MXPA02009209A

MXPA02009209A - Modulos de membrana metalicos selectivos para hidrogeno y metodo para su fabricacion.

Info

Publication number: MXPA02009209A
Application number: MXPA02009209A
Authority: MX
Inventors: David J Edlund
Original assignee: Idatech Llc
Priority date: 2000-03-23
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2003-03-12
Also published as: CA2393475C; JP2004502622A; BR0109461A; HK1051332A1; EP1272259A1; KR100542551B1; WO2001070376A1; AU2001257585A1; US6458189B1; CA2393475A1; DE60106737T2; US6319306B1; DE60106737D1; EP1272259A4; KR20030015216A; ATE280632T1; EP1272259B1; US20020041837A1

Abstract

Se describen modulos de membrana que contienen una o mas membranas selectivas para hidrogeno, metodos para preparar las mismas y sistemas de purificacion de hidrogeno, procesadores de combustible y dispositivos que los contienen. En algunas modalidades, los modulos de membrana incluyen una o mas membranas selectivas para hidrogeno soportadas sobre una estructura de estarcido, de la cual se describen diversas modalidades. En algunas modalidades, la o las membranas se montan adhesivamente sobre la estructura de estarcido durante el montaje. En algunas modalidades, la estructura de estarcido incluye una pluralidad de elementos de estarcido que se unen montados adhesivamente durante el montaje. En algunas modalidades, la estructura de estarcido incluye un recubrimiento.

Description

MÓDULOS DE MEMBRANA METÁLICOS SELECTIVOS PARA HIDROGENO Y MÉTODO PARA SU FABRICACIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona generalmente con sistemas de purificación de hidrógeno, y más particularmente con membranas selectivas para hidrógeno, métodos para formar módulos de membrana que contengan una pluralidad de membranas selectivas para hidrógeno, y sistemas productores y purificadores de hidrógeno que contengan a las mismas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las membranas selectivas para hidrógeno que se forman a partir de metales permeables a hidrógeno, de manera principal paladio y aleaciones de paladio, se conocen en el ámbito. En particular, se han descrito membranas de aleación de paladio planas para purificar corrientes de hidrógeno gaseoso tales como corrientes de hidrógeno gaseoso que se producen por conversores de vapor, conversores autotérmicos, reactores de oxidación parcial, reactores de pirólisis y otros procesadores de combustible, que incluyen procesadores de combustible configurados para suministrar hidrógeno purificado a celdas de combustible u otros procedimientos que requieren hidrógeno de alta pureza. Para que sean económicas, las membranas de paladio o de aleación de paladio deben ser delgadas. Por ejemplo, las alta pureza. Para que sean económicas, las membranas de paladio o de aleación de paladio deben ser delgadas. Por ejemplo, las membranas planas típicamente tienen un espesor de aproximadamente 0.025 mm (0.001 pulgadas) . Sin embargo, estas membranas extremadamente delgadas se someten a ondulado durante el montaje dentro de un módulo de membrana que contiene una o más membranas selectivas para hidrógeno. Una membrana que tiene una o más ondulaciones se somete a falla prematura debido a fracturas por tensión que se forman en las ondulaciones. Cuando se produce tal falla, las impurezas que de otra manera no podrían pasar a través de la membrana, ahora pasan a través de la membrana, por lo que reducen la pureza de la corriente de hidrógeno en el producto y dañan potencialmente el apilamiento de celdas de combustible u otro dispositivo que consume hidrógeno con el cual se utilice la corriente purificada. De esta manera, existe la necesidad por un método para preparar membranas selectivas para hidrógeno, para uso en un procesador de combustible u otro dispositivo que purifica hidrógeno, sin que se ondulen las membranas.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con módulos de membrana que contienen una o más membranas selectivas para hidrógeno, métodos para preparar las mismas y sistemas de purificación de hidrógeno, procesadores de combustible y dispositivos que contienen los mismos. En algunas modalidades, los módulos de membrana incluyen una o más membranas selectivas para hidrógeno soportadas sobre una estructura de estarcido, de la cual se describen diversas modalidades. En algunas modalidades, la membrana o membranas se montan adhesivamente a la estructura de estarcido durante el montaje. En algunas modalidades, la estructura de estarcido incluye una pluralidad de elementos de estarcido que se unen montados adhesivamente durante el montaje. En algunas modalidades, la estructura de estarcido incluye un recubrimiento.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS La figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de celda de combustible que contiene un procesador de combustible con un módulo de membrana, de acuerdo con la presente invención. La figura 2 es un diagrama esquemático de otra modalidad del sistema de celda de combustible de la figura 1. La figura 3 es un diagrama esquemático de un procesador de combustible adecuado para uso en los sistemas de celda de combustible de las figuras 1 y 2 y que incluye un módulo de membrana de acuerdo con la presente invención.

