150 micrómetros) y 200 pm (200 micrómetros)). En algunos casos, las partículas tienen un diámetro promedio inferior a 5 pm (5 micrómetros).
La figura 1 representa además una etapa 130 de convertir las partículas metálicas en un hidruro metálico. La reacción, en una forma sencilla, consiste en poner gas hidrógeno en contacto con el metal o la aleación metálica. Esta reacción puede representarse de la siguiente manera:
M X/2 H2 «— » MHx
donde M es el metal o la aleación metálica y X es el número de átomos de hidrógeno en el producto de hidruro metálico final. Esta reacción a veces se describe como un proceso de adsorción en lugar de un proceso de unión.
La suspensión de metal se puede convertir en una suspensión de hidruro metálico en un dispositivo de carga. Un dispositivo de carga puede incluir un recipiente de retención de suspensión y un dispositivo de calentamiento (p. ej., serpentines de calentamiento, un intercambiador de calor, una bujía de calentamiento y/o un intercambiador de calor a contraflujo) para calentar la suspensión de metal hasta la temperatura de carga. El dispositivo de carga también incluye una entrada de gas hidrógeno y, opcionalmente, un regulador de presión para mantener la presión de carga dentro del recipiente. Como la reacción de carga es exotérmica, el dispositivo de carga puede incluir un aparato de eliminación de calor (p. ej., una bomba de calor o un intercambiador de calor) para mantener la suspensión que se está cargando dentro de un intervalo de temperatura deseado. El dispositivo de carga también puede incluir componentes de agitación o mezcla para crear una distribución de temperatura más uniforme en toda la suspensión y para ayudar en la distribución de hidrógeno en toda la suspensión. El dispositivo de carga se puede suministrar con una suspensión de metal recién creada.
En algunos ejemplos, el dispositivo de carga funciona en una base lote por lote. La suspensión de metal se bombea al dispositivo, que se calienta y se le suministra gas hidrógeno hasta que la suspensión de metal se convierte en una suspensión de hidruro metálico. La presión se alivia, la suspensión se enfría y la suspensión de hidruro metálico se bombea desde el dispositivo (p. ej., a un tanque de almacenamiento). A continuación, se repite el proceso. En algunos casos, el dispositivo de carga funciona continuamente ya que la suspensión se bombea continuamente, se calienta, se carga, se enfría y se retira.
Como se muestra en la figura 2, en un aparato de carga 150 de modo continuo, la suspensión de metal 152 es alimentada por una bomba 154 a una primera sección de tubería 156, donde se calienta a la temperatura de carga mediante serpentines de calentamiento 158. Una vez calentada, la suspensión de metal 152 se bombea a una cámara de presión 160 que tiene un espacio superior 161 ubicado encima de la suspensión de metal 152. El gas hidrógeno 162 se introduce a través de las entradas de gas 163 en el espacio superior 161, donde está en contacto directo con una superficie 153 de la suspensión de metal 152. El gas hidrógeno 162 se introduce a una presión suficiente, dada la temperatura seleccionada, para iniciar la reacción de hidruro. Como alternativa, el gas hidrógeno se introduce en el fondo del depósito de suspensión usando tubos de rociado para producir muchas burbujas muy pequeñas de hidrógeno. El hidrógeno que sube a través de la suspensión aumenta el área superficial de la suspensión y promueve la velocidad de absorción por parte del hidruro metálico. La cámara de presión 160 tiene una longitud suficiente, cuando se combina con el caudal de la suspensión, para dar como resultado un periodo de latencia de la suspensión en la cámara de presión 160 suficiente para la carga sustancialmente completa de la suspensión. A medida que el metal en la suspensión de metal 152 se hidrura para formar una suspensión de hidruro metálico cargada 168, la suspensión emite calor. Un intercambiador de calor 166 opcional recoge y transfiere el calor de la suspensión a la primera sección de la tubería 156, donde asiste en el calentamiento de la suspensión de metal 152. Una vez que la suspensión esté completamente cargada, sale de la cámara de presión 160 y entra en una tercera sección de tubería 172, en la que se enfría a aproximadamente temperatura ambiente, p. ej., mediante el intercambiador de calor 166. A continuación, la suspensión de hidruro metálico cargada se bombea fuera del dispositivo de carga 150.
En una variación de esta disposición, el proceso podría iniciarse bombeando una parte de la suspensión de hidruro metálico descargada a través de un intercambiador de calor de contraflujo y a continuación a través de un calentador (que elevaría la temperatura de la suspensión de hidruro metálico descargada a la temperatura de funcionamiento) y después al volumen de carga donde el hidrógeno se pondrá en contacto con la suspensión. Una reacción entre el metal o la aleación metálica y el hidrógeno producirá calor, del cual deberá eliminarse una cantidad activamente para mantener la temperatura de la suspensión a la temperatura de reacción deseada. Después de estar en la sección de hidruración durante un par de horas, la hidruración debe ser completa y la suspensión de hidruro metálico cargada volverá a pasar a través del intercambiador de calor de contraflujo y a un contenedor separado para la suspensión de hidruro metálico cargada. La suspensión caliente que pasa por un lado del intercambiador de calor de contraflujo perderá su calor hacia la suspensión fría agotada que pasa por el otro lado del intercambiador de calor de contraflujo.
