MXPA01001356A - Generador de hidrogeno auto-regulador. - Google Patents

Abstract

Un aparato generador de hidrogeno (10) que incluye un reactivo con una fase de vapor a mas de la presion atmosferica. El aparato (10) incluye un tanque (14) para alojar el reactivo, tal como amoniaco. El amoniaco se comunica con un reactor (22) que tiene un reactivo solido, tal como tetrahidruro de litio y aluminio. Una valvula de una via (26) se localiza entre el tanque 14 y el reactor (22), y se utiliza para controlar el flujo del amoniaco hacia el reactor (22). El calor generado por la reaccion es util para elevar la temperatura del reactivo en el tanque (14). El reactor (22) tambien puede incluir un material mejorador del flujo de gas que facilita el flujo de gas a traves del reactor (22). Se emplean un filtro y capturadores (46, 50) corriente abajo del reactor (22) para remover los solidos indeseados y las impurezas de la corriente de gas de hidrogeno.

Description

GENERADOR PE HIDROGENO AUTO-REGULADOR CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a la generación de hidrógeno y, en particular, a un aparato portátil para generar hidrógeno utilizando un reactivo que tiene una presión de vapor positiva cuando está a temperatura ambiente.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La generación de hidrógeno ha sido comúnmente realizada durante más de cien años a través de la hidrólisis de hidruros u otros reactivos sólidos. Previamente, la generación de hidrógeno ha avanzado empleando la hidrólisis adiabática y descomposición térmica del hidruro químico en una unidad de peso ligero portátil Dichas tecnologías de generación de hidrógeno se caracterizan por el calentamiento del hidruro químico a una temperatura predeterminada. El hidruro químico preferiblemente es tetrahidruro de litio y aluminio (LiAlH4) y la temperatura predeterminada es mayor que aproximadamente 100°C. Solamente después de que el hidruro químico alcanza la temperatura predeterminada, se suministra agua para la hidrólisis del hidruro químico. Con respecto a dicho generador de hidrógeno portátil, puede ser más adecuado emplear un reactivo diferente al agua para evitar algunos de los requerimientos cuando se utiliza agua. En particular, el uso de agua requiere de un mecanismo de bomba controlada que bombea el agua desde el suministro de agua para la reacción con el hidruro químico a presiones mayores que la presión atmosférica ambiental. Además, como se observó, junto con la preparación apropiada para la reacción con el agua, el hidruro químico debe ser calentado a una alta temperatura antes de permitir que ocurra la reacción. Dicho sistema solamente puede ser operado por arriba de 0o. Esto da como resultado materiales o componentes de calentamiento adicionales con el fin de implementar una unidad totalmente operacional que da salida al gas de hidrógeno deseado. Dicho generador de hidrógeno de la técnica anterior tiene un regulador de pH para manejar el exceso de hidrógeno generado cuando el aparato es apagado y también puede servir para moderar los márgenes de demanda de hidrógeno durante operación normal. Se prefiere que este sistema tenga una capacidad de reinicio después de un largo periodo de interrupción (de días a semanas). Considerando estos aspectos podría ser ventajoso confeccionar un aparato generador de hidrógeno que sea totalmente operacional y satisfaga todas las demandas de energía especificadas, u otros criterios de funcionamiento, mientras elimina uno o más de los requerimientos de hardware observados anteriormente que deben ser incorporados cuando se utiliza agua como el reactivo con el hidruro químico.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la presente invención, se proporciona un aparato generador de hidrógeno portátil que produce hidrógeno como resultado de la reacción química entre un reactivo sólido y un reactivo o composición que es suministrada al reactivo sólido. El reactivo suministrado o de entrada tiene una composición con una mayoría del mismo, por lo menos uno de peso y volumen, siendo diferente del agua. Preferiblemente el reactivo de entrada tiene una presión de vapor positiva (mayor que la atmosférica) cuando se expone al reactivo sólido a una temperatura de entre ambiente y «•40°C. En una modalidad, el reactivo de entrada incluye amoníaco anhidro (NH3) y el reactivo sólido es un hidruro que incluye tetrahidruro de litio y aluminio (LiAIH4). El aparato incluye un tanque para alojar el reactivo suministrado tal como el amoníaco. Se desea que el amoníaco en el tanque este disponible a una presión mayor que la presión atmosférica. La temperatura de operación mínima teórica, absoluta es aquella temperatura a la cual la presión de vapor del amoníaco es igual a la presión atmosférica. A nivel del mar, esto ocurre a -33°C.

