MX2008007411A

MX2008007411A - Sensor de temperatura y presion altas.

Info

Publication number: MX2008007411A
Application number: MX2008007411A
Authority: MX
Inventors: Colin E Hackett; Chan Seung Park; Joseph M Norbeck
Original assignee: Univ California
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-09-04
Also published as: US20070131567A1; AU2006324400A2; WO2007070260A2; EP1963789A2; WO2007070260A3; US7754491B2; CN101558294A; CA2630577A1; AU2006324400A1; RU2008127746A; US8435448B2; BRPI0620564A2; KR20080078049A; JP2009518647A; EP1963789A4; US20100197035A1

Abstract

Un ensamble y método para el análisis de gas; el ensamble comprende un compartimiento de catalizador para hacer reaccionar catalíticamente un componente de una muestra de gas, que produce una o más especies de gas como productos; un compartimiento de producto recibe la especie de gas y un elemento de detección dentro del compartimiento detecta la cantidad de una o más de las especies de gas; esta cantidad se compara con la cantidad de las mismas especies de gas presentes en un compartimiento de referencia que contiene una muestra de gas no catalizada que provee la cantidad de las especies de gas producido por catálisis; al utilizar esta válvula, el contenido del componente de gas en la muestra de gas se calcula con base en la estoiquiometría de la reacción catalizada; en modalidades preferidas, el gas para análisis es un gas de procedimiento para producción de combustible y el catalizador es un catalizador de cambio de temperatura alta que cataliza la reacción del monóxido de carbono y el agua en hidrógeno y dióxido de carbono.

Description

SENSOR DE TEMPERATURA Y PRESION ALTAS CAMPO TECNICO Esta invención se refiere generalmente a sensores de gas y métodos para analizar gases.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los métodos tales como los procedimientos Fischer-Tropsch que producen combustibles líquidos sintéticos a partir de monóxido de carbono y mezclas de hidrógeno requieren un control estricto de los parámetros de procedimiento para producir eficientemente los grados deseados de los productos de combustible. Uno de los más críticos de estos parámetros es la relación del hidrógeno con el monóxido de carbono. La mayoría de los métodos de producción de combustible sintético incluyen la oxidación parcial o procedimientos reformadores de vapor. Estos procedimientos generalmente se realizan a presiones altas (aproximadamente 35.15 kg/cm2 y temperatura alta (aproximadamente 800°C). Muchos de los analizadores para monitorear y controlar la relación H2/CO utilizan sensores que operan a temperatura y presión ambiente. Como un resultado, los dispositivos de refrigeración y reducción de presión deben instalarse entre el procedimiento y los analizadores de CO y H2. Estos dispositivos agregan complejidad considerable a los procedimientos totales y hacen los tiempos de respuesta del analizador relativamente lentos. Además, el análisis de H2 y CO generalmente se realiza de manera separada en vez de por un analizador que provee las mediciones de ambos gases simultáneamente. Muchos métodos actuales del análisis de CO generalmente requieren la presencia de oxígeno para operar. En la patente de E.U.A. No. 4,073,698 para Blurton et al. , se describe un método con base en la oxidación selectiva del hidrógeno la cual evita que este gas interfiera con la medición de CO. En la patente de E.U.A. No. 4,394,239 para Kitzelmann et al., se describe un método para medir la concentración de CO y H2 en aire ambiente. Otro método descrito en la patente de E.U.A. No. 4,397,888 para Yannopoulos et al., requiere oxígeno a través de un sensor de película delgada de óxido estánico que utiliza diferentes adulterantes para distinguir entre CO y H2. Un método descrito en la patente de los E.U.A. No. 5,439,580 para Akbar et al., también requiere adulterantes específicos de gas para distinguir entre CO y H2. La medición de CO y H2 en una corriente de gas de procedimiento es un ejemplo particular de una medición de gas que podría llevarse a cabo más rápida y más eficientemente a temperaturas y presiones elevadas. Esto deja una necesidad para el desarrollo continuo de dispositivos y métodos para análisis de gas de temperatura y presión altas.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Esta invención provee un ensamble y un método para análisis de gas que puede utilizarse en condiciones ambientales o bajo condiciones de temperatura alta y presión alta. En las modalidades particulares, esta invención provee análisis en tiempo real de una corriente de gas de procedimiento. En un aspecto, esta invención provee un ensamble sensor de gas para monitorear un componente de un gas. El ensamble incluye: a) un compartimiento de catalizador para recibir una muestra de un gas y para sostener un catalizador que cataliza una reacción química que incluye un componente del gas con el cual se producen una o más especies de gas; b) un compartimiento de producto en comunicación fluida con el compartimiento de catalizador para recibir algunas o todas las especies de uno o más gases producidos por catálisis; y c) un elemento de detección colocado dentro del compartimiento de producto para detectar la cantidad de al menos una especie de gas producido por catálisis, con el cual se provee un valor para analizar la cantidad del componente de gas contenido en el gas. El ensamble sensor puede además incluir: d) un compartimiento de referencia para recibir una segunda muestra del gas; y e) un segundo elemento de detección colocado dentro del compartimiento de referencia para detectar las mismas especies de gas como se detectaron después de la catálisis con lo cual se provee un valor de referencia para analizar la cantidad del componente de gas contenido en el gas. En las modalidades preferidas, el ensamble sensor de gas también incluye un catalizador para catalizar la reacción química que incluye el componente de gas. Se pueden determinar dos valores, un valor que corresponde a la cantidad de las especies de gas contenidas en un producto de gas después de la catálisis, el otro valor corresponde a la cantidad de las especies de gas presentes en una muestra de gas antes de la catálisis. La diferencia entre estos dos valores provee una medida de la cantidad de las especies de gas producido por catálisis. Al utilizar esta medida, el contenido del componente de gas de interés puede determinarse a partir de la estoiquiometría de la reacción química catalizada. En esencia, el componente de gas se analiza al transformarlo en una especie de gas diferente, cuyo contenido se determina después. La ventaja de esta transformación es que las especies de gas resultantes pueden ser detectadas más fácilmente y convenientemente. Por ejemplo, en algunas modalidades, CO en un gas de procedimiento se hace reaccionar catalíticamente con H2 para producir CO y H2. La cantidad de H2 puede determinarse por el análisis de conductividad térmica y el contenido de CO del gas de procedimiento puede calcularse a partir de la estoiquiometría de la reacción catalizada. El valor que corresponde a la cantidad de las especies de gas antes de la catálisis puede determinarse de manera separada desde el ensamble sensor de gas o puede determinarse en un compartimiento de referencia que es parte del ensamble sensor de gas.