La figura 4 es un diagrama esquemático de otra modalidad del procesador de combustible de la figura 3. La figura 5 es un diagrama esquemático de un purificador de hidrógeno que contiene un módulo de membrana de acuerdo con la presente invención. La figura 6 es una vista en elevación lateral fragmentaria de una envoltura de membrana construida de acuerdo con la presente invención y que incluye una estructura de estarcido. La figura 7 es una vista isométrica despiezada de otra modalidad de una envoltura de membrana construida de acuerdo con la presente invención y que incluye una estructura de estarcido que tiene varias capas. La figura 8 es una vista en sección transversal de la envoltura de membrana de la figura 7. La figura 9 es una vista isométrica fragmentaria de un elemento de estarcido metálico expandido adecuado para uso en la estructura de estarcido de la figura 7. La figura 10 es una vista isométrica despiezada de otra envoltura de membrana, de acuerdo con la presente invención. La figura 11 es una vista isométrica despiezada de otra envoltura de membrana construida de acuerdo con la presente invención. La figura 12 es una vista isométrica despiezada de - otra envoltura de membrana construida de acuerdo con la presente invención. La figura 13 es una vista isométrica despiezada de otro módulo de membrana construido de acuerdo con la presente invención. La figura 14 es una vista en sección transversal de un procesador de combustible que incluye un módulo de membrana construido de acuerdo con la presente invención. La figura 15 es una vista en sección transversal de otro procesador de combustible que incluye un módulo de membrana construido de acuerdo con la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Y MEJOR MODO DE LA INVENCIÓN En la figura 1 se muestra un sistema de celda de combustible de acuerdo con la presente invención y que se indica generalmente con el número 10. El sistema 10 incluye por lo menos un procesador 12 de combustible y por lo menos un apilamiento 22 de celda de combustible. El procesador 12 de combustible está adaptado para generar un producto de corriente 14 de hidrógeno que contiene hidrógeno gaseoso desde una corriente 16 de alimentación que contiene una materia prima. El apilamiento de celdas de combustible se adapta para producir una corriente eléctrica desde la porción de la corriente 14 de hidrógeno de producto suministrada a la misma. En la modalidad ilustrada, se muestran y describen un solo procesador 12 de combustible y un solo apilamiento 22 de celda de combustible, sin embargo, debe entenderse que se pueden utilizar más de uno o ambos componentes . También debe entenderse que estos componentes se han ilustrado esquemáticamente y que el sistema de celda de combustible puede incluir componentes adicionales que no se ilustran específicamente en las figuras tales como bombas de alimentación, sistemas de suministro de aire, intercambiadores de calor, montajes de calentamiento y similares. El procesador 12 de combustible produce hidrógeno gaseoso a través de cualquier mecanismo adecuado. Los ejemplos de mecanismos adecuados incluyen conversión de vapor y conversión autotérmica, en las cuales se utilizan catalizadores de conversión para producir hidrógeno gaseoso a partir de una corriente de alimentación que contiene materia prima que contiene carbono y agua. Otros mecanismos adecuados para producir hidrógeno gaseoso incluyen pirólisis y oxidación parcial catalítica de una materia prima que contiene carbono, en cuyo caso la corriente de alimentación no contiene agua. Otro mecanismo adecuado adicional para producir hidrógeno gaseoso es electrólisis, en cuyo caso la materia prima es agua. Para propósitos de ilustración, la siguiente discusión describirá un procesador 12 de combustible como un conversor de vapor, adaptado para recibir una corriente 16 de alimentación que contiene una materia prima 18 que contiene carbono y agua 20. Sin embargo, está dentro del alcance de la invención que el procesador 12 de combustible pueda tomar otras formas, como se discute en lo anterior. Los ejemplos de materias primas que contienen carbono adecuadas incluyen por lo menos un hidrocarburo o alcohol . Los ejemplos de hidrocarburos adecuados incluyen metano, propano, gas natural diesel, queroseno, gasolina y similares. Los ejemplos de alcoholes adecuados incluyen metanol, etanol y polioles tales como etilenglicol y propilenglicol. La corriente 16 de alimentación se puede suministrar al procesador 12 de combustible por medio de cualquier mecanismo adecuado. Aunque en la figura 1 se muestra únicamente una sola corriente 16 de alimentación, debe entenderse que se pueden utilizar más de una corriente 16 y que estas corrientes pueden contener componentes iguales o diferentes. Cuando la materia prima 18 que contiene carbono es mi.scible con agua, la materia prima típicamente se suministra con el componente acuoso de la corriente 16 de alimentación, tal como se muestra en la figura 1. Cuando la materia prima que contiene carbono no es miscible o es solo ligeramente miscible con agua, estos componentes típicamente se suministran al procesador 12 de combustible en corrientes separadas, tales como las que se muestran en la figura 2. En las figuras 1 y 2, la corriente 16 de alimentación se muestra suministrada al procesador 12 de combustible por un sistema 17 de suministro de corriente de alimentación. El sistema 17 de suministro incluye cualquier mecanismo, dispositivo o combinación de los mismos, adecuado, que suministre la corriente de alimentación al procesador 12 de combustible. Por ejemplo, el sistema de suministro puede incluir una o más bombas que suministren los componentes de la corriente 16 desde un abastecimiento. De manera adicional o alternativa, el sistema 17 puede incluir un montaje de válvula adaptado para regular el flujo de los componentes desde un abastecimiento presurizado. Los abastecimientos se pueden localizar externos al sistema de celda de combustible o pueden estar contenidos dentro o adyacentes al sistema. El apilamiento 22 de celda de combustible contiene por lo menos una, y típicamente una multiplicidad de celdas 24 de combustible adaptadas para producir una corriente eléctrica desde la porción de la corriente 14 de hidrógeno de producto suministrada a la misma. Esta corriente eléctrica se puede utilizar para satisfacer las demandas de energía, o la carga aplicada, de un dispositivo 25 que consume energía, asociado. Los ejemplos ilustrativos de dispositivos 25 incluyen, pero no se limitan a un vehículo motorizado, un vehículo recreativo, una embarcación, herramienta, montajes de luz o iluminación, aparatos eléctricos (tales como los aparatos eléctricos caseros y otros tipos) , material casero, equipo de señalización o comunicación, etc. Debe entenderse que el dispositivo 25 se ilustra esquemáticamente