Un ensamble de control de flujo se comunica con el tanque y está localizado corriente abajo del mismo. El ensamble de control de flujo puede incluir un miembro de válvula ó válvula de una vía que se abre y se cierra, como una función de la diferencia en presión entre la presión en el tanque debido al gas amoníaco y la presión en el reactor, principalmente basado en el gas de hidrógeno. Más específicamente, el miembro de válvula se cierra cuando la presión del reactor excede a la presión del amoníaco. El ensamble del control de flujo también puede incluir un miembro de restricción que se comunica con la salida del miembro de válvula. El miembro de restricción limita la velocidad máxima de inyección del amoníaco, y por consiguiente, actúa como un amortiguador en la velocidad reacción. En una modalidad el miembro de restricción puede ser una constricción en el tubo de suministro que lleva el amoníaco desde el miembro de válvula hacia el reactor. El aparato también incluye un miembro de partícula que evita que las partículas sólidas escapen del reactor, de manera que, esencialmente, solo exista una combinación de gases en el reactor. El reactor contiene el tetrahidruro de litio y aluminio (LiAIH4), u otro reactivo sólido satisfactorio, a partir del cual se puede generar el gas de hidrógeno utilizando el reactivo de entrada, tal como el amoníaco, que es suministrado al reactor a temperaturas relativamente bajas. A este respecto, no solamente el amoníaco tiene una temperatura relativamente mas baja, para una presión dada, a la cual se puede ver un vapor, sino que dicho amoníaco tiene un calentamiento latente relativo y significativamente más bajo del parámetro de vaporización que, por ejemplo, el agua. En particular, la magnitud del calor latente del parámetro de vaporización para el amoníaco es de aproximadamente 5.58 kcal/moles, mientras que la magnitud del calor latente del parámetro de vaporización para el agua es aproximadamente 9.7 kcal/moles. El calor latente del parámetro de vaporización se refiere a la cantidad de energía que es requerida para hacer que e reactivo o composición particular, tal como amoníaco o agua, cambie de una fase líquida a vapor. La salida del reactor incluye una combinación de gases, comúnmente incluyendo gas de hidrógeno, junto con el amoníaco huella y vapor orgánico huella. Ya que es necesario que el aparato solamente dé salida al gas de hidrógeno, el amoníaco huella y el vapor orgánico huella, deben ser atrapados o removidos. El aparato además incluye una trampa o capturador de amoníaco (NH3) que se comunica con los varios gases que salen del reactor. El capturador de amoníaco substancialmente remueve el amoníaco de la salida de corriente de gas a través del reactor. En una modalidad, el capturador de amoníaco incluye una composición de ácido sulfúrico; sin embargo se pueden utilizar otras composiciones que tengan propiedades acidas tales como sulfato ácido de sodio, o su monohidrato. Una segunda trampa o unidad de remoción de vapor orgánico también se proporciona. La segunda trampa típicamente se separa de, pero está adyacente al capturador de amoníaco. Esta segunda trampa substancialmente remueve los vapores orgánicos, tal como el vapor orgánico, así como amoníaco y otros reactivos que siguen estando presentes en la corriente de gas después de que sale del capturador de amoníaco. En una modalidad, la segunda trampa incluye carbón no activado, tal como carbón. El aparato también incluye una salida o válvula manual que está en la trayectoria del flujo de gas corriente abajo de la trampa de vapor orgánico. La entrada de la corriente de gas hacia la válvula de salida es esencialmente todo el gas de hidrógeno. Cuando el usuario o el operador del aparato desea utilizar el gas de hidrógeno generado como una fuente de combustible, tal como una celda de combustible u otra carga, el operador abre la válvula de salida para permitir la liberación o entrada del gas de hidrógeno a la celda de combustible. Con respecto al método de operación de la presente invención, en la modalidad en donde el amoníaco está contenido en el tanque en un estado gaseoso y el gas en el tanque va a ser introducido al reactor, cuando dicha presión de gas es suficientemente mayor que la presión de gas en el reactor, el miembro de válvula, tal como una válvula de una vía, se abre y establece una trayectoria de comunicación de gas desde el tanque hacia el reactor. En el reactor, el gas de amoníaco fluye a través del reactor y reacciona con el reactivo sólido, tal como el hidruro, para producir el gas de hidrógeno. En una modalidad, además del hidruro, se proporciona material mejorador de flujo del gas, tal como un aditivo de vermiculita, dentro del reactor y contribuye a o de otra manera mejora el flujo deseado del gas de entrada a través del reactor con el fin de evitar una obstrucción no deseada. Preferiblemente, dicho material mejorador del flujo del gas es mayor que el 5% en volumen del volumen total ocupado por el hidruro (s) y el material mejorador del flujo de gas. El volumen máximo de dicho material mejorador del flujo de gas de preferencia es menor que aproximadamente 25% de dicho volumen total. La corriente de gas generada