En otras modalidades, al escoger la reacción química adecuada y la configuración de ensamble de gas, la relación de varios componentes de un gas puede determinarse directamente desde un monitor en un análisis en tiempo real. En otro aspecto, esta invención provee un método para monitorear un componente de un gas. El método comprende: a) transferir una primera muestra de un gas de un primer compartimiento de un ensamble sensor de gas; b) en el primer compartimiento, catalizar una reacción química que incluye un componente de gas con el cual se producen una o más especies de gas; c) transferir parte o todas las especies de uno o más gases a un segundo compartimiento del ensamble sensor de gas; d) en el segundo compartimiento, detectar la cantidad de al menos una especie de gas producido por catálisis; e) transferir una segunda muestra del gas a un tercer compartimiento del ensamble sensor de gas; f) en el tercer compartimiento, detectar la cantidad de las mismas especies de gas como se detectaron después de la catálisis; y g) comparar la cantidad de las especies de gas después de la catálisis con la cantidad de las mismas especies de gas en la segunda muestra de gas con la cual se provee una medida de la cantidad del componente del gas contenido en el gas. La comparación provee una medida de la cantidad de las especies de gas producido por catálisis, el cual a su vez se utiliza para calcular el contenido del componente de gas en cuestión. Por lo tanto, la cantidad de las especies de gas producido por catálisis provee una medida del componente de gas en cuestión.