En algunos casos, la suspensión de metal puede incluir algunos hidruros metálicos antes de ser hidrurada. La cantidad de hidruro metálico añadida a la suspensión de metal, en algunas realizaciones, es de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 50 % (p. ej., de aproximadamente el 3 % a aproximadamente el 20 %). Para hidruro de magnesio, el hidruro puede funcionar como catalizador, aumentando la velocidad de formación de hidruros por el formador de hidruros reversible, por ejemplo, como se describe en la Pat. de EE. UU. n.° 5.198.207. Como se utiliza en el presente documento, la expresión "suspensión de metal" es una suspensión que incluye metal virgen y, opcionalmente, hidruro metálico. Una vez que la suspensión de metal está hidrurada, se convierte en una "suspensión de hidruro metálico". La presencia de alguna cantidad de hidruros metálicos en la suspensión de metal antes de la hidruración de la suspensión de metal para formar la suspensión de hidruro metálico puede ayudar a catalizar la conversión del metal o la aleación metálica en un hidruro metálico en la suspensión. En algunos casos, el metal o la aleación metálica se puede añadir a un portador líquido que está en forma de una mezcla de un portador líquido y un hidruro metálico (p. ej., hidruro de magnesio). En algunos casos, el portador líquido puede incluir al menos el 1,0 por ciento en peso de hidruro metálico antes de añadir el metal o la aleación metálica. En algunos casos, se añade una pequeña cantidad de hidruro metálico o una mezcla que contiene hidruro metálico al portador líquido antes o después de añadir el metal o la aleación metálica al portador líquido para crear una suspensión de metal que incluye al menos el 1,0 por ciento en peso de hidruro metálico.
La figura 1 representa una recirculación en el proceso para incluir hidruros metálicos en la suspensión de metal. La figura 1 representa un proceso de dividir 132 la suspensión de hidruro metálico resultante y enviar una corriente lateral 134 de suspensión de hidruro metálico para mezclarla con el metal y/o la aleación metálica y el portador líquido para formar la suspensión de metal. La división 132 se puede realizar de modo que la suspensión de metal creada en la etapa 120 incluya al menos el 1,0 por ciento en peso de hidruro metálico (p. ej., al menos el 1,2 por ciento en peso de hidruro metálico, al menos el 3 por ciento en peso de hidruro metálico, o al menos el 5 por ciento en peso de hidruro metálico) antes de hidrurar la suspensión de metal. La otra corriente 140 puede usarse entonces como una suspensión de hidruro metálico en una o más operaciones comerciales.
En algunos casos, se puede crear una suspensión de metal que incluya hidruros metálicos mediante varias etapas. Por ejemplo, se puede añadir un metal o una aleación metálica a un portador líquido para formar una primera suspensión de metal. A continuación, la primera suspensión de metal se puede mezclar con una suspensión de hidruro metálico para formar una segunda suspensión de metal que incluye al menos el 1,2 por ciento en peso de hidruro metálico. A continuación, la segunda suspensión de metal se puede hidrurar para formar una suspensión de hidruro metálico. A continuación, una parte de esa suspensión de hidruro metálico se puede mezclar con otra corriente o lote de suspensión de metal para formar de nuevo una suspensión de metal que incluya al menos el 1,0 por ciento en peso de hidruro metálico. Por ejemplo, una primera suspensión de metal (p. ej., una suspensión que consiste esencialmente en un portador líquido (y opcionalmente dispersantes) y partículas metálicas virgen y/o aleación metálica virgen) se puede mezclar con una suspensión de hidruro metálico en una relación de al menos 2:1 para formar una segunda suspensión de metal.
Una vez que la suspensión de metal está hidrurada, la suspensión de hidruro metálico resultante está "cargada" o "parcialmente cargada". El uso posterior de la suspensión de hidruro metálico, sin embargo, puede liberar hidrógeno y por lo tanto "agotar" o "agotar parcialmente" la suspensión de hidruro metálico. Las suspensiones de hidruro metálico generalmente se pueden describir como "cargadas" cuando una cantidad sustancial (p. ej., 80 % o más) del componente hidrurable está hidrurada; "agotadas" cuando una cantidad sustancial (p. ej., 80 % o más) del componente hidrurable no está hidrurado; o "parcialmente cargadas"/"parcialmente agotadas" cuando la suspensión contiene metal tanto hidruro como no hidruro, estando el metal hidrurado generalmente presente en una cantidad entre aproximadamente el 20 % y el 80 % de la cantidad total de metal hidrurable. En algunos casos, al menos el 70 % del metal en la suspensión de metal se hidrura cuando la suspensión de metal se hidrura para convertirse en la suspensión de hidruro metálico. En algunos casos, entre el 85 % y el 95 % del metal hidrurable en la suspensión de metal se hidrurará durante la hidruración de la suspensión de metal. En general, las suspensiones de hidruros metálicos "cargadas" pueden incluir algún nivel de componente hidrurable que no está hidrurado, y una suspensión de hidruro metálico "agotada" puede incluir algún nivel de componente hidrurable que está hidrurado.
La suspensión de hidruro metálico que se proporciona en el presente documento puede almacenar energía de cualquier fuente disponible. En algunos casos, la suspensión de hidruro metálico se puede utilizar para transportar energía de manera segura y eficiente. Por ejemplo, la energía disponible en una primera ubicación (p. ej., un parque eólico en Kansas) se puede almacenar en una suspensión de hidruro metálico proporcionada en el presente documento y transportarse a una segunda ubicación (p. ej., Nueva York) donde se puede usar la energía (p. ej., en automóviles que son capaces de quemar hidrógeno como combustible). En una primera ubicación, el viento puede hacer que los rotores de los molinos de viento giren, accionando los generadores para producir electricidad. La electricidad se puede transportar por cables a los terminales eléctricos de un electrolizador. El sistema también puede incluir un dispositivo de carga. Usando la electricidad, el electrolizador puede separar el agua en gas hidrógeno y gas oxígeno. El agua se puede proporcionar desde una fuente a través de una tubería. El gas hidrógeno se puede pasar a través de una salida de gas hidrógeno y una tubería al dispositivo de carga. El gas oxígeno se puede purgar desde el electrolizador a través de una salida de gas de oxígeno, donde se puede recoger para su uso posterior o purgar a la atmósfera. En algunos casos, el electrolizador puede bombear el gas hidrógeno al dispositivo de carga bajo presión (p. ej., al menos a aproximadamente 344,7 kPa (50 psia [libras por pulgada cuadrada absolutas]) y el contenido del dispositivo de carga puede mantenerse bajo presión. La presión puede estar en un intervalo de aproximadamente 689,5 kPa (100 psia) o más, 1034,2 kPa (150 psia) o más, 1379 kPa (200 psia) o más, 1723,7 kPa (250 psia) o más, 3447,4 kPa (500 psia) o más, 6894,8 kPa (1000 psia) o más, o 10342,1 kPa (1500 psia) o más. El nivel de presión se puede establecer en función de la capacidad del dispositivo de carga para soportar la presión y manejar el calor generado por la reacción. La reacción entre el metal y el hidrógeno puede producir calor e hidruro metálico cargado. La velocidad de reacción del metal con hidrógeno puede ser más rápida con una presión más alta. En algunos casos, la suspensión se puede agitar para ayudar en la transferencia de calor. En algunos casos, las paredes del dispositivo de carga y/o las superficies de un agitador se pueden recubrir con un catalizador que cataliza la formación de hidruros metálicos. En algunos casos, el gas hidrógeno se puede recoger en un tanque de gas hidrógeno donde se presuriza antes de ser entregado a un dispositivo de carga. En las columnas 4 y 5 y en la figura 1 de la patente de EE. UU. n.° 7.790.013 se pueden encontrar detalles adicionales sobre cómo se puede crear gas hidrógeno, cómo se puede hidrurar una suspensión de hidruro metálico y cómo se puede transportar la suspensión.