dentro del reactor pasa a través del filtro de partículas, el cual remueve partículas sólidas diminutas no deseadas que pueden ser llevadas por o de otra manera estar presentes en la corriente de gas. La salida de la corriente de gas del reactor es recibida por el capturador de amoníaco que actúa para remover el amoníaco huella que puede estar presente en la corriente de gas. El segundo capturador o trampa o capturador de vapor orgánico después remueve los vapores orgánicos que pueden ser éter o pueden ser otros vapores orgánicos, que están presentes en la corriente del gas del reactor. Además el carbono activado de esta trampa también ayuda a remover el gas de amoníaco no deseado que puede estar presente. El gas de hidrógeno resultante de ia segunda trampa se comunica con la válvula de salida de manera que le operador puede, cuando lo desee, abrir la válvula para permitir el flujo de gas de hidrógeno hacia la celda de combustible, por ejemplo. Junto con su operación, cuando el gas de hidrógeno generado hace que la presión dentro del reactor se eleve a una presión suficiente mayor que la presión aplicada al miembro de válvula por el amoníaco, dicha presión mayor hace que le miembro de válvula se cierre. Como una consecuencia, se evita que más amoníaco fluya hacia el reactor y se logre el control de generación del gas de hidrógeno. Además, el tanque es de una geometría, hecho de un material y localizado suficientemente adyacente al reactor, de manera que se eleva la temperatura y el calor concomitante que resulta de la reacción es aplicado para tomar la elevación de su temperatura. Esta característica de "tubería de calor" facilita o asegura la presencia de gas amoníaco deseado dentro del tanque para liberarse hacia el reactor cuando la presión en el reactor está esencialmente por abajo de la presión en el tanque. Basado en el compendio anterior, fácilmente se puede ver un número de ventajas de la presente invención. Se proporcionan un aparato generador de gas de hidrógeno y un método que utilizan un reactivo de entrada diferente de substancial y solamente agua. De preferencia, el reactivo de entrada tiene una fase de vapor a una presión mayor que la atmosférica y a una temperatura substancialmente más baja que la temperatura de ebullición del agua, preferiblemente menor que 0o. En dicha modalidad, el reactivo puede incluir amoníaco. El reactor y el tanque que aloja el amoníaco son convenientemente colocados con relación uno al otro, de manera que el calor generado por la reacción en la producción del gas hidrógeno, es utilizado para elevar la temperatura del tanque que contiene el amoníaco. Una válvula de una vía automáticamente regula el suministro de gas de amoníaco hacia el reactor basado en una diferencia de presión entre el reactor y el tanque. Un filtro y dos capturadores o trampas se emplean para remover sólidos o gases no deseados de la corriente de gas de hidrógeno, incluyendo un filtro de remoción de partículas, un capturador de amoníaco y un capturador de vapor orgánico. Además del hidruro químico en el reactor, también se puede incluir un material mejorador del flujo de gas en un volumen suficiente para eliminar los problemas de obturación que negativamente impactan a la generación del gas de hidrógeno. A diferencia de los aparatos de ia técnica anterior que utilizan agua, no se requiere de ninguna bomba para bombear el amoníaco hacía el reactor. No se requiere de ningún calor substancial del hidruro o reactivo sólido, ya que el amoníaco está presente en un estado de vapor presurizado a temperatura substancialmente más baja. Un regulador de pH del gas de hidrógeno adyacente a la salida del aparato puede ser eliminado, ya que no puede existir esencialmente ningún retraso en la generación del gas de hidrógeno en demanda del usuario. El aparato de la presente invención también es compacto, se puede configurar a una variedad de geometrías deseadas y es de peso ligero. Las ventajas adicionales de la presente invención serán fácilmente evidentes a partir de la siguiente discusión, en particular cuando se toma con los dibujos anexos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una ilustración esquemática del aparato generador de gas de hidrógeno; La Figura 2 una vista en planta frontal esquemática de una modalidad del aparato ilustrando tamaños y disposiciones relativos de los componentes del aparato; La Figura 3 es una vista lateral esquemáticamente ilustrando la modalidad de la Figura 2; y La Figura 4 es una vista de fondo esquemáticamente ilustrando la modalidad de la Figura 2.