Las características novedosas que se cree son características de la invención, tanto de organización como de su método de operación, junto con otros objetivos y ventajas se entenderán mejor a partir de la siguiente descripción cuando se consideren en relación con las figuras anexas. Sin embargo se entenderá expresamente que cada una de las figuras se provee para los propósitos de ilustración y descripción solamente y que no están previstas como una definición de los límites de la invención.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista esquemática de un sensor de gas; La figura 2 es un diagrama de bloque de un análisis de flujo de gas de procedimiento; La figura 3 es una gráfica que muestra la relación del hidrógeno con el monóxido de carbono como una función de la salida del puente.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Esta invención provee un sensor de gas y un método de análisis de gas. Esta invención se hizo con el apoyo de la Ciudad de Riverside, California. La ciudad de Riverside tiene ciertos derechos en esta invención. De acuerdo con esta invención, el gas para análisis puede ser cualquier gas que tenga un componente que sea capaz de sufrir una reacción química catalizada. El gas puede comprender una sola especie de gas de una mezcla de dos o más especies de gas. En las modalidades particulares, el gas es una corriente de gas tal como una corriente de gas de procedimiento para la producción de combustible sintético. Aunque la composición de la primera muestra de gas y la segunda muestra de gas puede ser la misma, las primeras y segundas muestras pueden diferir dependiendo de la uniformidad del gas que se va a analizar. Por ejemplo, cuando el gas es una corriente de gas de procedimiento, la composición de la corriente de gas puede diferir debido a las fluctuaciones en la producción de gas. Sin embargo, una comparación de las primeras y segundas muestras de gas provee una medida del componente de gas en cuestión, particularmente cuando el gas de procedimiento se muestrea en intervalos de corto tiempo. El catalizador puede se cualquier sustancia que cataliza una reacción química que incluye un componente de gas en cuestión mientras el catalizador no evite la detección de las especies de gas particular que se van a medir. Preferiblemente, un catalizador es un sólido que permanece en el compartimiento de catalizador a través del curso del análisis del componente de gas. Los ejemplos de los componentes de gas y los catalizadores incluyen, pero no están limitados a, catalizadores de reducción catalítica selectiva tales como vanadio para análisis de NH3 y catalizadores basados en carbono para análisis de N02. En las modalidades preferidas, el catalizador es un catalizador de cambio que cataliza la siguiente reacción conocida como reacción de cambio: CO + H20 H2 + C02. Los ejemplos de catalizadores de cambio incluyen pero no están limitados a los catalizadores de cambio de temperatura alta basados en hierro-cromo, catalizadores de cambio de temperatura baja basados en cobre-zinc, aluminio y los catalizadores de cambio de temperatura media basados en metales nobles. Un catalizador de cambio de temperatura alta capaz de catalizar una reacción de cambio a temperaturas de aproximadamente 300°C o más altas se prefieren particularmente. Tales catalizadores de cambio de temperatura alta están comercialmente disponibles (KATALCO 71 -5 de Johnson Matthey Inc., Wayne, Pennsylvania, E.U.A.; HTS SK-201 -2 de Haldor Topsoe Inc., Houston, Texas, E.U.A.). Para la medida más precisa de un componente de gas en cuestión, la reacción química catalizada preferiblemente es una que se completa, es decir que es irreversible. En las modalidades preferidas, sustancialmente todo el componente de gas se cataliza. Se entiende por "sustancialmente todo" que la cantidad del componente de gas que permanece después de la catálisis no es más de 1 % de componente de gas presente antes de la catálisis. Durante el análisis de datos, cualquier error en la medición debido a la conversión incompleta de un componente de gas puede compensarse mientras la conversión por ciento permanece relativamente constante. El elemento de detección puede ser cualquier dispositivo de detección de gas que pueda utilizarse para determinar la cantidad de un producto de reacción seleccionado. Los ejemplos de los elementos de detección incluyen, pero no están limitados a, elementos de detección de conductividad térmica, elementos de detección de semiconductores, elementos de detección basados en óxido de cerámica, elementos de detección electroquímicos, elementos de detección basados en hidruro metálico y elementos de detección infrarrojos. En modalidades preferidas, el elemento de detección es un elemento de detección de conductividad térmica. Como se conoce, la conductividad térmica es una propiedad a granel de gases, y los elementos de detección de conductividad térmica se consideran como dispositivos de detección de gas no específicos. Un elemento de detección de conductividad térmica es un dispositivo de resistencia tal como un filamento metálico, película metálica, termistor, hornilla térmica, película de carbono, compuesto de carbono, cable embobinado metálico, cable metálico, plástico conductivo u otro elemento de detección de conductividad térmica. Particularmente, se prefieren los elementos de detección de conductividad térmica de filamento metálico. Ciertos gases, tales como el helio y el hidrógeno, tienen conductividades térmicas que son mayores a la conductividad térmica del aire, mientras que otros gases, tales como nitrógeno, argón, dióxido de carbono, monóxido de carbono, amonio y nitrógeno tienen conductividades térmicas que son menores o similares a las del aire. Por lo tanto, en una mezcla de gas que contiene hidrógeno y dióxido de carbono, por ejemplo, la conductividad térmica del gas se determinará principalmente por el hidrógeno.