en la figura 1 y quiere significar representar uno o más dispositivos o una recolección de dispositivos que están adaptados para extraer corriente eléctrica del sistema de celda de combustible. Un apilamiento de celda de combustible típicamente incluye múltiples celdas de combustible y que se unen entre placas 23 de extremo comunes, las cuales contienen conductos de suministro/extracción de fluido (no mostrado) . Los ejemplos de celdas de combustible adecuadas incluyen , las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) y celdas de combustible alcalinas. El apilamiento 22 de celda de combustible puede recibir la totalidad de la corriente 14 de hidrógeno de producto. Parte o la totalidad de la corriente 14 puede, adicional o alternativamente, suministrarse, por medio de un conducto adecuado, para uso en otro procedimiento que consume hidrógeno, en donde se queme para combustible o calor, o que se almacene para uso posterior. El procesador 12 de combustible es cualquier dispositivo adecuado que produzca hidrógeno gaseoso. Preferiblemente, el procesador de combustible está adaptado para producir hidrógeno gaseoso sustancialmente puro, incluso de manera más preferible, el procesador de combustible está adaptado para producir hidrógeno gaseoso puro. Para los propósitos de la presente invención, el hidrógeno gaseoso sustancialmente puro es más de 90% puro, preferiblemente más de 95% puro, y de manera más preferible, más de 99% puro, e incluso de manera mucho más preferible, más de 99.5% puro. Los procesadores de combustible adecuados se describen en las patentes de E.U.A. números 5,997,594 y 5,861,137, en la solicitud de patente pendiente de E.U.A. número 09/291,447, la cual se presentó el 13 de abril de 1999, y que se intitula "Hydrogen Producing Fuel Processing System", (Sistema de procesamiento de combustible productor de hidrógeno) , y la solicitud de patente de E.U.A. número de serie 09/802,361, la cual se presentó el 8 de marzo del 2001 y que se intitula "Fuel Processor and Systems and Devices Containing the Same", (Procesador de combustible y sistemas y dispositivos que lo contienen) , cada una de las cuales se incorpora como referencia en su totalidad para todos los propósitos. Un ejemplo de un procesador 12 de combustible adecuado es un conversor de vapor. Un ejemplo de un conversor de vapor adecuado se muestra en la figura 3, y se indica generalmente con el número 30. El conversor 30 incluye un conversor, una región 32 productora de hidrógeno que incluye un catalizador 34 conversor de vapor. Alternativamente, el conversor 30 puede ser un conversor autotérmico que incluya un catalizador conversor autotérmico. En la región 32 conversora, se produce una corriente 36 convertida a partir de agua y materia prima que contiene carbono lo que forma la corriente 16 de alimentación. La corriente sometida a conversión típicamente contiene hidrógeno gaseoso e impurezas, y por lo tanto se suministra en una región de separación, o región de purificación 38 en donde se purifica el hidrógeno gaseoso. En la región 38 de separación, la corriente que contiene hidrógeno se separa en uno o más corrientes de subproductos, las cuales se ilustran colectivamente con el número 40, y una corriente 42 rica en hidrógeno, por cualquier procedimiento de separación adecuado, impulsado por presión. En la figura 3, se muestra la corriente 42 rica en hidrógeno que forma la corriente 14 de hidrógeno de producto. La región 38 de separación incluye un módulo 44 de membrana de acuerdo con la presente invención y contiene una o más membranas 46 selectivas para hidrógeno. El módulo 44 de membrana se discute e ilustra con mayor detalle subsecuentemente . El conversor 30 puede, aunque no necesariamente incluir adicionalmente una región 48 de eliminación de impurezas, tal como la que se muestra en la figura 4. La región 48 de eliminación de impurezas recibe una corriente 42 rica en hidrógeno desde una región 38 de separación y purifica adicionalmente la corriente al reducir la concentración de, o al eliminar las composiciones seleccionadas en la misma. Por ejemplo, cuando la corriente 42 se diseña para uso en un apílamiento de celdas de combustible, tal como el apilamiento 22, se deben eliminar de la corriente rica en hidrógeno las composiciones que puedan dañar el apilamiento de celdas de combustible, tales como monóxido de carbono y dióxido de carbono. La concentración de monóxido de carbono debe ser menor de 10 ppm (partes por millón) para evitar que el sistema de control aisle el apilamiento de celdas de combustible. Preferiblemente, el sistema limitará la concentración de monóxido de carbono a menos de 5 ppm, e incluso de manera más preferible a menos de 1 ppm. La concentración de dióxido de carbono puede ser mayor que la de monóxido de carbono. Por ejemplo, pueden ser aceptables concentraciones de menos de 25% de dióxido de carbono. Preferiblemente, la concentración es menor de 10%, e incluso de manera más preferible menor de 1%. Las concentraciones especialmente preferidas son menores de 50 ppm. Debe entenderse que las concentraciones mínimas aceptables presentadas en este documento son ejemplos ilustrativos y que se pueden utilizar concentraciones diferentes a las presentadas aquí y que estén dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, los usuarios o fabricantes particulares pueden requerir niveles mínimos o máximos de concentración o intervalos que sean diferentes a los que aquí se identifican. La región 48 incluye cualquier estructura adecuada para separar o reducir la concentración de las composiciones seleccionadas en la corriente 42. Por ejemplo, cuando la corriente de producto se pretende que se utilice en un apilamiento de celdas de combustible PEM u otro dispositivo que se dañará si la corriente contiene una cantidad mayor a las concentraciones determinadas de monóxido de carbono o dióxido de carbono, se puede desear incluir por lo menos un lecho 50 de catalizador de metanación. El lecho 50 convierte el monóxido de carbono y el dióxido de carbono en metano y agua, los cuales no dañarán el apilamiento de celdas de combustible PEM. La región 48 de eliminación de impurezas también puede incluir otro dispositivo 52 productor de hidrógeno, tal como otro lecho de catalizador de conversión, para convertir cualquier materia prima que no haya reaccionado en hidrógeno gaseoso. En tal modalidad, es preferible que el segundo lecho de catalizador de conversión esté corriente arriba del lecho de catalizador de metanación de manera que no reintroduzca dióxido de carbono o monóxido de carbono corriente abajo del lecho de catalizador de metanación. Los conversores de vapor típicamente funcionan a temperaturas en el intervalo de 200°C y 700°C, y presiones en el intervalo de 345 kPa y 689 kPa (50 psi y 100 psi) , aunque las temperaturas fuera de este intervalo están