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Haciendo referencia en la Figura 1, se ilustra esquemáticamente un aparato generador de hidrógeno portátil 10. El aparato 10 incluye un tanque 14 para contener el reactivo con posición de entrada que va a reaccionar como un reactivo sólido, tal como un hidruro, para producir hidrógeno. En la modalidad preferida, la mayor parte de la composición de reactivo de entrada es diferente del agua y/ o tiene una presión de vapor mayor que la atmosférica por lo menos después de la salida del tanque 14 y cuando está a una temperatura de entre temperatura y -40°C. Un reactivo aceptable es amoníaco anhidro. Los reactivos potenciales para la producción de hidrógeno pueden ser categorizados de acuerdo con ciertos parámetros, incluyendo un calentamiento del parámetro de vaporización y un punto bajo de ebullición con relación al agua. La magnitud del calor del parámetro de vaporización de una composición es una función de la energía necesaria para cambiar la composición particular de una fase líquida a un vapor. El calor del parámetro de vaporización asociado con amoníaco substancialmente es menor que aquel del agua y un punto de ebullición más bajo del agua (por 133°C). También como se ve en la Figura 1, un ensamble de control de flujo 18 está dispuesto entre el tanque del reactivo 14 y un reactor 22. El ensamble del control de flujo 18 controla el flujo del reactivo desde el tanque 14 hacia el reactor 22, de manera que una cantidad apropiada del reactivo está siendo introducida a reactor 22 durante la operación del aparato 10. Cuando el reactivo de entrada desde el tanque reactivo 14 es un líquido o un vapor, tal como amoníaco, el ensamble del control de flojo 18 incluye una válvula de una vía 26 que permite que el amoníaco fluya solamente en una dirección, particularmente, lejos del tanque de reactivo 14 hacia el reactor 22, En una modalidad el ensamble de control de flujo 18 también incluye un miembro de restricción corriente abajo del miembro de válvula 26 que es utilizado para limitar la velocidad máxima de la inyección de amoníaco al reactor 22. El miembro de restricción 30 puede incluir una constricción u otra reducción en la línea de suministro de reactivo 34 que lleva el amoníaco hacia el reactor 22. El reactor 22 incluye el reactivo sólido, tal como el hidruro, que reacciona con el amoníaco u otra entrada de reactivo hacia el reactor 22. En una modalidad preferida, el hidruro consiste esencialmente de tetrahidruro de litio y aluminio (LiAIH4). El amoníaco de entrada reacciona con el hidruro para generar gas de hidrógeno en el reactor 22. El hidrógeno es generado a través de dos tipos de reacciones. El amoníaco (NH3) reacciona químicamente con el tetrahidruro de litio y aluminio produciendo hidrógeno. El calor de esta reacción exotérmica acciona a la descomposición térmica de L¡AIH4 y, a temperaturas más altas una especie intermediaria tal como hexahidruro de tri I it i o y aluminio (Li3AIH6). El producto gaseoso de la descomposición térmica es hidrógeno. La descomposición térmica es endotérmica. Absorbe el calor de la reacción química exotérmica. El proceso neto puede hacerse virtualmente adiabático, excepto para la pérdida de calor a través de las paredes del reactor 22. Más específicamente, con respecto a reacciones de amoníaco-hidruro, la reacción entre NH3, y LiAIH4 es esencialmente espontánea y rápida a temperatura ambiente. El producto primario de la reacción es hidrógeno. Un reactor tubular con NH3 entrando a un extremo produce hidrógeno aproximadamente puro en el otro extremo a medida que una zona de reacción caliente se mueve a través del reactor tubular 22. El producto de hidrógeno contiene niveles huella de NH3 y un vapor de solvente, el cual pude ser un orgánico. El calor producido por la reacción es suficiente para activar la descomposición térmica de algunos de los hidruros de acuerdo con lo siguiente: 3L¡AIH4 ? Li3AIH6 + 2 Al + 3H2. Con suficiente generación de calor, también es posible que lo siguiente ocurra: 2L¡3 AIH6 G 6LÍH + 2AI + 3H2. A este respecto, la reacción de Li3AIH6 con NH3 aproximadamente a temperatura ambiente es extremadamente lenta, pero ocurre a velocidades medibles por arriba de 80°. El Li3AIH6 no puede ser el reactivo de amonólisis primario, ya que no da como resultado la reacción deseada a temperatura de partida bajas. Sin embargo, a temperaturas más altas durante la amonólisis de LiAIH4, el Li3AIH6 resultante de la descomposición térmica de LiAIH puede producir una porción del producto de hidrógeno. Además del hidruro adecuado, puede ser necesario incluir un material mejorador del flujo de gas en el reactor 22. Las pruebas han mostrado que la obstrucción puede ocurrir en el reactor 22. Se ha observado que las obstrucciones ocurren justo por atrás de la parte frontal de la reacción y rompe un libre a medida que la parte frontal pasa. Esta conclusión ha sido lograda con base en ia caída de presión contra mediciones de flujo, indicando que el hidruro por arriba de la parte frontal de la reacción fluye libremente y los productos por atrás de la parte frontal de la reacción fluyen libremente. La obturación está asociada con una gran caída de presión. Esta puede tener el efecto de forzar al amoníaco a fluir a través de regiones que están rodeadas por productos de reacción. Por lo tanto, se podrían presentar temperaturas pico más altas a partir de la amonólisis elevada por la unidad de volumen de hidruro. La obstrucción tiene el efecto de elevar la capacidad de producción de hidrógeno y la temperatura de la parte frontal de la reacción. Efectos secundarios que pueden contribuir a un alto rendimiento de hidrógeno a temperaturas de reacción pico elevadas observadas durante la obstrucción, son amonólisis y descomposición térmica Li3AIH6 que es un producto de descomposición térmica de LiAIH4.