En la práctica, el análisis de gas puede ocurrir a presiones de gas arriba de aproximadamente 35.1 5 kg/cm2 y temperaturas arriba de aproximadamente 800°C. La presión de gas de preferencia aproximadamente 7.03 a 35.15 kg/cm2, más preferiblemente alrededor de 14.06 a 35.15 kg/cm2 e incluso más preferiblemente alrededor de 21 .09 a 35.15 kg/cm2. La temperatura de gas es preferiblemente alrededor de 100°C a 800°C, más preferiblemente alrededor de 200°C a 800°C, incluso más preferiblemente alrededor de 250°C a 800°C. En modalidades preferidas, el análisis de gas se lleva a cabo a aproximadamente 300°C. En la figura 1 , se muestra un dibujo esquemático de un sensor de acuerdo con esta invención. El sensor inciuye un bloque de sensor 2, un lado en el cual se conecta a una tapa 4. El gas se introduce en el bloque de sensor por medio de un conector de puerto de entrada 6, y se libera a través de un conector de puerto de salida 8. En esta modalidad, ambos conectores son conectores Swagelok (Swagelock Company, Solón, Ohio, E.U.A.), aunque pueden utilizarse otros ajustes de conector. Una cámara de sensor 10 se divide entre secciones o compartimientos: un compartimiento de referencia 12; un compartimiento de catalizador 14; y un compartimiento de producto 16. Se provee un catalizador 18 en el compartimiento de catalizador. Los compartimientos de referencia, de catalizador y de producto pueden colocarse en secciones continuas de una sola cámara de sensor como se muestra en la figura 1 . Alternativamente, cada sección puede estar físicamente separada de la otra sección por una división tal como un deflector de difusión o los compartimientos pueden colocarse como cualquier combinación de secciones continuas y separadas. En la parte superior del bloque de sensor existen dos cavidades 20, 22 que proveen los elementos de detección de gas 24, 26 con acceso a los compartimientos de referencia y de producto respectivamente. En esta modalidad, los elementos de detección de gas son elementos de detección de conductividad térmica de filamento metálico. El elemento de detección de conductividad térmica 26 incluye un filamento metálico 28 conectado a los cables de señal 30. También en la parte superior del bloque de sensor hay un elemento de detección de temperatura 36 el cual en esta modalidad es un termocople para medir la temperatura del bloque de sensor. Una cavidad 38 en la parte inferior del bloque de detección sostiene un elemento de calentamiento 40 el cual en esta modalidad es un calentador de cartucho. El elemento de calentamiento 40 y el elemento de detección de temperatura 36 están conectados a un controlador de temperatura para mantener la temperatura del bloque de sensor en un valor deseado. En la operación, una muestra de gas de prueba entra al compartimiento de referencia 12 y después se mueve a través del compartimiento de catalizador 14 y hacia el compartimiento de producto 16. En el compartimiento de producto, se analiza la muestra de gas de prueba y se compara con una muestra de gas de referencia que ha entrado al compartimiento de referencia 12 después de la muestra de gas de prueba.

Cuando el gas que se va a rnonitorear es un flujo de gas, las muestras de gas pueden fluir continuamente desde el compartimiento de referencia a través del compartimiento de catalizador y hacia el compartimiento de producto para la medición. Esto provee continuo monitoreo del flujo de gas. En un ambiente de flujo continuo, una muestra de gas tiene dos funciones. Primero, la muestra de gas entra al compartimiento de referencia 12 y actúa como una muestra de gas de referencia para las especies de gas presentes en el compartimiento de producto 16. Segundo, la muestra de gas sufre catálisis en el compartimiento de catalizador y entra al compartimiento de producto en donde se analiza. Por lo tanto, cada muestra de gas actúa como una muestra de gas de referencia y una muestra de gas de prueba para el sensor de gas. Los datos de las especies de gas pueden capturarse y analizarse por medio de un monitor eléctricamente conectado a los elementos de detección de gas. En el caso del sensor de gas mostrado en la figura 1 , los elementos de detección de gas 24, 26 (elementos de conductividad térmica de filamento metálico) pueden estar conectados a un circuito de puente Wheatstone tal como los dos sensores desde dos piernas del circuito de puente. Un amplificador de instrumentación puede conectarse al circuito de puente para detectar el desequilibrio de circuito de puente. La salida del amplificador de instrumentación puede estar conectada a un monitor para mostrar la señal del amplificador. Cuando la reacción catalizada es una reacción de cambio que incluye la catálisis de CO y H20 para producir H2 y C02, la señal del amplificador puede representar la relación de H2 con CO del gas. Por lo tanto, la relación de H2 con CO puede determinarse directamente a partir del circuito de puente sin la necesidad de calcular la estoiquiometría de la reacción catalizada. El monitor también puede actuar como un controlador de temperatura para mantener la temperatura del bloque de sensor. Un diagrama de bloque que utiliza un sensor de acuerdo con esta invención se provee en la figura 2. Un reformador de metano de vapor 42 convierte en vapor y el metano en monóxido de carbono, hidrógeno y vapor residual el cual forma la corriente de gas productora 44 para un reactor Fischer-Tropsch 46. Una muestra de gas de procedimiento 48 se divide de la corriente de gas productora 44 y pasa a través de un orificio 50 antes de entrar a un bloque de sensor 52. El orificio limita el flujo del gas en el sensor. Un índice preferido del flujo de gas es de aproximadamente 5 sccm (centímetro cúbico estándar por minuto). Otros dispositivos de control de flujo de gas pueden sustituirse por el orificio que incluye pero no está limitado a un dispositivo de control de flujo capilar o una válvula de aguja. La muestra de gas se liberó y se aventó desde el bloque de sensor siguiendo la catálisis. Un regulador de contrapresión 54 se utiliza para mantener la presión dentro del bloque de sensor a cualquier presión deseada. En la figura 2, la temperatura del bloque de sensor se mantiene al conectar un controlador de temperatura 56 a un termocople y un elemento de calentamiento unido al bloque de sensor. Las conexiones se hacen por medio de un cable de elemento de calentamiento 58 y un cable de termocople 60.