dentro del alcance de la invención, por ejemplo las que dependen del tipo y configuración particular del procesador de combustible que se utiliza. Se puede usar cualquier mecanismo o dispositivo de calentamiento adecuado para proporcionar este calor por ejemplo un calentador, quemador, catalizador por combustión o similar. El montaje de calentamiento puede ser externo al procesador de combustible o puede formar una cámara de combustión que forme parte del procesador de combustible. El combustible para el montaje de calentamiento se puede proporcionar por el sistema de procesamiento de combustible, o el sistema de celdas de combustible por una fuente externa, o ambas opciones. En las figuras 3 y 4, el conversor 30 se muestra incluyendo una cubierta 31 en la cual están contenidos los componentes descritos antes. La cubierta 31 a la cual también se le puede denominar como un alojamiento, permite que el procesador de combustible, tal como el conversor 30, se mueva como una unidad. También protege a los componentes del procesador de combustible impidiendo que sean dañados al proporcionarles un recinto protector y reduce la demanda de calentamiento del procesador de combustible debido a que los componentes del procesador de combustible se pueden calentar como una unidad. La cubierta 31 puede, aunque no necesariamente, incluir un material 33 aislante, tal como un material aislante sólido, un material aislante de chaqueta o una cavidad llenada con aire. Esta dentro del alcance de la invención, sin embargo, que el conversor se constituya sin ningún alojamiento o cubierta. Cuando el conversor 30 incluye un material 33 aislante, el material aislante puede ser interno a la cubierta, externo a la cubierta o en ambos lugares. Cuando el material aislante es externo a una cubierta que contiene el conversor descrito antes, las regiones de separación o de eliminación de impurezas, el procesador de combustible puede incluir además una cubierta o chaqueta exterior que se encuentra afuera del aislamiento. Adicionalmente, está dentro del alcance de la invención que uno o más de los componentes se extiendan sobrepasando la cubierta o se localicen externos a por lo menos la cubierta 31. Por ejemplo, y como se ilustra esquemáticamente en la figura 4, la región 48 de eliminación de impurezas puede tener una cubierta 31 externa o una porción de la región 32 conversora se puede extender sobrepasando la cubierta. Aunque el procesador 12 de combustible, el sistema 17 de suministro de vapor de alimentación y el apilamiento 22 de celdas de combustible así como el dispositivo 25 que consumen energía pueden estar constituidos de uno o más componentes separados, también está dentro del alcance de la invención que dos o más de estos dispositivos estén integrados, combinados o ensamblados de alguna otra manera dentro del alojamiento externo o cuerpo. Por ejemplo, un procesador de combustible y un sistema de suministro de vapor de alimentación se pueden combinar para proporcionar un dispositivo que produzca hidrógeno con un sistema de suministro de vapor de alimentación interno o integrado, tal como el que se ilustra esquemáticamente con el número 26 en la figura 1. Similarmente, se puede agregar un apilamiento de celdas de combustible para proporcionar un dispositivo generador de energía con un sistema - de suministro de vapor de alimentación integrado, tal como el que se ilustra esquemáticamente con el número 27 en la figura 1. El sistema 10 de celdas de combustible puede combinarse adicionalmente con un dispositivo que consume energía, tal como el dispositivo 25, para proporcionar al dispositivo con una fuente de energía integrada o incluida. Por ejemplo, el cuerpo de tal dispositivo se ilustra esquemáticamente en la figura 1, con el número 28. Los ejemplos de tales dispositivos incluyen un vehículo de motor, tal como un vehículo de recreación, un automóvil, un bote u otra embarcación, y similar, una residencia tal como una casa, departamento, casa dúplex, complejo de apartamentos, oficina, tienda o similar, o un equipo autocontenido, tal como un dispositivo eléctrico, una estación de iluminación, de herramientas, de relé de microondas, un montaje transmisor, señalización remota o equipos de comunicación, etc. Esta dentro del alcance de la invención que el procesador 12 de combustible descrito en lo anterior se puede utilizar independiente de un apilamiento de celdas de combustible. En tal modalidad, se puede denominar el sistema como un sistema de procesamiento de combustible, y se puede utilizar para proporcionar un suministro de hidrógeno puro o sustancialmente puro a un dispositivo que consume hidrógeno, tal como un quemador para calentamiento, cocinado u otras - aplicaciones. De manera similar a la discusión anterior acerca de la integración del sistema de celda de combustible con un dispositivo que consume energía, el procesador de combustible y el dispositivo que consume hidrógeno se pueden combinar o integrar. También está dentro del alcance de la presente invención que los módulos de membrana descritos en la presente se pueden utilizar como un purificador de hidrógeno independiente del procesador de combustible o del apilamiento de celdas de combustible. En la figura 5 se ilustra esquemáticamente un ejemplo de un módulo 44 de membrana configurado para uso como un purificador de hidrógeno, e indicado generalmente con el número 60. Como se muestra, una corriente 61 de gas mixto que contiene hidrógeno gaseoso 62 y otros gases 63, se suministran a un purificador 60, el cual contiene un módulo 44 de membrana construido de acuerdo con la presente invención. El módulo de membrana contiene por lo menos una membrana 46 selectiva para hidrógeno, y separa la corriente de gas mixta en una corriente 64 de producto que contiene por lo menos hidrógeno sustancialmente gaseoso y una corriente 65 de subproducto que contiene por lo menos sustancialmente otros gases. Otra manera de describir el purificador es que la corriente de producto contiene por lo menos una porción sustancial de hidrógeno gaseoso en la corriente de gas mixto y que la corriente de subproducto contiene por lo menos una porción sustancial de otros gases. De manera similar a los procesadores de combustible y los sistemas de celda de combustible discutidos en lo anterior, el purificador 60 se puede integrar con un dispositivo que produce hidrógeno para proporcionar un dispositivo que produce hidrógeno con un purificador integrado para hidrógeno o con un dispositivo que consume hidrógeno, para proporcionar un dispositivo que consume hidrógeno con un purificador de hidrógeno integrado. Debe entenderse que la pureza de hidrógeno de la corriente del producto, el contenido de hidrógeno de la corriente de subproducto, el porcentaje de hidrógeno de la corriente de gas mixta que forma la corriente de subproducto y las composiciones