En algunos casos, un dispositivo de carga presurizado puede recibir una corriente de suspensión de metal provista en el presente documento y/o suspensión de hidruro metálico agotada. Una suspensión de hidruro metálico agotada puede ser una suspensión que se ha deshidrurado al menos parcialmente. La proporción de hidruro metálico a metal elemental en la suspensión de metal o la suspensión de hidruro metálico agotada puede ser del 1,0 % o más en peso.
El portador líquido puede ser un líquido que no reaccione químicamente con H2 o con el hidruro metálico y/o metal o aleación metálica a las temperaturas y presiones en las que se utilizará, y que no desactive la superficie del hidruro metálico o metal o aleación metálica en relación con su capacidad catalítica para disociar la molécula de H2 en átomos o para evitar la recombinación de los átomos en la molécula de H2. El portador líquido puede tener la capacidad de disolver cantidades medibles de hidrógeno. El líquido portador, en algunos casos, es un líquido portador orgánico, tal como aceite mineral o un hidrocarburo de bajo peso molecular, por ejemplo, un alcano (p. ej., pentano o hexano). En algunos casos, el portador líquido es un aceite mineral ligero. Otros líquidos portadores podrían incluir hidrocarburos fluorados, tal como perfluorodecano, disolventes a base de silicona, líquidos orgánicos saturados, tales como undecano, isooctano, octano y ciclohexano, o mezclas de hidrocarburos de alto punto de ebullición como el queroseno, y mezclas de ellos.
En algunos casos, el líquido portador inerte puede ser un aceite mineral ligero no tóxico que presenta un alto punto de inflamación, en el intervalo de aproximadamente 154 °C a aproximadamente 177 °C y una viscosidad en el intervalo de aproximadamente 42 segundos Saybolt Universal (S.U.s.) a aproximadamente 59 S.U.s. El aceite mineral no es químicamente reactivo con hidruros metálicos, produce una presión de vapor relativamente baja y permanece líquido a través de un intervalo de temperatura de aproximadamente -40 °C a 200 °C. El líquido portador hace que la suspensión de hidruro metálico sea bombeable y, como un líquido seguro, fácil de almacenar o transportar. El portador puede actuar como una barrera entre el hidruro y el agua atmosférica, reduciendo la reacción de los dos para formar un hidróxido, lo que puede reducir la capacidad de la suspensión para almacenar y liberar hidrógeno. El uso de una suspensión permite repostar fácilmente, como al llenar un tanque. Otros portadores pueden funcionar bien, incluyendo portadores que no tienen enlaces de agua y preferentemente no tienen enlaces OH. Los portadores a base de silicona también pueden funcionar para suspensiones.
Además del metal y/o la aleación metálica, el hidruro metálico y el portador líquido, se pueden incluir otros componentes en las suspensiones de metal proporcionadas en el presente documento. Por ejemplo, se puede incluir un dispersante para estabilizar la suspensión. En algunos casos, la suspensión de metal y la suspensión de hidruro metálico resultante pueden incluir un dispersante. El dispersante puede ser, por ejemplo, un dispersante de triglicéridos, que estabiliza estéricamente la suspensión. El dispersante de triglicéridos puede ser, por ejemplo, triglicérido de ácido oleico, o trioleína. Otros dispersantes que podrían usarse incluyen dispersantes poliméricos, p. ej., HypermerTM LP1. El dispersante puede ser un dispersante polimérico. También se puede usar una combinación de triglicérido y dispersante polimérico y puede ser particularmente útil si el hidruro es hidruro de magnesio. Otros dispersantes incluyen ácido oleico, ácido poliacrílico y bromuro de hexadeciltrimetilamonio (CTAB). En algunos casos, el dispersante puede estar presente en concentraciones en la suspensión de metal y/o la suspensión de hidruro metálico resultante de al menos aproximadamente el 0,05 % (p. ej., al menos aproximadamente el 0,1 %, al menos aproximadamente el 0,5 %, al menos aproximadamente el 0,75 %, al menos aproximadamente el 1,0 %, al menos aproximadamente el 1,5 %, al menos aproximadamente el 2,0 %, al menos aproximadamente el 2,5 %, al menos aproximadamente el 3,0 %, o al menos aproximadamente el 3,5 %) y/o como máximo aproximadamente el 4,0 % (p. ej., como máximo aproximadamente el 3,5 %, como máximo aproximadamente el 3,0 %, como máximo aproximadamente el 2,5 %, como máximo aproximadamente el 2,0 %, como máximo aproximadamente el 1,5 %, como máximo aproximadamente el 1,0 %, como máximo aproximadamente el 0,75 %, como máximo aproximadamente el 0,5 % o como máximo aproximadamente el 0,1 %). Por ejemplo, una suspensión de metal se puede hidrurar para formar una suspensión de hidruro metálico que incluye hidruro de magnesio, aceite mineral ligero y una mezcla del 0,0625 % de CTAB con el 1 % de ácido poli(acrílico) forma una suspensión estable de hidruro metálico. El CTAB puede hacer que la suspensión sea más fluida y el ácido poli(acrílico) ayuda a mantener las partículas de hidruro de magnesio en suspensión. El dispersante puede adherirse a las partículas de hidruro, aumentando el arrastre de la partícula en el fluido portador para así ayudar a prevenir la sedimentación. El dispersante también ayuda a evitar que las partículas se aglomeren. El dispersante promueve la formación de la suspensión y la estabilización del hidruro en el aceite mineral. En ciertas realizaciones, los dispersantes también pueden tener propiedades tensioactivas que también pueden ser útiles en la formación de la suspensión. Por ejemplo, las suspensiones de metal proporcionadas en el presente documento pueden incluir un triglicérido o ácido poliacrílico (-1 %) o ácido oleico (-0,125 %) como dispersantes. En algunos casos, la suspensión de metal puede incluir catalizador de hidruro. En algunos casos, el catalizador de hidruro es otro metal (p. ej., vanadio, níquel y/o hierro).