En el bloque de sensor, se detecta una muestra de gas en una ubicación correspondiente a un compartimiento de referencia, y una segunda muestra de gas se detecta simultáneamente en otra ubicación que corresponde a un compartimiento de producto. Cada ubicación contiene un elemento de detección de gas, en este caso un elemento de detección de conductividad térmica de filamento metálico. Cada elemento de detección de conductividad térmica se conecta a un amplificador de puente Wheatstone 62 el cual a su vez se conecta a una computadora 64. Cuando los elementos de detección de conductividad térmica forman dos piernas de un circuito de puente Wheatstone, el cual mide la diferencia en resistencia entre los elementos de detección, el desequilibrio del circuito de puente reflejará directamente las conductividades técnicas de las muestras de gas en los compartimientos de referencia y de producto. En otras modalidades, una sola muestra de gas provee tanto la muestra de gas de prueba, como el valor de referencia para la muestra de gas de prueba misma. En estas modalidades, una muestra de gas primero entrará al compartimiento de referencia 12 en donde se detecta. La muestra de gas después fluye a través del compartimiento de catalizador 14 y hacia el compartimiento de producto 16 en donde nuevamente se detecta. Un monitor compara el valor detectado desde el compartimiento de referencia con el valor detectado desde el compartimiento de producto que provee una medida de la cantidad del componente de gas en cuestión. En este caso, el monitor compara alternadamente los valores detectados desde los compartimientos de referencia y producto en vez de comparar simultáneamente ambos compartimientos como en el caso cuando dos muestras de gas diferente proveen la muestra de gas de prueba y la muestra de gas de referencia respectivamente. Aunque el ensamble de sensor mostrado en la figura 1 tiene una sola cámara de sensor que tiene compartimientos de catalizador, de referencia y de producto, se entenderá que pueden proveerse varios componentes del ensamble sensor como unidades separadas sin alterar el funcionamiento del ensamble. Por ejemplo, en algunas modalidades, los compartimientos de catalizador, de referencia y de producto (con sus respectivos elementos de detección) pueden ser cámaras separadas conectadas por conductos que transportan gas tales como un tubo rígido o flexible. En tales modalidades, los compartimientos de referencia y de producto pueden estar conectados en una incubadora a una temperatura seleccionada mientras que el compartimiento de catalizador puede estar afuera de la incubadora. En otras modalidades, los compartimientos de catalizador y de producto pueden estar conectados fluidamente juntos mientras que el compartimiento de referencia está separado fluidamente de los compartimientos de catalizador y de producto. En incluso otras modalidades, una sola cámara contiene tanto los compartimientos de catalizador como de producto mientras que una cámara separada contiene el compartimiento de referencia.

En circunstancias particulares, el gas para análisis no puede contener suficientes reactivos necesarios para la catálisis. Por ejemplo, el agua puede estar ausente o puede estar presente a una concentración muy baja para llevar a cabo efectivamente una reacción de cambio. En estas situaciones, los reactivos necesarios pueden agregarse a una muestra de gas antes del análisis. Esta invención puede entenderse mejor al referirse a los ejemplos anexos los cuales se prevén para propósitos sólo de ilustración y no deben estar construidos en ningún sentido como limitantes del alcance de la invención como se definen en las reivindicaciones anexas.

EJEMPLO 1 Un sensor de gas de acuerdo con el sensor mostrado en la figura 1 se construyó usando un bloque de sensor y una tapa hecha de aluminio. La tapa se unió al bloque de sensor por tuercas hexagonales de 6.35 mm y una junta de silicio. Los filamentos de tungsteno de GOW-MAC Instrument Co. (Bethlehem, Pennsylvania, USA) se utilizaron como elementos de detección de gas de conductividad térmica en los compartimientos de referencia y de producto. Un calentador de cartucho de Omega, Inc. (Stamford, Connecticut, USA) se insertó en el bloque de sensor para mantener la temperatura y un termocople Tipo K se conectó al bloque de sensor para la medición de temperatura. De acuerdo con la figura 1 , el bloque de sensor fue de 38.1 mm de altura, aproximadamente 76.2 mm de largo y aproximadamente 38.1 mm de profundidad. Los compartimientos de referencia, de catalizador y de producto juntos fueron de aproximadamente 63.5 mm en longitud. La cámara que contiene los compartimientos de referencia, de catalizador y de producto fue de aproximadamente 12.7 mm en diámetro.