Sin considerar ninguna amonólisis o descomposición térmica de Li3AIH6 los rendimientos más altos de hidrógeno fueron precipitados a través de obstrucción. El resultado neto de la obstrucción es más reacción por unidad de volumen de hidruro y da como resultado temperaturas más altas. Sin embargo las fluctuaciones de presión rápidas y flujo erradicado durante episodios de obstrucción no son tolerables. En algunas pruebas se incluyó un aditivo de vermiculita en el reactor 22 con el hidruro químico para mejorar el flujo del gas y evitar la obstrucción. Tanto como 15% en peso en el reactor de aditivo de vermiculita se incluyó. Estas pruebas indicaron que no ocurrió ninguna obstrucción significativa y las temperaturas pico « alcanzadas debido a la reacción fueron aceptables. EL reactor 22 también incluye un filtro 38 adyacente en su extremo de salida para remover partículas sólidas diminutas que pueden ser introducidas en una corriente de gas que salen del reactor 22. Consecuentemente la salida del reactor 22 es virtualmente todo el gas. La salida de composición gaseosa del reactor 22 se define como: corriente de gas de salida = H2 +NH3 huella + vapor orgánico huella.

Ya que esta corriente de gas de salida esencialmente no es hidrógeno puro y contiene substancias gaseosas no deseadas, la corriente de gas debe ser procesada adicionalmente. La corriente de gas de salida es llevada por una línea de gas de salida 42 hacia una primera trampa o capturador de amoníaco 46 que remueve o captura sustancialrriente todo el amoníaco que puede estar presente en la corriente de gas. En una modalidad, el capturador de amoníaco 46 puede incluir cantidades relativamente pequeñas de ácido sulfúrico (H2SO4). El ácido sulfúrico humedece un material absorbente adecuado, tal como una columna de lana de fibra de vidrio. La salida de corriente del gas del capturador de amoníaco 46 después de recibida por una segunda trampa 50 para remover el vapor orgánico. Tal como el vapor orgánico huella, que puede estar presente, así como removiendo cualquier amoníaco restante que pueda estar presente. La segunda trampa 50 puede incluir un carbón no activado tal como carbón para realizar esta filtración o función de remoción. La salida desde la trampa 50 de vapor orgánico es substancialmente gas hidrógeno puro. El flujo del gas de hidrógeno es controlado por una válvula de salida 54, la cual puede ser una válvula simple de encendido diagonal apagado, pero efectiva. Cuando la válvula de salida 54 está abierta, el gas de hidrógeno presente es suministrado hacia una carga o dispositivo, tal como una carga de combustible que es accionada por el gas de hidrógeno. Cuando el hidrógeno no es necesario, la válvula de salida 54 puede estar, pero no necesariamente, en su posición de apagado o cerrado. Con referencia a las Figuras 2-4, se ilustra una modalidad para implementar el aparato generador de hidrógeno 10. La Figura 2 ilustra un tanque 100 para contener amoníaco. Otro reactivo adecuado que pueda reaccionar con el hidruro deseado u otro reactivo sólido. El reactivo de entrada sólido tiene una composición en donde su mayoría, por lo menos uno de peso uno de peso y volumen, es diferente del agua. La salida del tanque de amoníaco 100 está en comunicación con un reactor 104. En una modalidad el reactor 104 está rodeado por un material de aislamiento 108 para utilizarse en la contención del calor de reacción cuando el amoníaco reacciona con el hidruro químico, tal como el tetrahidruro de litio y aluminio (L¡AIH4). El aislamiento protege al usuario de altas temperaturas de reacción (>200°C). EL tanque de amoníaco 100 está muy cerca del reactor 104 y no está rodeado por el material de aislamiento 108. El tanque de amoníaco 100 enfría por abajo de temperatura ambiente y absorbe el calor del aire a medida que hierve. También se puede utilizar presión de vapor para dirigir el líquido a través de la válvula de una vía 112 y puede entonces ocurrir entonces la ebullición en el reactor 104. Como se describió previamente, una válvula de una vía u otro miembro de válvula 112 está dispuesto entre el tanque de amoníaco 100 y el reactor 104 y se utiliza para controlar el paso de amoníaco hacia el reactor 104. Preferiblemente, el tanque de amoníaco 100 está substancialmente adyacente al reactor 104, de manera que el calor de la reacción durante la operación da como resultado un calor siendo aplicado al tanque de amoníaco 100. Este calor hace que la temperatura del tanque de amoníaco 100 se eleve y de esta manera contribuye a la ebullición del amoníaco en el tanque 100. En esta modalidad, el material de aislamiento 108 está destinado a contener el calor de la reacción alrededor del reactor 104 limita su escape hacia el ambiente circundante. En otra modalidad, no se utiliza el material de aislamiento 108. Cuando el material de aislamiento no está presente, el peso del aparato 10 se reduce. Con el material de aislamiento 108 no presente, se cree que, si la temperatura pico fuera reducida, la descomposición sería menos térmica del LiAIH4, a medida que la parte frontal de la