La concentración del metal en la suspensión de metal y el hidruro metálico en la suspensión de hidruro metálico cargada puede estar en el intervalo del 40 al 80 por ciento en peso (p. ej., del 50 al 70 por ciento en peso, o del 55 al 60 por ciento en peso). El uso de hidruros metálicos más densos puede dar como resultado concentraciones de hidruro metálico más altas que el uso de hidruros metálicos menos densos. Los hidruros metálicos densos son hidruros metálicos que tienen una densidad de al menos aproximadamente 1 g/ml e incluyen, por ejemplo, lantano pentaníquel, mientras que los hidruros metálicos menos densos tienen una densidad de no más de aproximadamente 1 g/ml, e incluyen, por ejemplo, hidruro de litio. Las suspensiones de hidruro de magnesio pueden tener concentraciones de hidruro de al menos aproximadamente el 50 por ciento en peso (p. ej., al menos aproximadamente el 55 por ciento en peso, al menos aproximadamente el 60 por ciento en peso, al menos aproximadamente el 65 por ciento en peso, al menos aproximadamente el 70 por ciento en peso, o al menos aproximadamente el 75 por ciento en peso), y/o como máximo aproximadamente el 80 por ciento en peso (p. ej., como máximo aproximadamente el 75 por ciento en peso, como máximo aproximadamente el 70 por ciento en peso, como máximo aproximadamente el 65 por ciento en peso, al menos aproximadamente el 60 por ciento en peso o al menos aproximadamente el 55 por ciento en peso). En algún caso, la suspensión de metal incluye al menos 50 por ciento en peso de magnesio y uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en vanadio, níquel y hierro.
En algunos casos, el metal y/o aleación metálica en la suspensión de metal puede incluir uno o más de magnesio, vanadio, FeTi, LaNis, MgNi2, NaAl u otros formadores de hidruros metálicos, ya sea un metal elemental, aleación metálica o material intermetálico. Los formadores de hidruros intermetálicos incluyen LaNi45AlO5, LaNis y TiFez Mn2. Los formadores de hidruros metálicos incluyen los metales de transición (grupos IIIA a VIIIA de la tabla periódica), incluyendo la serie de lantánidos y actínidos. Tienen una gran capacidad de almacenamiento de hidrógeno junto con la liberación rápida de hidrógeno a temperaturas y presiones moderadas y la capacidad de sufrir muchos ciclos de absorción y desorción con una pequeña disminución de la capacidad. Los metales y aleaciones de metales que se sabe que forman hidruros reversibles para capturar hidrógeno de forma reversible incluyen aleaciones de titanio como se establece en la patente de EE. UU. n.° 4.075.312, aleaciones de lantano como se describe en la patente de EE. UU. n.° 4.142.300 y otras aleaciones como se muestra en la patente de EE. UU. n.° 4.200.623. Los metales elementales que se sabe que forman hidruros metálicos se describen en "Metal Hydrides" por W. M. Mueller, J. P. Blackledge y G. G. Libowitz, Academic Press, N.Y. 1968.
Las suspensiones de metal proporcionadas en el presente documento pueden extraerse mediante una bomba a través de una tubería desde una fuente de suspensión de metal y forzarse a través de una entrada de suspensión al dispositivo de carga. La suspensión de metal en el dispositivo de carga presurizado se puede calentar usando serpentines de calentamiento. Cuando la suspensión de metal se calienta, el metal en la suspensión se puede cargar más con gas hidrógeno, por lo que la cantidad de hidrógeno en forma de hidruro metálico en la suspensión se incrementa para formar una suspensión de hidruro metálico. Para hidruro de magnesio, las velocidades de reacción son muy lentas hasta que la temperatura del hidruro supera aproximadamente los 280 °C, por lo que calentar el hidruro de magnesio a esta temperatura puede acelerar la reacción inicial. Entonces, la velocidad generalmente se acelera, y la temperatura y/o la presión pueden reducirse para controlar la velocidad de la reacción. Por este proceso, la suspensión de metal se convierte en una suspensión de hidruro metálico cargada. La temperatura a la que se calienta la suspensión presurizada para la carga puede estar dentro de un amplio intervalo, por ejemplo, en el intervalo de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 350 °C, dependiendo del hidruro metálico utilizado en la suspensión. Para hidruro de magnesio, el intervalo de carga es de aproximadamente 250 °C a aproximadamente 400 °C (p. ej., de aproximadamente 260 °C a aproximadamente 300 °C).