EJEMPLO 2 Se determinó el contenido de CO de un gas que contiene monóxido de carbono, hidrógeno y agua (vapor). Un catalizador de cambio de temperatura alta HTS SK-201 -2 obtenido de Haldor Topsoe Inc. (Houston, Texas, E.U.A.) se agregó al compartimiento de catalizador de un sensor de gas construido de acuerdo con el ejemplo 1. El catalizador era en forma de disco (6 mm de altura, 6 mm de diámetro) y hecho de hierro, cromo y óxido de cobre. El peso total del catalizador en el compartimiento de catalizador fue de aproximadamente 5.5 gramos. El sensor de gas se conectó a un circuito de puente Wheatstone de tal manera que los dos efectos de conductividad térmica de filamento de tungsteno formaron dos piernas de un circuito de puente. El circuito de puente midió la diferencia en resistencia entre los filamentos. Cuando el circuito se impulsó por corriente, cada DC o AC, en desequilibrio en el circuito de puente reflejó la conductividad térmica del gas en los compartimientos de producto y de referencia.

El catalizador de cambio de temperatura alta cataliza la conversión de monóxido de carbono y agua en hidrógeno y dióxido de carbono de la siguiente manera: CO + H20 H2 + C02 Con el catalizador utilizado, el tipo de reacción para terminar fue insignificante. Una muestra de gas introducida en el compartimiento de referencia fluyó en el compartimiento de catalizador en donde ocurre la reacción de cambio. La muestra de gas catalizado entonces fluyó en el compartimiento de producto para el análisis. Una segunda muestra de gas se introdujo en el compartimiento de referencia proporcionando un valor de referencia para la muestra de gas catalizada. La temperatura de bloque de sensor se mantuvo a aproximadamente 300°C. Aunque la conductividad térmica es una propiedad a granel de un gas, la conductividad térmica del hidrógeno es mucho mayor que aquella de otros gases. Por lo tanto, los elementos de conductividad térmica de filamento de tungsteno esencialmente detectan el gas hidrógeno presente en las primeras y segundas muestras de gas. La diferencia entre el gas hidrógeno y la primera muestra después de la catálisis y el gas hidrógeno en la segunda muestra antes de la catálisis representa la cantidad de hidrógeno producida por catálisis. Con base en la estoiquiometría de la reacción de cambio, esta cantidad también es una medida de la cantidad del monóxido de carbono presente en la muestra de gas antes de la catálisis. Por lo tanto, al medir la cantidad de hidrógeno producido se da un valor para el contenido de CO del gas original.

La relación H2 O puede calcularse a partir de los valores obtenidos en las mediciones de muestra de gas. Sin embargo, al conectar los filamentos de tungsteno de los compartimientos de referencia y de producto con las dos piernas de un circuito de puente Wheatstone, la señal de salida del circuito de puente directamente indica la relación H2/0. Esto se muestra en la figura 3, en donde se analizaron las muestras de gas que tienen diferentes concentraciones de monóxido de carbono con hidrógeno. Aunque esta invención y sus ventajas se han descrito detalladamente, debe entenderse que deben realizarse varios cambios, sustituciones y alteraciones sin alejarse del espíritu y alcance de la invención. Además, el alcance de esta solicitud no está previsto para limitar las modalidades particulares de los procedimientos, elaboración, composición de materia, medios, métodos y/o pasos descritos en la especificación. Como lo apreciará cualquier experto en la técnica a partir de la descripción de esta invención, procedimientos, elaboración, composiciones de materia, medios, métodos o pasos que existen o que se desarrollarán que realizan sustancialmente la misma función o logran sustancialmente el mismo resultado como las modalidades correspondientes descritas aquí pueden utilizarse de acuerdo con esta invención. Por consiguiente, la invención está prevista para incluir dentro de su alcance tales procedimientos, elaboración, composiciones de materia, métodos o pasos.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1 . - Un ensamble de sensor de gas para monitorear un componente de gas, dicho ensamble comprende: a) un compartimiento de catalizador para recibir una muestra de un gas y para sostener un catalizador que cataliza una reacción química que incluye un componente del gas con el cual se producen una o más especies de gas; b) un compartimiento de producto en comunicación fluida con el compartimiento de catalizador para recibir algunas o todas de una o más especies de gas producido por catálisis; y c) un elemento de detección colocado dentro del compartimiento de producto para detectar la cantidad de al menos una especie de gas producido por catálisis con la cual se provee un válvula para analizar la cantidad del componente de gas contenido en el gas.