similares de corrientes de producto y de subproducto se pueden variar selectivamente, dependiendo de la construcción del módulo de membrana o de las condiciones de operación con las cuales se utilice el módulo de membrana. Por ejemplo, las composiciones de corriente de producto y subproducto pueden variar por lo menos parcialmente en respuesta a por lo menos los siguientes factores : la temperatura del módulo de membrana, la presión del módulo de membrana, la composición de la membrana selectiva para hidrógeno, el estado de desgaste de la membrana selectiva para hidrógeno, el espesor de la membrana selectiva para hidrógeno, la composición de la corriente de gas mixta, el número de membranas selectivas para hidrógeno utilizadas en el módulo de - - membrana así como el número de membranas secuenciales a través de las cuales puede pasar el gas mixto, las corrientes de producto o de subproducto . Como se discute, una estructura adecuada para uso en la región 38 de separación es un módulo 44 de membrana, el cual contiene una o más membranas 46 permeables a hidrógeno y selectivas para hidrógeno. Las membranas se pueden formar de cualquier material selectivo para hidrógeno adecuado para uso en el ambiente de operación y las condiciones en las cuales funciona el módulo de membrana, tales como en un purificador, procesador de combustible o similar. Los ejemplos de materiales adecuados para membranas 46 son paladio y aleaciones de paladio, y especialmente películas delgadas de tales metales y aleaciones metálicas. Las aleaciones de paladio han demostrado ser particularmente eficaces, especialmente paladio con 35% en peso a 45% en peso de cobre. Estas membranas se forman típicamente a partir de una lámina delgada que tiene un espesor de aproximadamente 0.00254 cm (0.001 pulgadas) . Esta dentro del alcance de la presente invención, sin embargo, gue se puedan formar membranas a partir de metales selectivos para hidrógeno y de aleaciones metálicas diferentes a las discutidas en lo anterior y que las membranas pueden tener espesores que sean mayores o menores a los que se discuten antes. Por ejemplo, la membrana se puede elaborar más delgada, con un aumento conmensurado en el flujo de hidrógeno. Los mecanismos adecuados para reducir el espesor de la membrana incluyen laminado, electrodeposición y grabado. Un proceso de grabado adecuado se describe en la solicitud de patente de E.U.A. número de serie 09/274,154, la cual se presentó el 22 de marzo de 1999 y se intitula "Hydrogen-Permeable Metal Membrane and Method for Producing the Same" (membrana metálica permeable al hidrógeno y método para su producción) , y la descripción completa de la cual se incorpora en la presente como referencia. Las membranas permeables a hidrógeno se pueden colocar en pares alrededor de un canal permeado común para formar una envoltura de membrana, como se describe en las solicitudes de patentes incorporadas y como se ilustra esquemáticamente en la figura 6, con el número 66 . En tal configuración, los pares de membrana se pueden denominar como una envoltura de membrana en la medida en que definen un canal permeado común, o conducto de recolección a través del cual se puede recolectar el gas permeado y se puede separar para formar una corriente 42 con alta concentración de hidrógeno (o bien una corriente 14 de hidrógeno de producto o bien una corriente 64 de hidrógeno purificado, en base en la implementación particular del módulo de membrana) . Debe entenderse que los pares de membrana pueden adquirir diversas formas adecuadas, tales como envolturas planas y envolturas tubulares. De manera similar, las membranas pueden estar soportadas de manera independiente, por ejemplo con respecto a una placa de extremo o alrededor de un pasaje central . Para propósitos de ilustración, la siguiente descripción y las ilustraciones asociadas describirán el módulo de membrana incluyendo una o más envolturas 66 de membrana. Debe entenderse que las membranas que forman la envoltura pueden ser dos membranas separadas o puede ser una sola membrana doblada, enrollada o configurada de alguna otra manera para definir dos regiones de membrana o superficies 67 con caras 68 permeadas que se orientan una hacia la otra para definir un conducto 69 entre las mismas desde el cual se puede recolectar y extraer el gas permeado. Para detener las membranas haciendo que resisten altas presiones de alimentación, se utiliza un soporte o estructura 70 de estarcido. La estructura 70 de estarcido proporciona soporte a las membranas selectivas para hidrógeno, y más particularmente incluye superficies 71 contra las cuales se soportan los lados 68 permeados de las membranas. La estructura 70 de estarcido también define un conducto 69 de recolección a través del cual puede fluir el gas permeado tanto transversal como paralelo a la superficie de la membrana a través de la cual pasa el gas, tal y como se ilustra esquemáticamente en la figura 6. El gas permeado, el cual es hidrógeno gaseoso por lo menos sustancialmente puro, después se puede recolectar o extraer de alguna otra manera del módulo de membrana, de manera que forme las corrientes 42, 64 o 14.

- Debido a que las membranas se apoyan contra la estructura de estarcido, es preferible que la estructura de estarcido no obstruya el flujo de gas a través de la membrana selectiva para hidrógeno. El gas que no pasa a través de las membranas forma una o más corrientes de subproducto, como se ilustra esquemáticamente en la figura 6. Para reiterar, el módulo de membrana discutido en la presente puede incluir una o más envolturas 66 de membrana, típicamente a lo largo con puertos adecuados de entrada y de salida a través de los cuales se suministra una corriente de gas mixta, tal como la corriente 36 convertida o la corriente 61 de gas mixta, al módulo de membrana y desde la cual se extraen corrientes con alta concentración de hidrógeno y con subproductos. En algunas modalidades, el módulo de membrana puede incluir una pluralidad de envolturas de membrana. Cuando el módulo de membrana incluye una pluralidad de envolturas de membrana, el módulo puede incluir conductos de fluido que interconectan las envolturas, de manera que suministra una corriente de gas mixta a la misma, para extraer hidrógeno gaseoso purificado de la misma, o bien para extraer el gas que no pasa a través de las membranas desde el módulo de membrana. Cuando el módulo de membrana incluye una pluralidad de envolturas de membrana, la corriente permeada, la corriente de subproducto o ambas, forman una primera envoltura de membrana la cual se puede enviar a otra envoltura de membrana para purificación adicional . En las figuras 7 y 8 se muestra una modalidad de una estructura 70 de estarcido adecuada, indicada generalmente con el número 72. La estructura 72 de estarcido incluye una pluralidad de elementos 73 