MX2010014413A - Suspension coloidal generadora de hidrogeno. - Google Patents
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Abstract
El objeto de la invención está constituido por la utilización de una suspensión coloidal que comprende entre 2 y 60% de partículas de metal alcalino suspendidas en un diluyente neutral hidrófobo, para producir hidrógeno gaseoso, así como un procedimiento para la producción de hidrógeno. La invención se refiere igualmente a un dispositivo generador de hidrógeno y a su utilización. Figura 1.
Description
SUSPENSIÓN COLOIDAL GENERADORA DE HIDRÓGENO
La presente invención se refiere a la utilización de una composición particular para producir hidrógeno gaseoso.
La invención se refiere igualmente a un dispositivo generador de hidrógeno a partir de esta composición y a su utilización para alimentar una pila de combustible.
La reducción de las existencias de hidrocarburos y los problemas de contaminación de las ciudades hace necesario el desarrollo de nuevas energías más disponibles y menos contaminantes que los productos petroleros.
Una de las numerosas vías exploradas para tal efecto es la utilización de una pila de combustible que permite a partir de hidrógeno y de oxígeno, producir electricidad.
El hidrógeno, en efecto, es un carburante vector de energía propia y su combustión con el oxígeno del aire desprende una notable energía que no produce más que agua.
Sin embargo, la utilización como carburante de hidrógeno siempre ha tropezado con problemas de producción y de almacenamiento antes de su utilización, en particular para las aplicaciones transportadas que hasta la fecha han obstaculizado un desarrollo a gran escala de este llamado vector de energía.
El almacenamiento de hidrógeno es un problema técnicamente difícil de resolver.
El almacenamiento más compacto en forma líquida requiere de un enfriamiento criógeno a temperatura muy baja y la concepción de depósitos adaptaos para su uso en automóvil con un aislamiento extremadamente marcado.
Además es difícilmente previsible almacenar hidrógeno líquido en pequeña cantidad por largas duraciones. Actualmente, los mejores prototipos de depósito permiten almacenar el hidrógeno por un período inferior a un mes ya que más de allá de este límite son enormes las pérdidas de hidrógeno.
También puede guardarse el hidrógeno en forma gaseosa. No obstante, considerando la reducida masa molar del hidrógeno, el almacenamiento en forma comprimida solamente permite almacenar una pequeña cantidad de hidrógeno y debido al tamaño reducido de las moléculas de hidrógeno, sistemáticamente aparecerán fugas por la porosidad. El almacenamiento prolongado y protegido del hidrógeno en forma gaseosa, queda por lo tanto muy limitado.
También se sabe que es posible almacenar el hidrógeno en estructuras que lo absorben de una manera reversible. Este método de almacenamiento que utilizan materiales que presentan una afinidad más o menos elevada ante el hidrógeno, permite una buena capacidad de almacenamiento pero siempre requiere del manejo de hidrógeno liquido o gaseoso. Además requieren estos sistemas de almacenamiento en forma de hidruro de la aplicación de un sistema de calentamiento para permitir la desorción del hidrógeno .
Por consiguiente, en la actualidad no existe un sistema adecuado para almacenamiento el hidrógeno. Otra dificultad que retarda el desarrollo del hidrógeno como vector o productor de energía es su dificultad de obtenerse.
La técnica anterior describe varios métodos de producción de hidrógeno, en particular la producción por electrólisis del agua, la producción por reacción de vapor de agua sobrecalentado sobre carbón, el craqueo o sea la destilación fraccionada de hidrocarburo, el reformado de alcohol para obtener metanol o etanol o también la producción mediante reacción de agua sobre metales alcalinos o borohidruros .
No obstante, estos métodos de producción de hidrógeno requieren de instalaciones complejas y una fuente de energía considerable, lo cual hace difícilmente integrable en un dispositivo portátil la producción de hidrógeno mediante los métodos conocidos.
Las diferentes restricciones asociadas con el almacenamiento y la producción de hidrógeno impiden por lo tanto en la actualidad un desarrollo a gran escala de esta fuente de energía.