2. - El ensamble sensor de gas de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente el catalizador para catalizar la reacción química que incluye el componente de gas. 3- El ensamble sensor de gas de conformidad con la reivindicación 2 caracterizado además porque el catalizador cataliza una reacción irreversible. 4.- El ensamble sensor de gas de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque sustancialmente todo el componente de gas reacciona por el catalizador. 5- El ensamble sensor de gas de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el catalizador es un catalizador de cambio. 6.- El ensamble sensor de gas de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el gas es un gas de procedimiento para la producción de combustible sintético. 7.- El ensamble sensor de gas de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el componente de gas es monóxido de carbono. 8. - El ensamble sensor de gas de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque al menos una de las especies de gas producido por catálisis es hidrógeno. 9. - El ensamble sensor de gas de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente: d) un compartimiento de referencia para recibir una segunda muestra del gas; y e) un segundo elemento de detección colocado dentro del compartimiento de referencia para detectar las mismas especies de gas como se detectaron después de la catálisis con lo cual se provee un valor de referencia para analizar la cantidad del componente de gas contenido en el gas. 10.- El ensamble sensor de gas de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el compartimiento de referencia está en aislamiento fluido desde los compartimientos de producto y de catalizador. 1 1 .- El ensamble sensor de gas de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el compartimiento de referencia está en comunicación fluida con el compartimiento de catalizador. 12. - El ensamble sensor de gas de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado además porque los compartimientos de referencia, de catalizador y de producto están colocados para definir una trayectoria de flujo de gas desde el compartimiento de referencia a través del compartimiento de catalizador hacia el compartimiento de producto. 1

3. - El ensamble sensor de gas de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque una sola porción de gas es tanto la primera muestra como la segunda muestra de gas y en donde una porción de gas se detecta en el compartimiento de referencia antes de entrar al compartimiento de catalizador. 1

4. - El ensamble sensor de gas de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el primer elemento de detección y el segundo elemento de detección están cada uno seleccionados independientemente a partir del grupo que consiste en un elemento de detección de conductividad térmica, un elemento de detección semiconductor, un elemento de detección basado en oxido de cerámica, un elemento de detección electroquímico, un elemento de detección basado en hidruro metálico y un elemento de detección infrarrojo. 1

5. - El ensamble sensor de gas de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque el elemento de detección de conductividad térmica es un filamento metálico, una película metálica, un termistor, una hornilla eléctrica, una película de carbono, un compuesto de carbono, cable embobinado metálico, un cable metálico, y plástico conductivo. 1

6. - El ensamble sensor de gas de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque comprende adicionalmente un monitor conectado eléctricamente a los primeros y segundos elementos de detección para comparar la cantidad de las especies de gas en las primeras y segundas muestras de gas. 1

7. - El ensamble sensor de gas de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el monitor comprende un circuito de puente Wheatstone. 1