Después de la carga, la suspensión de hidruro metálico se enfría, p. ej., a temperatura ambiente. El enfriamiento de la suspensión de hidruro metálico puede ocurrir antes o después de que una corriente lateral 134 se separe para su recirculación para mezclarla con otra corriente o lote de suspensión de metal. La suspensión de hidruro metálico enfriada no libera una cantidad significativa de hidrógeno mientras su temperatura permanece dentro de un intervalo frío y, por lo tanto, es segura para almacenar y/o transportar. Una "cantidad significativa" de hidrógeno es una cantidad lo suficientemente grande como para afectar significativamente la cantidad de energía disponible en el sitio de desprendimiento del hidrógeno o la rentabilidad del uso de la suspensión como fuente de energía, o suficiente para crear dificultades de almacenamiento y/o transporte, por ejemplo, debido a los aumentos de presión resultantes de la producción de hidrógeno. Por ejemplo, en algunos casos, la suspensión de hidruro metálico cargada enfriada libera no más de aproximadamente el 1 % de su hidrógeno total (p. ej., no más del 10 %, no más aproximadamente el 1 %, o no más de aproximadamente el 0,1 % de su hidrógeno total). En algunos casos, la cantidad de hidrógeno liberado puede ser inferior al 0,1 %. El intervalo disponible de temperaturas en las que la suspensión de hidruro metálico cargada no libera una cantidad significativa de hidrógeno depende del hidruro metálico utilizado en la suspensión. Para hidruro de magnesio, la suspensión no producirá cantidades significativas de hidrógeno a temperaturas inferiores a aproximadamente 200 °C (p. ej., por debajo de aproximadamente 100 °C, por debajo de aproximadamente 80 °C, por debajo de aproximadamente 60 °C o por debajo de aproximadamente 40 °C). Otros hidruros reversibles pueden mantenerse más fríos para garantizar que no se libere una cantidad significativa de hidrógeno. En algunos casos, la suspensión de hidruro metálico se puede enfriar en un intercambiador de calor que calienta la suspensión de metal.
Una vez que se forma la suspensión de hidruro metálico, una bomba puede bombear la suspensión de hidruro metálico desde una salida de suspensión de hidruro metálico a través de una tubería hasta un dispositivo de almacenamiento de suspensión de hidruro metálico, donde la suspensión de hidruro metálico cargada se puede almacenar indefinidamente. El dispositivo de almacenamiento de suspensión de hidruro metálico cargada puede tener una salida para permitir que una bomba extraiga la suspensión en un portador de suspensión (p. ej., un camión cisterna). El portador de suspensión podría ser cualquier cosa capaz de desplazar un fluido a lo largo de una distancia, tales como vehículos automotores, vagones de ferrocarril, barcos, barcazas y tuberías u otros conductos. El portador podría ser camiones de los que se utilizan para transportar gasolina o fuel oil. La bomba puede ser parte de una estación de servicio dedicada a atender camiones de un solo distribuidor o puede estar disponible para atender camiones de varios distribuidores.
El portador de suspensión puede transportar la suspensión de hidruro metálico cargada, incluyendo la energía almacenada en el hidruro en forma de hidrógeno, desde una primera ubicación (p. ej., una ubicación dentro de una primera jurisdicción) hasta una segunda ubicación (p. ej., una ubicación dentro de una segunda jurisdicción). En la segunda ubicación, una estación para descargar la suspensión transportada puede incluir una tubería a través de la cual una bomba puede extraer la suspensión del transportador y bombearla a un tanque de almacenamiento de suspensión de hidruro metálico cargada. Cuando se necesita hidrógeno, la suspensión de hidruro metálico cargada se puede bombear desde el tanque de almacenamiento de suspensión de hidruro metálico cargada a través de una tubería hasta una entrada de suspensión y dentro de un dispositivo de descarga.
Un dispositivo de descarga puede contener un calentador (p. ej., un serpentín de calentamiento) para calentar la suspensión a una temperatura a la que el hidruro metálico de la suspensión libere hidrógeno. En algunos casos, el dispositivo de descarga puede calentar la suspensión de hidruro metálico en condiciones anhidras. La temperatura de calentamiento depende de las características de descarga del hidruro metálico en la suspensión. Para hidruro de magnesio, la temperatura de calentamiento es de unos 250 °C a unos 400 °C (p. ej., de aproximadamente 290 °C a aproximadamente 370 °C o de aproximadamente 320 °C a aproximadamente 360 °C). Otros hidruros pueden tener diferentes temperaturas a las que liberan hidrógeno. Generalmente, la temperatura será como mínimo de aproximadamente 150 °C (p. ej., al menos aproximadamente 80 °C, al menos aproximadamente 100 °C, al menos aproximadamente 125 °C, al menos aproximadamente 175 °C, al menos aproximadamente 200 °C, al menos aproximadamente 225 °C, al menos aproximadamente 250 °C, al menos aproximadamente 275 °C, al menos aproximadamente 300 °C, al menos aproximadamente 325 °C, al menos aproximadamente 350 °C, al menos aproximadamente 375 °C, o al menos aproximadamente 390 °C) y/o como máximo aproximadamente 40 °C (p. ej., como máximo aproximadamente 390 °C, como máximo aproximadamente 375 °C, como máximo aproximadamente 350 °C, como máximo aproximadamente 325 °C, como máximo aproximadamente 300 °C, como máximo aproximadamente 275 °C, como máximo aproximadamente 250 °C, como máximo aproximadamente 225 °C, como máximo aproximadamente 200 °C o como máximo aproximadamente 175 °C). En algunos casos, el dispositivo de descarga puede incluir un catalizador en una o más superficies del dispositivo de descarga y/o en un agitador para catalizar el proceso de deshidruración.
El dispositivo de descarga puede funcionar a una presión determinada por las características de descarga del hidruro metálico y la economía del sistema. Para hidruro de magnesio, las velocidades de descarga más altas pueden ocurrir con una presión cercana a la presión atmosférica o inferior. En algunos casos, el hidrógeno se puede proporcionar a una presión que varía de 206,8 kPa a 1379 kPa (30 psia a 200 psia). En algún caso, el hidrógeno se puede proporcionar a una presión que varía de 448,2 kPa a 827,4 kPa (65 psia a 120 psia).
El dispositivo de descarga se puede diseñar para excluir el aire y el agua, específicamente oxígeno y agua. El dispositivo de carga también está diseñado para excluir el aire y el agua, ya que estos materiales puedan reaccionar con el hidruro metálico y evitar que absorba o desorba hidrógeno. Por consiguiente, en algunos casos, el dispositivo de descarga puede funcionar en condiciones anhidras.