Por consiguiente subsiste una necesidad de contar con un sistema protegido y efectivo que permita disponer de hidrógeno adaptado a las llamadas aplicaciones nómadas.
Esto es precisamente a que pertenece una respuesta la presente invención que propone utilizar una composición capaz de generar hidrógeno mediante reacción química únicamente cuando es necesario su uso, sin necesidad de almacenarlo .
En particular, la invención contempla una composición destinada a la producción de hidrógeno que se presenta en forma de una suspensión coloidal que comprende entre 2% y 60% de partículas de metal alcalino puestas en suspensión en un diluyente neutral hidrófobo.
La invención cubre en particular un procedimiento de producción de hidrógeno a partir de esta composición, también contempla un dispositivo de producción de hidrógeno que comprende esta composición con la utilización de este dispositivo para cualquier aplicación que requiera de hidrógeno, para alimentar una pila de combustión o un motor término de combustión.
Por "suspensión coloidal" se entiende cualquier composición líquida más o menos viscosa que contiene en suspensión partículas de pequeña magnitud.
Ahora se describe la invención en mayor detalle haciendo referencia a los dibujos anexos en que la Figura 1 representa el esquema del dispositivo de producción de hidrógeno de acuerdo con la presente invención.
La composición destinada a la producción de hidrógeno según la invención comprende entre 2 y 60% de partículas de metal alcalino puestas en suspensión en un diluyente neutral hidrófobo. Esta proporción de partículas de metal alcalino en suspensión coloidal está adaptada particularmente a la producción de hidrógeno gaseoso. De manera preferida, y aún más adaptada, queda comprendida la concentración de metal alcalino entre 5% y 40%.
Puede elegirse el metal alcalino especialmente entre el sodio y el litio. De preferencia, comprende la suspensión según el invento partículas de sodio metálico.
El metal alcalino se presenta en forma de partículas de muy poca dimensión, hasta de carácter nanoparticular . Según un modo de realización especialmente adaptado, la magnitud de las partículas es inferior a 15 µ?a de preferencia está comprendida entre 0.1 y 1 µp?.
Estas partículas se ponen en suspensión en un diluyente neutral hidrófobo, como un polímero orgánico seleccionado entre los aceites vegetales y los aceites minerales. De preferencia se ponen en suspensión las partículas de metal alcalino en un aceite de silicona.
De acuerdo con un modo de realización, la composición comprende igualmente un agente deshidratante que permite tolerar en la suspensión la presencia de agua en cantidad reducida o trazas de humedad atmosférica susceptible de iniciar reacciones prematuras. Tal agente deshidratante es típicamente una composición que comprende compuestos minerales en suspensión como sílice o penta-óxido de fósforo o también los compuestos orgánicos complejos como zeolitas.
La composición según la invención puede obtenerse por ejemplo mediante la aplicación de un procedimiento que comprende las siguientes etapas:
- calentar el sodio a una temperatura superior a 97.5°C, de preferencia entre 120° y 150°C, para obtener una solución líquida de sodio que tiene esta temperatura;
- calentar un diluyente hidrófobo a una temperatura equivalente superior a 97.5°C, de preferencia entre 120°C y 150°C, para obtener una solución aceitosa que tiene esta temperatura;
- introducir bajo agitación la solución líquida de sodio en la solución aceitosa;
- llevar a cabo una emulsificación con ayuda de una turbina de agitación de tipo triturador coloidal;
- inyectar bajo alta presión la emulsión en un sistema de enfriamiento o una solución aceitosa hidrófoba fría a fin de recuperar las partículas de sodio coloidal .
Ventajosamente, la presencia del diluyente hidrófobo permite que se mantenga la suspensión en estado liquido sin precaución particular bajo condiciones ambientales de almacenamiento. El carácter hidrófobo del diluyente protege a la composición de un contacto puntual accidental con agua que provocaría reacciones químicas no deseadas .
De acuerdo con otra ventaja, la composición es manejable con facilidad en condición levemente viscosa y estable a temperatura y presión ambiental. Así con facilidad se le puede manejar y almacenar fácilmente en forma líquida a presión ambiental. La composición según la invención es útil para producir hidrógeno.