reacción pasa a través del hidruro. La reacción ocurre durante un período de tiempo más largo reduciendo así la posibilidad de obstrucción inaceptable. Como se ilustra en las Figuras 2 y 3, el reactivo 104 tiene una configuración alargada que está compuesta de una primera sección tubular 116, una sección tubular de puente 120 y una segunda sección tubular 124. La segunda sección tubular 124 esencialmente gira en la primera sección tubular 116 a través de la sección tubular de puente 120 conjuntamente para lograr un tamaño más pequeño y geometría deseadas. El hidruro tal como LiAIH4 es dispuesto a través de las secciones tubulares alargadas del reactor 104 y se sedimenta un grado para la optimización de la producción de hidrógeno en una manera uniforme, mientras se logra una densidad de watt-hora requerida tal como 1kw-hr/kg. En una modalidad, el reactor 104 se hace de acero inoxidable de Austenitic. Dicho acero de especialidad puede proporcionar mayor resistencia por peso unitario a temperaturas altas, conductividad térmica comparable, así como compatibilidad con amoníaco e hidrógeno. En esta modalidad la longitud total de reactor 104 es de aproximadamente 63.5 cm y se proporciona una tubería con un diámetro interno de 2.7 cm. El espesor de pared de la tubería del reactor es de aproximadamente 0.18 cm. Cuando es apropiado se pueden incluir un volumen y peso relativamente pequeños de un material mejorador de flujo o de no-obstrucción, con el hidruro, tal como el aditivo de vermiculita previamente observado. El extremo de salida del reactor tubular 104, como se discutió junto con la Figura 1, incluye un filtro a partículas sólido para remover partículas relativamente pequeñas que pueden ser introducidas en al corriente de gas que es generada dentro del reactor 104. Esta corriente de gas de salida del reactor 104 es llevada por una línea de salida de corriente de gas 136 hacia una columna de filtro y de capturador 140. La columna de filtro y de capturador 140 típicamente incluye composiciones capturadoras y /o dispositivos para remover el amoníaco huella y los vapores orgánicos huella que son comúnmente parte de la corriente de gas de salida que es llevada por la línea de corriente de gas desalina 136. De preferencia, la columna de filtro y capturador 140 incluye un capturador de amoníaco y una composición de remoción de vapor orgánica, con el capturador de amoníaco estando corriente arriba de la composición para remover el vapor orgánico. La salida de corriente de gas por la columna de filtro y capturador 140 es gas de hidrógeno puro, o substancialmente puro, que puede pasar hacia la carga o dispositivo, que utiliza el gas de hidrógeno. El paso del gas de hidrógeno es habilitar/ deshabilitar utilizando la válvula de salida 144.

Una descripción adicional del proceso para la generación de hidrógeno ahora se provee. La presión de vapor del amoníaco es mayor de la presión atmosférica por abajo de -33°C a nivel del mar.

Cuando el aparato generador de hidrógeno está en almacenamiento y no se está usando, el miembro de válvula 112 es mantenido cerrado por una carga de hidrógeno presurizado dentro del reactor tubular 104. Cuando una carga o dispositivo está conectado a la salida del aparato 10 y la válvula de salida 144 es manualmente operada, la presión de hidrógeno comienza a disminuir. Cuando dicha presión de hidrógeno disminuye por abajo de la presión debido al amoníaco en el tanque 100, el miembro de válvula o válvula de una vía 112 se abre y el reactivo de amoníaco reacciona con el hidruro en el reactor 104 para producir más gas de hidrógeno. La parte frontal de onda de reacción se mueve a través de las secciones tubulares 116, 120, 124 y consume los reactivos superiores y deja los productos atrás. La corriente de gas es filtrada para remover cualquier partícula sólida diminuta que entra y capturador para remover al amoníaco huella y vapor orgánico huella. La salida del gas de hidrógeno a través de la válvula de salida 144 es recibida por la carga o dispositivo y proporciona hidrógeno al mismo. A medida que la presión del hidrógeno en el reactor se desarrolla hacia la presión de amoníaco, la válvula de una vía 112 se cierra y detiene el flujo de amoníaco. En una modalidad, la válvula de una vía 112 está configurada con una desviación a través de un resorte que requiere de una cantidad predeterminada de presión diferencial antes de que la válvula de una vía 112 se abra. A la luz del rápido inicio para producir hidrógeno cuando la válvula de salida se abre parece ser innecesario utilizar un regulador o unidad de almacenamiento para el hidrógeno que inmediatamente puede suministrar hidrógeno a través de la válvula de salida 144 cuando se abre después de un período de inactividad del aparato generador de hidrógeno 10. Es decir, la entrada relativamente rápida del amoníaco hacía el reactor 104 da como resultado una reacción y producción inmediata de hidrógeno en el reactor 104 que puede ser inmediatamente introducido a la carga de comunicación. Se observan aspectos adicionales de la operación del aparato 10. La