de estarcido. En la modalidad ilustrada, los elementos de estarcido incluyen un estarcido 74 de malla gruesa, interpuesta entre estarcidos 76 de malla fina. Debe entenderse que los términos "fino" y "grueso" son términos relativos. Preferiblemente, los elementos de estarcido exteriores se seleccionan para sostener las membranas 46 sin perforar las membranas y sin tener aberturas suficientes, bordes u otras proyecciones que puedan perforar o debilitar o dañar de alguna otra manera la membrana bajo condiciones de operación con las cuales se utiliza el módulo de membrana. Debido a que la estructura de estarcido necesita proporcionar el flujo de gas permeado generalmente paralelo a las membranas, es preferible utilizar un elemento de estarcido interior relativamente más grueso para proporcionar conductos de flujo paralelo mejorados. En otras palabras, los estarcidos de malla más fina proporcionan mejor protección para las membranas, mientras que los estarcidos de malla más gruesa proporcionan un mejor flujo generalmente paralelo a las membranas. De acuerdo con el método de la presente invención, se utiliza un adhesivo tal como un adhesivo de contacto para asegurar las membranas 46 a la estructura de estarcido durante la fabricación. Un ejemplo de un adhesivo adecuado se vende por 3M bajo el nombre comercial SUPER 77. Se puede utilizar de manera adicional o alternativa un adhesivo para adherir los estarcidos de malla fina a los estarcidos 74 de malla gruesa durante el montaje. En la figura 7, se utilizan los números de referencia 78 y 80 para indicar respectivamente la membrana 86 de unión adhesiva con la estructura 70 de estarcido y los elementos 73 de estarcido individuales . Debe entenderse que los adhesivos 78 y 80 pueden tener composiciones, espesores o métodos de aplicación similares o diferentes. El uso del adhesivo 78 permite que la estructura de estarcido interpuesta se retenga como una unidad en la configuración seleccionada tal como una configuración plana, como se muestra en las figuras 7 y 8. El uso del adhesivo 80 permite que las membranas delgadas se unan firmemente a la estructura de estarcido sin ninguna ondulación en la membrana. Es importante que estos componentes se mantengan planos y en contacto estrecho durante el ensamblado del módulo de membrana. Si la membrana se comba o dobla, o si la estructura de estarcido se dobla, entonces se formará una ondulación en la membrana durante su uso. Similarmente, si las membranas se colocan inapropiadamente en relación a la estructura de estarcido, también se producirán ondulaciones, por ejemplo al igual que cuando se presuriza el módulo de membrana. Como se resalta en lo anterior, las ondulaciones en la membrana lleva a fracturas por tensión y fracturas por fatiga, que provocan fallo del módulo de membrana y contaminación de la corriente de gas purificada. En la práctica, se rocía un recubrimiento ligero de adhesivo 78 de contacto o se aplica de alguna otra manera a las dos superficies principales opuestas del estarcido 74 de malla gruesa y después los estarcidos 76 de malla fina se unen, uno a cada superficie principal del estarcido grueso. El adhesivo 78 mantiene junta a la estructura 72 de estarcido. De manera alternativa, se puede aplicar adhesivo a los estarcidos 76 en vez de aplicarse al estarcido grueso. De manera similar, el adhesivo 80 se aplica entre las superficies correspondientes de los estarcidos de malla fina y las membranas 46 selectivas para hidrógeno las cuales se pueden asegurar de manera adhesiva a las superficies opuestas de los estarcidos de malla fina. Como se discute en la presente, el adhesivo es separado por lo menos sustancialmente o completamente después de la fabricación de la envoltura de membrana o de los módulos de membrana de manera que no interfiera con el funcionamiento de las envolturas de membrana . Esta dentro del alcance de la invención que los elementos de estarcido puedan tener una construcción similar o igual y que se puedan utilizar más o menos elementos de estarcido. También está dentro del alcance de la invención que cualquier medio de soporte adecuado que permita que fluya el gas permeado en el conducto de recolección generalmente paralelo y transversal a las membranas se puede utilizar. Por ejemplo, se puede utilizar material cerámico poroso, carbón poroso, metal poroso, espuma cerámica, espuma de carbono y espuma metálica para formar la estructura 70 de estarcido, ya sea sola o en combinación con uno o más elementos 73 de estarcido. Como otro ejemplo, se pueden formar estarcidos 76 de malla fina a partir de metal expandido en vez de un material de malla tejido. Preferiblemente, la estructura 70 de estarcido se forma a partir de un material resistente a la corrosión que no dañará el funcionamiento del módulo de membrana ni los dispositivos con los cuales se utilice el módulo de membrana. Los ejemplos de materiales adecuados para los elementos de estarcido metálicos incluyen aceros inoxidables, titanio y aleaciones de los mismos, zirconio y aleaciones de los mismos, aleaciones resistentes a la corrosión que incluyen InconelMR aleaciones tales como SOOH"11, y aleaciones Hastelloy1^, así como aleaciones de cobre y níquel, tales como MonelMR. En la figura 9 se muestra un ejemplo de un elemento de estarcido metálico expandido, indicado generalmente con el número 82. Las láminas metálicas expandidas incluyen una retícula 83 de metal que define una pluralidad de aberturas 84 a través de las cuales puede fluir el gas permeado. Aunque se pueden utilizar otros procedimientos, las láminas metálicas expandidas se pueden formar a partir del rayado de una lámina de metal y después estirado del metal para proporcionar aberturas, tales como las aberturas 84 en las ranuras. Debe entenderse que el elemento de estarcido metálico expandido ha sido ilustrado esquemáticamente en la figura 9, y que la forma real de las aberturas puede variar y con frecuencia tendrá forma que generalmente recuerden rombos, paralelogramos u otras formas geométricas, por ejemplo como se muestra en la figura 12. La lámina también puede incluir una región 86 de perímetro continuo, el cual es ventajoso debido a que está libre de proyecciones, nudos u otros extremos de alambre que pueden estar presentes en elementos de estarcido de malla tejida y los cuales puedan perforar o dañar de alguna otra manera las membranas selectivas para hidrógeno. Aunque una porción del elemento 82 de estarcido de metal expandido se muestra en la figura 9, la región 86 de perímetro del elemento de estarcido se puede extender a todo alrededor del elemento de estarcido. De manera alternativa, únicamente las regiones de perímetro que tengan contacto con las membranas 46 pueden ser superficies sólidas. La totalidad de las composiciones de estarcido metálicas anteriores pueden incluir recubrimientos 85 sobre la