Poniendo en contacto íntimo la suspensión coloidal de metal alcalino de acuerdo- con la presente invención, con una solución acuosa, el agua, preferiblemente purificada y desmineralizada, reacciona progresivamente con el metal alcalino y genera hidrógeno gaseoso así como una emulsión de hidrógeno alcalino acuoso, por ejemplo una solución de hidróxido de sodio.
La reacción que se produce es la siguiente:
2 M + 2H20 ? H2 + 2M+ + 2H0"
en que M es un metal alcalino, de preferencia sodio o litio.
La hidrofobia de la suspensión coloidal según el invento y su puesta en presencia de agua natural limita la velocidad de reacción y por consiguiente el riesgo por accidentes por explosión.
Para facilitar la reacción y el contacto entre el sodio coloidal y el agua, es posible introducir en la solución acuosa por lo menos un agente tensioactivo emulsionante y/o un solvente orgánico. El agente tensioactivo y/o el solvente orgánico permite una emulsificación del aceite y asi facilitan la reacción productora de hidrógeno.
El tensioactivo puede elegirse entre cualesquiera tensioactivos iónicos o aniónicos apropiados. Puede tratarse por ejemplo de un áster de sorbitan, de un polioxietileno, de un polisorbato o también de una lecitina.
De preferencia estará comprendido el contenido del agente tensioactivo entre 0.05 y 10%.
Puede utilizarse la composición según el invento en un dispositivo generador de hidrógeno simple en que los reactivos pueden almacenarse sin limitación térmica de baja temperatura o de alta presión.
En la Figura 1 está representado un dispositivo 10 generador de hidrógeno que comprende en particular:
- un depósito 12 de almacenamiento de una composición 13 que comprende partículas de metal alcalino puestas en suspensión en un diluyente neutral hidrófobo;
- un depósito 14 de almacenamiento de una solución acuosa 15;
- una cámara de mezcla 16 en la cual se introducen la composición 13 y la solución acuosa 15 y de donde puede escaparse hidrógeno gaseoso 17.
La cámara de mezcla 16, ó reactor, puede estar constituida por un acero inoxidable resistente a la corrosión y al calor y puede presentar una pared interna de cerámica de alta resistencia.
La composición 13 y la solución acuosa 15 de preferencia se inyectan bajo presión en la cámara 16 con ayuda de sistemas de inyección, evitando de esta manera cualquier problema de estanqueidad .
La gestión en tiempo de la reacción de la cámara de mezcla 16 puede asegurarse para dispositivos captadores e inyectores autorregulados que permiten la mezcla.
Según un modo de realización particularmente adaptado, el dispositivo 10 comprende también un depósito 18 de recuperación de aceite hidrófobo y de emulsión de hidróxido alcalino acuoso que se producen después de la reacción dentro de la cámara 16. Este depósito 18 está constituido preferiblemente por un material polimérico o un compuesto inerte que resista las agresiones químicas a un nivel muy elevado del pH.
La cámara 16 también puede llevar un sistema de aspiración y de trituración de cristales de hidróxido de sodio generados por la reacción de producción de hidrógeno.
Este dispositivo es un sistema completo portátil que permite la alimentación de una pila de combustión, utilizable por ejemplo en un vehículo eléctrico. En efecto, el hidrógeno producido en la cámara 16 puede utilizarse para alimentar con hidrógeno gaseoso una pila de combustible 20 para producir electricidad con oxígeno.
El dispositivo según la invención también puede utilizarse para alimentar con hidrógeno gaseoso un motor térmico de poca o alta potencia o una estación fija o móvil de distribución de hidrógeno, proporcionando hidrógeno a solicitud y poseyendo su propia autonomía eléctrica de una manera ecológica.
Ventajosamente la invención remedia los problemas de almacenamiento en forma considerable de hidrógeno, difícil desde el punto .de vista técnico y a la vez peligroso.