A medida que se calienta la suspensión de hidruro metálico cargada y se descarga el gas hidrógeno, la suspensión se convierte en una suspensión de hidruro metálico agotada (una suspensión de hidruro metálico que incluye menos de una cantidad significativa de hidrógeno, por ejemplo, porque parte del hidrógeno se ha desprendido de la suspensión o porque la suspensión se ha formado recientemente y no se ha hidrurado). La suspensión reversible agotada se puede extraer mediante una bomba a través de una salida de gas hacia un portador de suspensión (que podría ser, por ejemplo, los mismos camiones utilizados para transportar la suspensión de hidruro metálico cargada) para el transporte de regreso a la primera ubicación (u otra instalación de recarga) para recargar. En algunos casos, una suspensión de hidruro metálico agotada se puede mezclar con un metal y un portador líquido virgen para fabricar una suspensión de metal.
El gas hidrógeno que se descarga de la suspensión de hidruro metálico cargada puede purgarse a través de una salida de gas y recogerse, p. ej., embotellado en una botella de hidrógeno, o utilizado directamente. Podría usarse hidrógeno embotellado, por ejemplo, para alimentar pilas de combustible en un vehículo. En algunos casos, el hidrógeno puede tener un uso distinto al de fuente de energía. Por ejemplo, el hidrógeno se puede utilizar en el trabajo de laboratorio como gas portador para un cromatógrafo de gases, como reactante en una reacción química que requiere hidrógeno, o como gas de soldadura, p. ej., para reemplazar el acetileno. En algunos casos, la suspensión de hidruro metálico se puede utilizar como fuente de energía para un vehículo directamente, en lugar de como una fuente de hidrógeno embotellado. Por ejemplo, la suspensión de hidruro metálico cargada se puede bombear directamente a un vehículo, p. ej., en un tanque de almacenamiento en un vehículo. El vehículo puede tener un dispositivo de descarga ubicado dentro del vehículo, permitiendo el desprendimiento del hidrógeno para su uso como fuente de combustible en el vehículo. En algunos casos, el vehículo también podría tener un dispositivo de carga, de modo que la suspensión de hidruro metálico agotada o parcialmente agotada pueda recargarse dentro del propio vehículo.
La suspensión de hidruro metálico cargada se puede almacenar y transportar de manera segura, y el hidrógeno se puede extraer fácilmente para usarlo como combustible. La suspensión de hidruro metálico cargada puede ser resistente a la combustión y puede manipularse, almacenarse y transportarse con seguridad. La suspensión de hidruro metálico cargada puede ser estable a temperaturas y presiones ambientales normales, por ejemplo, de modo que el hidrógeno no se disocie del hidruro y se desprenda. La suspensión de hidruro metálico cargada se puede bombear fácilmente a través de conductos y hacia los tanques de almacenamiento, dispositivos de transporte y/o dispositivos de carga y descarga.
La dirección de la reacción está determinada por la presión del gas hidrógeno y/o la temperatura de la reacción. En algunos ejemplos en los que se usa magnesio metálico en la suspensión de metal y se convierte en hidruro de magnesio, se requiere una temperatura de aproximadamente 250 °C a aproximadamente 400 °C (p. ej., de aproximadamente 280 °C a aproximadamente 350 °C o de aproximadamente 290 °C a aproximadamente 320 °C) para la hidruración del magnesio, mientras que una temperatura de aproximadamente 280 °C a aproximadamente 400 °C (p. ej., de aproximadamente 300 °C a aproximadamente 380 °C, o de aproximadamente 320 °C a aproximadamente 360 °C) da como resultado la deshidruración del hidruro de magnesio. Otros sistemas de metal/hidruro metálico pueden operar con temperaturas y presiones significativamente reducidas, p. ej., temperaturas de absorción y desorción de no más de aproximadamente 250 °C (p. ej., no más de aproximadamente 225 °C, no más de aproximadamente 200 °C, no más de aproximadamente 175 °C, no más de aproximadamente 150 °C, no más de aproximadamente 125 °C, no más de aproximadamente 100 °C o no más de aproximadamente 80 °C). En algunos casos, las aleaciones y/o mezclas de hidruros pueden mejorar tanto la cinética como los intervalos de temperatura de uso. Generalmente, para la hidruración del metal, un aumento en la presión de hidrógeno da como resultado una reacción de hidruración más rápida y/o un requisito de temperatura más bajo para la hidruración. En algunos casos, la presión de hidrógeno es al menos de aproximadamente 103,4 kPa (15 psia) (p. ej., al menos de aproximadamente 344,7 kPa (50 psia), al menos de aproximadamente 689,5 kPa (100 psia), al menos de aproximadamente 1034,2 kPa (150 psia), al menos de aproximadamente 1379 kPa (200 psia), o al menos aproximadamente 1723,7 kPa (250 psia)) y/o como máximo de aproximadamente 2068,4 kPa (300 psia) (p. ej., como máximo de aproximadamente 1723,7 kPa (250 psia), como máximo de aproximadamente 1379 kPa (200 psia) ), como máximo de aproximadamente 1034,2 kPa (150 psia), como máximo de aproximadamente 689,5 kPa (100 psia), o como máximo de aproximadamente 344,7 kPa (50 psia)). La presión generalmente dependerá parcialmente de la temperatura (y viceversa). Por ejemplo, mientras que las suspensiones de magnesio producen una absorción de hidrógeno relativamente rápida a 300 °C a una presión de 1034,2 kPa (150 psia), una temperatura más baja podría proporcionar una reacción más rápida.
Generalmente, es deseable una reacción rápida para reducir costes. Durante la hidruración, sin embargo, se produce calor y debe eliminarse del sistema. Las altas velocidades de liberación de calor podrían potencialmente descomponer el portador líquido (p. ej., aceite mineral) en la suspensión. En algunos casos, se puede utilizar una combinación de parámetros de temperatura y presión para controlar la dirección y la velocidad de la reacción y, por lo tanto, el calor producido. Por ejemplo, la presión puede ser inicialmente relativamente baja y, a continuación, puede aumentarse a medida que avanza el proceso.