8. - Un ensamble sensor de gas para monitorear monóxido de carbono en un gas, dicho gas comprende: a) un compartimiento de catalizador para recibir una primera muestra de gas; b) un catalizador de cambio colocado en el compartimiento de catalizador para catalizar una reacción química que incluye monóxido de carbono en la primera muestra de gas con la cual se produce hidrógeno; c) un compartimiento de producto en comunicación fluida con el compartimiento de catalizador para recibir parte o todo el hidrógeno producido por catálisis; d) un primer filamento metálico colocado dentro del compartimiento de producto para detectar la cantidad de hidrógeno producido por catálisis; e) un compartimiento de referencia en comunicación fluida con el compartimiento de catalizador para recibir una segunda muestra del gas y f) un segundo filamento metálico colocado dentro del compartimiento de referencia para detectar el hidrógeno contenido en la segunda muestra de gas con la cual se provee un valor de referencia para analizar la cantidad de monóxido de carbono contenido de gas; en donde los compartimientos de referencia, de catalizador y de producto están colocados para definir una trayectoria del flujo de gas desde el compartimiento de referencia a través del compartimiento de catalizador hacia el compartimiento de producto. 19.- Un método para monitorear un componente de un gas que comprende: a) transferir una primera muestra de un gas a un primer compartimiento de un ensamble sensor de gas; b) en el primer compartimiento, catalizar una reacción química que incluye un componente de gas con el cual se produce una o más especies de gas; c) transferir algunas o todas las especies de uno o más gases a un segundo compartimiento del ensamble sensor de gas; d) en el segundo compartimiento, detectar la cantidad de al menos una especie de gas producido por catálisis; e) transferir una segunda muestra del gas de un tercer compartimiento del ensamble sensor de gas; f) en el tercer compartimiento, detectar la cantidad de la misma especie de gas como se detectó después de la catálisis; y g) comparar la cantidad de la especie de gas después de la catálisis con la cantidad de la misma especie de gas en la segunda muestra de gas con la cual se provee una mediada de la cantidad del componente de gas contenido en el gas. 20. - El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque la reacción química catalizada es una reacción irreversible. 21 . - El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque sustancialmente todo el componente de gas está catalizado. 22. - El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque la reacción química catalizadora es una reacción de cambio. 23. - El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque el gas es un gas de procedimiento para la producción de combustible sintético. 24.- El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque el componente de gas es monóxido de carbono. 25.- El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado además porque al menos una de las especies de gas producido por catálisis es hidrógeno. 26.- Un método para monitorear el monóxido de carbono en un gas que comprende: a) transferir una primera muestra de un gas a un primer compartimiento de un ensamble sensor de gas; b) en el primer compartimiento, catalizar una reacción de cambio que incluye monóxido de carbono en la primera muestra de gas con la cual se produce hidrógeno, c) transferir parte o todo el hidrógeno producido por catálisis a un segundo compartimiento en el ensamble sensor de gas; d) en segundo compartimiento, detectar la cantidad de hidrógeno producido por catálisis; e) transferir una segunda muestra del gas a un tercer compartimiento del ensamble sensor de gas; f) en el tercer compartimiento, detectar la cantidad de hidrógeno contenido en la segunda muestra de gas; y g) comparar la cantidad de hidrógeno después de la catálisis con la cantidad de hidrógeno en la segunda muestra de gas con la cual se provee una medida de la cantidad de monóxido de carbono contenido en el gas. 27.- Un método para monitorear un componente de un gas en donde el componente de gas está sujeto a una reacción de química catalizada que produce una o más especies de gas, el método comprende: a) proveer una muestra del gas a un primer compartimiento; b) en el primer compartimiento, detectar la cantidad de al menos una especie de gas que se va a producir por catálisis con la cual se provee un valor de referencia para la cantidad de las especies de gas contenidas en la muestra de gas antes de la catálisis; c) transferir parte o toda la muestra de gas a un segundo compartimiento del ensamble sensor de gas; d) en el segundo compartimiento, catalizar la reacción química que produce una o más especies de gas; e) transferir parte o todas de una o más especies de gas producido por catálisis a un tercer compartimiento del ensamble sensor de gas; f) en el tercer compartimiento, detectar la cantidad de las mismas especies de gas como se detectaron en la muestra de gas antes de la catálisis, y g) comparar la cantidad de las especies de gas después de la catálisis con la cantidad de las mismas especies de gas contenidas en la muestra de gas antes de la catálisis con la cual se provee una medida de la cantidad del componente de gas contenido en el gas. 28. - Un ensamble sensor para terminar la relación de hidrógeno con monóxido de carbono en un gas que comprende: un elemento de detección colocado para detectar una propiedad de una mezcla de alimentación; y un elemento de detección colocado para detectar una propiedad de un gas producido de la alimentación con la cual se habilita una válvula que representa la relación del hidrógeno con el monóxido de carbono en el gas producido. 2

9. - El ensamble sensor de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque el gas se produce por reacción de la mezcla de alimentación. 30. - Un ensamble sensor para determinar la relación del hidrógeno con monóxido de carbono en un gas que comprende: un compartimiento de referencia que contiene una porción de una mezcla de alimentación; un compartimiento de reacción en el cual la mezcla de alimentación se hace reaccionar; un compartimiento de producto para recibir parte o todos los productos de reacción de alimentación; un elemento de detección colocado dentro del compartimiento de referencia para detectar una propiedad de la mezcla de alimentación; y un elemento de detección colocado dentro del compartimiento de producto para detectar una propiedad del producto de reacción con el cual se provee una válvula para determinar la relación del hidrógeno con el monóxido de carbono en el producto de reacción. 31.- El ensamble sensor de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado además porque incluye un puente Wheatstone al cual se aplican las salidas desde el sensor de compartimiento de referencia y el sensor de compartimiento de producto para generar directamente una señal que indica la relación del hidrógeno con el monóxido de carbono en el compartimiento de producto. 32. - El ensamble sensor de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado además porque la propiedad detectada en el compartimiento de referencia y en el compartimiento de producto es conductividad térmica. 33. - Un método para determinar la relación del hidrógeno con el monóxido de carbono en un gas que comprende: detectar una propiedad de una mezcla de alimentación; detectar una propiedad de un gas producido desde la mezcla de alimentación; determinar un valor que representa la relación de hidrógeno con el monóxido de carbono en el gas producido desde la propiedad de la mezcla de alimentación y la propiedad del gas producido. 34.- El método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque la propiedad de la mezcla de alimentación y la propiedad del gas producido se aplican a un puente Wheatstone para generar directamente una señal que indica la relación del hidrógeno con el monóxido de carbono en el gas producido. 35. - El método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque la propiedad detectada en la mezcla de alimentación es su conductividad térmica y la propiedad detectada en el gas producido es su conductividad térmica. 36. - El método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado además porque H20 y CO dentro de la mezcla de alimentación se hacen reaccionar catalíticamente.