superficie 71 (tal como se muestra en la figura 6) . Los ejemplos de recubrimientos adecuados incluyen óxido de aluminio, carburo de tungsteno, nitruro de tungsteno, carburo de titanio, nitruro de titanio y mezclas de los mismos. Estos - recubrimientos se caracterizan generalmente por ser termodinámicamente estables con respecto a la descomposición en presencia de hidrógeno. Se forman recubrimientos adecuados a partir de materiales tales como óxidos, nitruros, carburos o compuestos intermetálicos que se pueden aplicar como un recubrimiento y los cuales son termodinámicamente estables con respecto a la descomposición en presencia de hidrógeno bajo los parámetros de operación (temperatura, presión, etc.,) en los cuales se someterá el módulo de membrana. Alternativamente, el recubrimiento se puede aplicar a un elemento de estarcido metálico expandido que se utiliza en lugar de un estarcido de malla fina, en cuyo caso el recubrimiento se puede aplicar a por lo menos la superficie de la malla expandida que estará en contacto con la membrana 46 selectiva para hidrógeno. Los métodos adecuados para aplicar tales recubrimientos a el estarcido o al elemento de estarcido metálico expandido incluyen deposición por vapor químico, electrodeposición, evaporación térmica, aspersión térmica, y, en el caso de óxido de aluminio, deposición del metal (por ejemplo, aluminio) seguido por oxidación del metal para proporcionar el óxido de aluminio. En por lo menos algunas modalidades, los recubrimientos se pueden describir como elementos que evitan la difusión intermetálica entre las membranas selectivas para hidrogeno y la estructura de estarcido . Preferiblemente, la estructura de estarcido y las - membranas se incorporan en un módulo de membrana que incluye elementos 88 de armazón que están adaptados para sellar, soportar o interconectar envolturas de membrana para uso en sistemas de procesamiento de combustible, sistemas de purificación de gas y similares. Un estarcido 76 metálico de malla fina se coloca dentro del armazón 90 permeado. El elemento 86 de estarcido metálico expandido puede colocarse dentro del armazón 90 permeado o extenderse por lo menos parcialmente sobre la superficie del armazón 90 permeado. Los ejemplos de elementos 88 de armazón adecuados incluyen armazones de soporte o empaques. Estos armazones, empaques u otras estructuras de soporte también pueden definir, por lo menos en parte, los conductos de fluido que interconectan las envolturas de membrana en una modalidad del módulo 44 de membrana que contiene dos o más envolturas de membrana. Los ejemplos de empaques adecuados son empaques de grafito flexibles, aunque se pueden utilizar otros materiales, dependiendo de las condiciones de operación en las cuales se utilice el módulo de membrana particular. Un ejemplo de una envoltura 66 de membrana que incluye elementos 88 de armazón se muestra en la figura 10. Como se muestra, la estructura 70 de estarcido se coloca en un armazón 90 permeado que forma una porción del módulo 44 de membrana. La estructura de estarcido y el armazón 90 se pueden denominar colectivamente como armazón de estarcido o armazón 91 permeado. Los empaques 92 y 92' permeados se unen al armazón 90 permeado, de manera preferible aunque no necesariamente mediante la utilización de otra aplicación delgada de adhesivo. A continuación se unen las membranas 46 a la estructura 70 de estarcido utilizando una aplicación delgada de adhesivo, por ejemplo por aspersión o aplicación de otra manera del adhesivo a cualquiera o ambas membranas o la estructura de estarcido. Debe tenerse precaución de asegurar que las membranas estén planas y unidas firmemente al elemento 73 de estarcido correspondiente. Finalmente, las placas de alimentación o empaques 94 y 94' de unen opcionalmente, por ejemplo mediante el uso de otra aplicación delgada de adhesivo. El montaje de membrana resultante después se apila con placas de alimentación o extremo para formar el módulo 44 de membrana. Opcionalmente, se pueden apilar dos o más envolturas de membrana entre las placas de extremo. Opcionalmente, cada membrana 46 se puede fijar a un armazón 104, tal como un armazón metálico y tal como se muestra en la figura 11. De ser así, la membrana se fija al armazón, por ejemplo por soldadura ultrasónica u otro mecanismo de unión adecuado, y el montaje de membrana-armazón después se une a la estructura 70 de estarcido utilizando adhesivo. Otros ejemplos de mecanismos de unión que obtienen sellos herméticos a gases entre las placas que forman la envoltura 66 de membrana, así como entre las envolturas de membrana, incluyen uno o más de cobresoldadura, empacado y soldadura. La membrana y el armazón unido se pueden denominar colectivamente como una placa 96 de membrana . Para propósitos de ilustración, se describe la geometría de flujo de fluido a través de la envoltura 66 de membrana con respecto a la modalidad de la envoltura 66 que se muestra en la figura 10. Como se muestra, se suministra una corriente de gas mixta, tal como una corriente 36 convertida, a la envoltura de membrana y hace contacto con las superficies 97 exteriores de las membranas 46. El hidrógeno gaseoso que permea a través de las membranas entra al conducto 69 de recolección, el cual se forma entre las caras 68 permeadas de las membranas. El conducto de recolección está en comunicación fluida con los conductos 100 a través de los cuales se pude extraer la corriente permeada de la envoltura de membrana. La porción de la corriente de gas mixta que no pasa a través de las membranas fluye a un conducto 98 a través del cual se puede extraer este gas como una corriente 40 de subproducto. En la figura 10, se muestra un solo conducto 98 de subproducto, mientras que en la figura 11 se muestran un par de conductos 98 y 102 para ilustrar que cualquiera de los conductos descritos en la presente puede incluir alternativamente más de un pasaje fluido. Debe entenderse que las flechas utilizadas para indicar el flujo de corrientes 40 y 42 se han ilustrado esquemáticamente y que la dirección de flujo a través de los - - conductos 98, 100 y 102 puede variar, dependiendo de la configuración de un módulo de membrana particular. En la figura 12 se muestra otro ejemplo de una envoltura 66 de membrana adecuado. Para propósitos de ilustración, la envoltura 66 se muestra con una forma generalmente rectangular. La envoltura de la figura 12 también proporciona otro ejemplo de una envoltura de membrana que tiene un par de conductos 98 y 102 de subproducto y un par de conductos 100 de hidrógeno. Como se muestra, la envoltura 66 incluye empaques o placas 94 separadoras como las placas más exteriores en el apilado. Generalmente, cada una de las placas separadoras incluye un armazón 106 que define una región 108 abierta interior. Cada región 108 abierta interior se acopla lateralmente a