temperatura de operación mínima absoluta del aparato 10, a nivel del mar es de -33°C, la cual es el punto de ebullición normal del amoníaco. Debido a que la presión cae a través de la válvula de una vía 112, el reactor 104 y la columna de filtro y capturador 140, la temperatura de operación mínima está muy cerca a -20°C. Se puede eliminar o reducir la obstrucción del reactor a través de la adición de tan poco como 10% en peso de un aditivo de vermiculita, u otro material funcionalmente equivalente y sedimentando el lugar de compactando el polvo de hidruro químico. Las alternativas para la vermiculita pueden estar disponibles y pueden proporcionar porosidad mejor y mayor rendimiento de hidrógeno. Los rendimientos de hidrógeno aceptables, comparados con aquellos que son generados a altas temperaturas de reacción (mayores que 200°C), pueden ser obtenidos en reacciones a temperatura más baja (aproximadamente 100°C) con un reactor no aislado 104. Aunque el amoníaco anhidro ha sido descrito como el reactivo preferido, otros reactivos pueden ser aceptables, incluyendo amoníaco acuoso y otras composiciones que tienen una presión de vapor positiva a temperatura de entre ambiente y -40°C. La salida del reactivo de los tanques de reactivo también puede estar en un estado líquido, tal como cuando el líquido es extraído del fondo de los tanques. La descripción anterior de la invención ha sido presentada para propósitos de ilustración y descripción. Además, la descripción no está destinada a limitar la invención a la forma aquí descrita. Consecuentemente, variaciones y modificaciones de acuerdo con las enseñanzas anteriores, dentro de la experiencia y reconocimiento de la técnica relevante, están dentro del alcance de la presente invención. Las modalidades descritas aquí anteriormente además están destinadas a explicar el mejor modo o modos actualmente conocidos para practicar la invención y para permitir que otros expertos en la técnica utilicen la invención como tal, o en otras modalidades y con las varias modificaciones requeridas por sus aplicaciones o usos particulares de la invención. Se pretende que las reivindicaciones anexas sean construidas para incluir modalidades alternativas al grado permitido por la técnica anterior.

Claims (32)

REIVINDICACIONES
1. - 1. Un aparato para generar hidrógeno que comprende: primeros medios para alojar un líquido; segundos medios incluyendo un reactor para contener un reactivo sólido utilizado para generar gas de hidrógeno, el líquido cambiando a un vapor y siendo un vapor en el reactor, el vapor teniendo una presión positiva asociada con la misma a una temperatura ambiente y menos; y terceros medios para evitar substancialmente que substancias no deseadas sean parte del gas de hidrógeno que sale del aparato.
2. 2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde: el líquido tiene un calor latente de parámetro de vaporización menor que el agua.
3. 3. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde: dicho líquido incluye por lo menos uno de los siguientes: amoníaco anhidro, amoníaco acuoso y composiciones ricas en hidrógeno que tienen presiones de vapor positivas cuando se someten a temperatura igual a o y menor que temperatura ambiente.
4. 4. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde: dicho líquido tiene una composición en donde una mayoría del mismo, por lo menos uno de peso y volumen, es diferente del agua.
5. 5. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde: los segundos medios incluyen cuartos medios para controlar el movimiento de por lo menos uno de líquido y de dicho vapor de los primeros medios hacia el reactivo, y en donde los cuartos medios utilizan una diferencia de presión para controlar el movimiento.
6. 6. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 5, .en donde: los cuartos medios incluyen un miembro de válvula que permite el movimiento de por lo menos uno del líquido y del vapor desde los primeros medios hacia el reactor cuando una presión en los primeros medios es mayor que una presión en el reactor.
7. 7. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 6, en donde: la presión en los primeros medios es substancialmente se basa en la temperatura del líquido.
8. 8. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 7, en donde: la presión en dicho reactor es substancialmente basada en gas de hidrógeno en el reactor.
9. 9. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde: dichos primeros medios incluyen un tanque para alojar el vapor y los segundos medios incluyen medios para controlar el flujo del vapor desde el tanque hacia el reactor y en donde los medios para controlar permiten el movimiento del vapor desde el tanque hacia el reactor cuando la presión del vapor es mayor que la presión en el reactor debido al gas hidrógeno.
10. 10. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1 en donde: los terceros medios incluyen quintos medios para evitar substancialmente que las partículas sólidas pasen a través de, y sextos medios para evitar substancialmente que por lo menos un primer fluido pase a través del mismo.