Como la reacción del hidruro es reversible, una suspensión de hidruro metálico proporcionada en el presente documento puede funcionar para transportar energía en forma de hidrógeno repetidamente, cargándose y descargándose muchas veces (p. ej., al menos aproximadamente 5 veces, al menos aproximadamente 10 veces, al menos aproximadamente 20 veces, al menos aproximadamente 25 veces, al menos aproximadamente 50 veces, al menos aproximadamente 75 veces, al menos aproximadamente 100 veces, al menos aproximadamente 125 veces, al menos aproximadamente 150 veces, al menos aproximadamente 250 veces, al menos aproximadamente 500 veces, al menos aproximadamente 1000 veces o al menos aproximadamente 2000 veces). Generalmente, cuanto mayor sea el número de ciclos de carga/descarga, más rentable el sistema.
Las suspensiones de hidruro metálico pueden tener una característica de flujo similar a la de un líquido que puede permitir el uso de la infraestructura de combustible líquido existente en el almacenamiento y transporte de la suspensión. La naturaleza del líquido portador, la cantidad de dispersante y el tamaño de las partículas de hidruro afectan a la viscosidad de la suspensión. El aceite en la suspensión puede proteger al hidruro metálico del contacto no intencional con la humedad del aire. La suspensión puede servir como ruta para la disipación del calor generado por la reacción de carga exotérmica. El dispersante mantiene las partículas de hidruro en suspensión. El dispersante se adhiere a las partículas y rechaza las partículas adyacentes para evitar la aglomeración de las partículas. La suspensión se quema solo si se aplica calor intenso, como mediante un soplete, y se mantiene. Al retirar el calor, cesa la quema de la suspensión y se extinguen las llamas.
Las suspensiones de hidruro metálico proporcionadas en el presente documento pueden contener entre aproximadamente el 3 % y aproximadamente el 6 % en peso de hidrógeno. En algunos casos, la suspensión puede liberar de aproximadamente el 70 % a aproximadamente el 98 % del hidrógeno absorbido (p. ej., de aproximadamente el 80 al 98 % o del 90 al 98 % del hidrógeno absorbido). El hidruro residual que queda puede funcionar como un catalizador para la recarga de la suspensión de hidruro metálico agotada.
Generalmente, el dispositivo de descarga es similar al dispositivo de carga. El dispositivo de descarga generalmente incluye un recipiente que contiene fluidos y un dispositivo de calentamiento (p. ej., serpentines de calentamiento, un intercambiador de calor y/o una bujía de calentamiento) para calentar la suspensión hasta la temperatura de descarga. Cuando se utiliza hidruro de magnesio, la temperatura de descarga puede ser de al menos aproximadamente 280 °C (p. ej., al menos aproximadamente 300 °C, al menos aproximadamente 320 °C, al menos 340 °C, al menos aproximadamente 350 °C, al menos aproximadamente 360 °C, al menos aproximadamente 370 °C, al menos aproximadamente 380 °C, o al menos aproximadamente 390 °C) y/o como máximo aproximadamente 400 °C (p. ej., como máximo aproximadamente 390 °C, como máximo aproximadamente 380 °C, como máximo aproximadamente 370 °C, como máximo aproximadamente 360 °C, como máximo aproximadamente 350 °C, como máximo aproximadamente 340 °C, como máximo aproximadamente 320 °C o como máximo aproximadamente 300 °C). Otros hidruros pueden operar con temperaturas y presiones reducidas. El dispositivo incluye además una salida de gas hidrógeno para liberar gas hidrógeno del recipiente. El dispositivo de descarga opcionalmente incluye además un aparato de eliminación de calor (p. ej., una bomba de calor, intercambiador de calor, o un intercambiador de calor de contraflujo aislado) para reducir la temperatura de la suspensión una vez que se agota el hidrógeno liberable.
En algunos ejemplos, el dispositivo de descarga opera en una base lote por lote. La suspensión cargada de hidruro metálico se bombea al dispositivo y se calienta, momento en el que se desprende hidrógeno de la suspensión. A continuación, la suspensión agotada se enfría opcionalmente y se bombea desde el dispositivo (p. ej., a un tanque de almacenamiento). A continuación, se repite el proceso.
En algunos casos, la suspensión de hidruro metálico cargada se bombea continuamente al dispositivo de descarga, se calienta, se agota, se enfría y se retira. La figura 3 ilustra un ejemplo de un dispositivo de descarga de modo continuo 200, en el que una suspensión de hidruro metálico cargada 202 es alimentada por una bomba 204 a una primera sección de tubería 206, donde se calienta a la temperatura de desorción usando serpentines de calentamiento 208. Una vez calentada, la suspensión de hidruro metálico cargada 202 pasa a una cámara de desorción 210 que tiene un espacio superior 211 sobre una superficie 203 de la suspensión 202. El gas hidrógeno 212 se desorbe de la suspensión de hidruro metálico cargada 202 en el espacio superior 211, desde donde se purga a través de las salidas de gas 212. Se puede usar una válvula de presión 214 para controlar la presión dentro del espacio libre 211. La longitud del tubo de la cámara de desorción 210 es suficiente, cuando se toma en combinación con el caudal de la suspensión, para permitir que sustancialmente todo el hidrógeno disponible se desorba. La suspensión, que ahora es una suspensión de hidruro metálico agotada 216, sale de la cámara de desorción 210 y entra en una tercera sección de tubería 220, en la que se enfría a aproximadamente temperatura ambiente, opcionalmente por medio de un intercambiador de calor 222 que toma el calor de la suspensión de hidruro metálico agotada 216 y lo aplica a la suspensión de hidruro metálico cargada 202 que entra en el dispositivo de descarga 200. A continuación, la suspensión de hidruro metálico agotada 216 se bombea fuera del dispositivo de descarga 200, p. ej., para almacenamiento y/o transporte.