De acuerdo con otra ventaja, la presentación en forma líquida de la composición 13 permite un manejo fácil con ayuda un simple sistema de bombeo que permite transferir y dosificar el líquido.
En el caso de una utilización para alimentar una pila combustible, el agua producida por la pila 20 puede reutilizarse en la solución acuosa 15 necesaria para la reacción con el metal alcalino de la suspensión coloidal 13.
El dispositivo según la invención también puede llevar un sistema de recuperación calórica de tipo intercambiador de calor, que permite generar una potencia mecánica por un dispositivo de motor Sterling o equivalente, o también puede transformarse directamente en electricidad a través de dispositivos de tipo partérmico.
Además, la exotermia de la reacción entre el metal alcalino y el agua pueda aprovecharse en sistemas transportados que utilicen el dispositivo 10 para producir por ejemplo el calentamiento en habitáculos de vehículos motorizados o la climatización por el sistema de absorción o también un recalentamiento de las pilas de combustible cuyo rendimiento de conversión es superior a mayor temperatura.
Finalmente, según otra ventaja, la solución de hidróxido producida por la reacción entre la composición según el invento y la solución acuosa, puede recircularse para regenerar la suspensión coloidal de metal alcalino.
Claims (14)
1. La utilización de una suspensión coloidal que comprende entre 2 y 60% de partículas de metal alcalino suspendidas en un diluyente neutral hidrófobo para producir hidrógeno gaseoso.
2. La utilización según la reivindicación 1, caracterizada porque el metal alcalino de la suspensión coloidal es el sodio metálico o el litio.
3. La utilización según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la magnitud de las partículas de metal alcalino de la suspensión coloidal es inferior a 15 µp?.
4. La utilización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la magnitud de las partículas de metal alcalino de la suspensión coloidal queda comprendida entre 0.1 y 1 µp?.
5. La utilización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el diluyente neutral hidrófobo de la suspensión coloidal es un polímero orgánico elegido entre los aceites vegetales y los aceites minerales.
6. La utilización según la reivindicación 5, caracterizada porque el diluyente neutral hidrófobo de la suspensión coloidal es un aceite de silicona.
7. La utilización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la suspensión coloidal comprende un agente deshidratante.
8. Procedimiento para la producción de hidrógeno caracterizado porque consiste en poner en contacto una suspensión coloidal que comprende entre 2 y 60% de partículas de metal alcalino suspendidas en un diluyente neutral hidrófobo, con una solución acuosa para producir así hidrógeno gaseoso así como una emulsión de hidrógeno alcalino acuoso .
9. Procedimiento para la producción de hidrógeno según la reivindicación 8, caracterizado porque la solución acuosa comprende agua purificada desmineralizada y un agente tensioactivo emulsionante y/o un solvente orgánico.
10. El procedimiento de producción de hidrógeno según la reivindicación 9, caracterizado porque el contenido en agente tensioactivo emulsionante queda comprendido entre 0.05 y 10%.
11. Un dispositivo (10) generador de hidrógeno que comprende un depósito (12) para el almacenamiento de una suspensión coloidal (13) que comprende partículas de metal alcalino suspendida en un diluyente neutral hidrófobo, un depósito (14) para el almacenamiento de una solución acuosa (15), una cámara de mezcla (16) en la cual se introduce en la composición (13) y la solución acuosa (15) y de la cual puede escaparse hidrógeno gaseoso.
12. El dispositivo (10) generador de hidrógeno según la reivindicación 11, caracterizado porque comprende sistemas de inyección de la ' composición (13) y de la solución acuosa (15) en la cámara (16).
13. El dispositivo (10) generador de hidrógeno según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque comprende también un depósito (18) para la recuperación de aceite hidrófobo y de la emulsión de hidrógeno alcalino acuoso producido después de ocurrir la reacción en la cámara (16) .
14. La utilización de un dispositivo según la reivindicación 11, 12 ó 13, para alimentar con hidrógeno gaseoso una pila de combustible (20) , un moto térmico o una estación fija o móvil para la distribución de hidrógeno, que proporciona hidrógeno según el requerimiento.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FA | Abandonment or withdrawal |