11. 11. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 10, en donde: dichos sextos medios incluyen por lo menos uno de los siguientes: medios localizados corriente abajo del reactivo sólido para remover substancialmente el vapor y medios corriente abajo del reactivo sólido para remover substancialmente el vapor orgánico.
12. 12. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde: los terceros medios incluyen medios localizados corriente abajo del reactivo sólido para remover substancialmente el vapor del gas hidrógeno.
13. 13. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde: dichos terceros medios incluyen medios localizados corriente abajo del reactivo sólido para remover substancialmente fluidos orgánicos no deseados.
14. 14. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 13, en donde: dichos medios para remover substancialmente fluidos orgánicos no deseados incluyen un material de carbono activado.
15. 15. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 12, en donde: los medios para remover substancialmente el amoníaco incluyen por lo menos uno de ácido sulfúrico, sulfato ácido de sodio y su monohidrato.
16. 16. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde: los segundos medios además incluyen un material mejorador del flujo de gas diferente del reactivo sólido para incrementar el rendimiento del gas de hidrógeno, y en donde dicho material mejorador del flujo de gas constituye por lo menos el 5% del volumen de la combinación del reactivo sólido y el material mejorador del flujo de gas.
17. 17. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde: dicho reactivo sólido incluye un hidruro.
18. 18. Un aparato para generar hidrógeno, que comprende: un tanque para alojar una composición que incluye por lo menos una fase líquida y una fase de vapor, en donde se desarrolla una primera presión en el tanque utilizando la primera composición; un reactor para alojar por lo menos un reactivo sólido para usarse en la generación de gas hidrógeno, en donde se desarrolla una segunda presión en el reactor utilizando gas de hidrógeno; y un miembro de control de flujo dispuesto entre el tanque y el reactor para controlar el flujo de la composición desde el tanque hacia el reactor utilizando una diferencia entre la primera presión y la segunda presión.
19. 19. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 18, en donde: dicha composición incluye uno de los siguientes: amoníaco anhidro, amoníaco acuoso y composiciones ricas en hidrógeno que tienen una presión de vapor positiva cuando están a una temperatura igual a o menor que la temperatura ambiente.
20. 20. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 18, en donde: el reactor también contiene un material mejorador del flujo de gas que en volumen, es por lo menos 5% del volumen total de la combinación del reactivo sólido y el material mejorador del flujo de gas.
21. 21. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 18, que comprende además: medios para evitar substancialmente que por lo menos un primer fluido sea separado del gas de hidrógeno que es generado y con los medios para evitar substancialmente estando colocados corriente abajo del reactivo sólido.
22. 22. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 21, en donde: el primer fluido incluye amoníaco.
23. 23. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 18, en donde: la mayor parte de dicha composición es diferente del agua.
24. 24. Un método para generar gas de hidrógeno, que comprende: proveer una composición que incluya un fluido en el tanque; proporcionar por lo menos un reactivo sólido en un reactor; introducir por lo menos uno del fluido del tanque hacia el reactor; generar una corriente de gas rica en hidrógeno utilizando el fluido y el reactivo sólido; remover substancialmente por lo menos un primer fluido no deseado de la corriente del gas de hidrógeno; y dar salida a dicha corriente del gas de hidrógeno.
25. 25. Un método de acuerdo con la reivindicación 24 en donde: el paso de proveer una composición incluye proporcionar a dicha composición en una fase de vapor y una fase líquida, con el líquido incluyendo amoníaco.
26. 26. Un método de acuerdo con la reivindicación 24, en donde- dicho paso de proporcionar por lo menos un reactivo sólido además incluye proporcionar un material mejorador del flujo de gas diferente de dicho reactivo sólido para facilitar el flujo de la fase gaseosa de la composición a través del reactivo sólido.
27. 27. Un método de acuerdo con la reivindicación 24, en donde: el paso de introducir incluye controlar el flujo de fluido utilizando una diferencia de presión basada en la presión en dicho tanque y la presionen dicho reactor.
28. 28. Un método de acuerdo con la reivindicación 24 en donde: el paso de remover incluye remover substancialmente las partículas sólidas no deseadas de la corriente de gas de hidrógeno.
29. 29. Un método de acuerdo con la reivindicación 24, en donde: el primer fluido no deseado incluye uno de amoníaco y un vapor orgánico.
30. 30. Un método de acuerdo con la reivindicación 24, en donde: dicho paso de remoción incluye remover substancialmente por lo menos un segundo fluido no deseado después del paso de remover substancialmente por lo menos un primer fluido no deseado.
31. 31. Un método de acuerdo con la reivindicación 23, en donde, el paso de salida incluye dar salida a la corriente de gas de hidrógeno continua e independientemente de los medios de almacenamiento de regulador.
32. 32. Un método de acuerdo con la reivindicación 24, en donde: el paso de generación incluye la producción de calor con por lo menos algo del calor siendo aplicado al tanque para incrementar la temperatura del fluido en el tanque.