La válvula de presión 214 puede, en algunos casos, acoplarse a un sistema de refrigeración 226 para enfriar el gas hidrógeno 212 y condensar cualquier aceite 228 que se haya volatilizado y purgado junto con el gas hidrógeno 212. La válvula de presión se puede ubicar aguas abajo del condensador de aceite. El aceite se condensará a temperaturas más altas cuando esté bajo presión. Cualquier aceite 228 así condensado podría volver a añadirse a la suspensión de hidruro metálico agotada 216. El gas de hidrógeno 212 puede en algunos casos pasar a través de un filtro 230, p. ej., un filtro de carbón, para eliminar los restos de aceite u otras impurezas. El gas hidrógeno ahora purificado 212' puede entonces alimentarse para un procesamiento posterior, tal como, por ejemplo, embotellado. Como alternativa, el gas hidrógeno 212' se puede suministrar a un proceso que consume hidrógeno tal como una pila de combustible o un sistema de soldadura.
Generalmente, se utiliza una primera fuente de energía para formar o extraer el hidrógeno que se almacena en la suspensión de hidruro. La primera fuente de energía es, en ciertos ejemplos, una fuente de energía que está fácilmente disponible en una ubicación particular (p. ej., una primera ubicación) y/o no está fácilmente disponible en, y/o no es fácilmente transferible a, una segunda ubicación. Las fuentes de energía de este tipo incluyen fuentes de energía renovable tales como, p. ej., el viento, geotérmicas, hidroeléctricas, energía oceánica (p. ej., aprovechando la energía de las olas del océano, mareas, o de la energía térmica almacenada en el océano), biomasa y energía solar en forma de calor o electricidad. Tales fuentes de energía generalmente no producen gases de efecto invernadero y no están sujetas a agotamiento. La biomasa puede producir gases de efecto invernadero, pero por lo general no aporta cantidades sustanciales de gases de efecto invernadero adicionales a la atmósfera, ya que la biomasa utiliza los gases de efecto invernadero para fabricarse. En algunas realizaciones, la energía nuclear se puede utilizar para producir hidrógeno. En otras realizaciones, combustibles generalmente utilizados como fuentes de energía (p. ej., carbón, petróleo y/o gas natural) se pueden utilizar para producir hidrógeno. El hidrógeno se puede producir en un pequeño número de ubicaciones, donde se puede tener cuidado para reducir la contaminación resultante de la quema de tales combustibles.
Muchas de estas fuentes de energía no son fácilmente transportables en forma no utilizada y/o estable, a diferencia de los combustibles fósiles. Además, muchas de estas fuentes de energía se encuentran en ubicaciones en las que la demanda de energía es baja (p. ej., áreas de baja densidad de población y/o poca industrialización). En algunas ubicaciones, la energía disponible es mayor que la demanda de energía. Este exceso de energía se puede almacenar y transportar a ubicaciones de mayor demanda de energía.
Si bien las realizaciones descritas anteriormente se refieren generalmente a la formación de hidrógeno en o cerca del sitio de formación o carga de hidruro metálico, el hidrógeno mismo puede almacenarse y transportarse a los sitios de carga de hidruro metálico. Por ejemplo, el hidrógeno se puede transportar desde reformadores de metano a gran escala hasta mercados remotos (p. ej., mercados a varios cientos de millas de distancia). Otras realizaciones están dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un método (100) para fabricar una suspensión de hidruro metálico, que comprende:
(a) combinar (120) un metal o una aleación metálica con un portador líquido para crear una suspensión de metal, en donde la combinación comprende fundir el metal y pulverizar el metal fundido para producir (110) partículas metálicas antes de la hidruración del metal, en donde el metal fundido se pulveriza en el portador líquido para producir la suspensión de metal; y
(b) hidrurar (130) el metal en la suspensión de metal para crear una suspensión de hidruro metálico; y
(c) dividir (132) la suspensión de hidruro metálico resultante y enviar (134) una corriente lateral de suspensión de hidruro metálico para mezclarla con el metal y/o la aleación metálica y el portador líquido para formar la suspensión de metal.
2. El método (100) de la reivindicación 1, en donde la pulverización se realiza en una atmósfera de hidrógeno.
3. El método (100) de la reivindicación 1, en donde las partículas tienen un diámetro promedio de entre 0,1 gm y 200 gm.
4. El método (100) de la reivindicación 1, en donde el portador líquido está en forma de una mezcla que incluye un portador líquido e hidruro de magnesio antes de añadir el metal o la aleación metálica al portador líquido.
5. El método (100) de la reivindicación 1, en donde la suspensión de metal comprende al menos el 1,2 por ciento en peso de hidruro metálico.
6. El método (100) de la reivindicación 1, que comprende además añadir hidruro metálico al portador líquido antes de la hidruración del metal.
7. El método (100) de la reivindicación 6, en donde el hidruro metálico está en una suspensión de hidruro metálico y la suspensión de hidruro metálico se añade al portador líquido antes de hidrurar el metal de la suspensión de metal.
8. El método (100) de la reivindicación 7, en donde el metal se añade al portador líquido para formar una primera suspensión, en donde la primera suspensión se mezcla con una suspensión de hidruro metálico en una relación de al menos 2:1 para formar la suspensión de metal que comprende el metal, un hidruro metálico y un portador líquido.
9. El método (100) de la reivindicación 1, en donde el portador líquido es un aceite mineral, preferentemente un aceite mineral ligero.
10. El método (100) de la reivindicación 1, en donde la suspensión de metal comprende un dispersante, seleccionado preferentemente del grupo que consiste en triglicérido, ácido poliacrílico, ácido oleico y combinaciones de los mismos.
11. El método (100) de la reivindicación 1, en donde el metal es magnesio y el hidruro metálico es hidruro de magnesio.
12. El método (100) de la reivindicación 1, en donde el metal es una aleación de magnesio.
13. El método (100) de la reivindicación 12, en donde el metal comprende al menos el 50 por ciento en peso de magnesio y uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en vanadio, níquel y hierro
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