los conductos 98 y 102. Sin embargo, los conductos 100 están cerrados en relación a la región 108 abierta, y de esta manera aislan la corriente 42 rica en hidrógeno. Las placas 96 de membrana se encuentran adyacentes e interiores a las placas 94. Las placas 96 de membrana incluyen cada una, una porción central de la misma con una membrana 46 selectiva para hidrógeno la cual se puede fijar a un armazón 104 exterior que se muestra para propósitos de ilustración. En las placas 96, la totalidad de los puertos están cerrados en relación a la membrana 46. Cada membrana se encuentra adyacente a una de las regiones 108 abiertas correspondientes, es decir, adyacente al flujo de gas mixto que llega a la envoltura. Esto proporciona la oportunidad de que el hidrógeno pase a través de la membrana, con los gases restantes, es decir, los gases que forman la corriente 40 de subproducto, abandonando la región 108 abierta a través del conducto 102. La placa 91 de estarcido se encuentra intermedia a las placas 96 de membrana, es decir, en el interior o el lado permeado de cada una de las membranas 46. La placa 91 de estarcido incluye una estructura 70 de estarcido. Los conductos 98 y 102 se cierran en relación a la región central de la placa 91 de estarcido, por lo que se aisla la corriente 40 de subproducto y el flujo 36 con alta concentración de material convertido, de la corriente 42 con alta concentración de hidrógeno. Los conductos 100 se abren a la región interior de la placa 91 de estarcido. El hidrógeno, que ha pasado a través de las membranas 46 adyacentes, se desplaza a lo largo y a través de la estructura 70 de estarcido en los conductos 100 y eventualmente a un orificio de salida como una corriente 42 con alta concentración de hidrógeno. Como se discute, el módulo 44 de membrana puede incluir una o más envolturas de membrana en las cuales las membranas se han unido adhesivamente a la estructura de estarcido, o en las cuales la estructura de estarcido incluye dos o más elementos 83 de estarcido que se juntan uniéndose adhesivamente. Típicamente, el módulo de membrana incluye además placas de extremo que tienen puertos de entrada y salida a través de los cuales se extraen las corrientes de gas mixto, de producto (o con alta concentración de hidrógeno) y de subproducto, del módulo de membrana. Un ejemplo de un módulo de membrana adecuada se muestra en la figura 13, en forma de un módulo de membrana en placa. Como se muestra, el módulo contiene placas 110 de extremo entre las cuales están contenidas una o más envolturas 66 de membrana. En la modalidad que se ilustra, se muestran tres envolturas de membrana para propósitos de ilustración, pero debe entenderse que se deben utilizar más o menos envolturas. Las envolturas de membrana están en comunicación fluida con por lo menos una de las placas de extremo, a través de las cuales se suministra una corriente de gas mixto y desde las cuales se extraen las corrientes de subproducto 40 y con alta concentración de hidrógeno 42. Como se muestra en la modalidad ilustrativa de la figura 13, una de las placas de extremo contiene un puerto 112 de entrada convertido para una corriente de gas mixta, tal como la corriente 36 de material convertido, y cualquiera de las otras alimentaciones a los módulos de membrana que se discuten en la presente. Las placas de extremo incluyen además un par de puertos 114 de salida para la corriente 42 permeada, o con alta concentración de hidrógeno, y un puerto 116 de salida para la corriente 40 de subproducto. Debe entenderse que el número y el tamaño de los puertos para cada corriente puede variar y por lo menos uno de los puertos puede estar contenido en la otra placa de extremo o en otra parte sobre el módulo de membrana, por - - ejemplo sobre un alojamiento 118 entre las placas de extremo, tal como el que se muestra en la figura 15. Como se muestra, las envolturas de membrana incluyen conductos 98, 100 y 102 que establecen comunicación fluida con los puertos de entrada y salida, y entre las envolturas de membrana. Cuando se apilan las envolturas 66 de membrana, estos diversos puertos se alinean y proporcionan conductos fluidos. En operación, el gas convertido se introduce al módulo de membrana a través del puerto 112 y se suministra a las envolturas de membrana. El hidrógeno gaseoso que pasa a través de las membranas 46 selectivas para hidrógeno fluye a los conductos 100 y se extrae del módulo de membrana a través de los puertos 114. El resto de los gases de conversión, específicamente la porción que no pasa a través de las membranas selectivas para hidrógeno fluye al conducto 102 y se extrae del módulo de membrana como la corriente 40 de subproducto, a través del puerto 116. Debe entenderse que la geometría de los elementos de armazón, empaques, membranas y elementos de estarcido que se muestran en las figuras 7 a 13 se proporcionan como ejemplos ilustrativos y debe entenderse que estos componentes pueden adquirir cualquier forma adecuada. Por ejemplo, las envolturas de membrana de placa circular y rectangular se ilustran en las figuras 10 a 13 para propósitos de ilustración. Otras formas y otras configuraciones, tales como las configuraciones tubulares, también están dentro del alcance de la presente invención. Similarmente, la configuración y orientación de los pasajes a través de los empaques y placas puede variar, en base en la aplicación particular en la cual se utilizará el módulo de membrana. Los módulos de membrana que contienen las membranas de aleación de paladio que se unen adhesivamente a la estructura 70 de estarcido preferiblemente se someten a condiciones oxidantes antes del funcionamiento inicial del módulo de membrana para separar el adhesivo. Si el adhesivo no se separa completamente antes de la adhesión, el residuo de carbono del adhesivo puede generar una aleación con la membrana de aleación de paladio y provocar una disminución en la permeabilidad al hidrógeno. En casos extremos, la formación de una aleación con carbono y la membrana de aleación de paladio puede formar una aleación quebradiza que físicamente falle durante las condiciones de operación. El objetivo del acondicionamiento oxidativo es eliminar por quemado el adhesivo sin oxidar excesivamente la membrana de adhesión de paladio. Un conjunto de condiciones adecuadas que utilizan las composiciones de membrana anteriores y el adhesivo, es calentar el módulo de membrana a 200°C mientras se hace pasar aire sobre ambos lados, el de alimentación y el lado permeado de la membrana. Un método preferido es calentar el módulo de membrana a 200°C mientras se presuriza el lado de alimentación a una presión mayor que el lado permeado de las membranas utilizando una purga lenta de aire (>1 ml/min) . Se ha demostrado que son eficaces presiones en el intervalo de aproximadamente 345 kPa (50 psi) a aproximadamente 1379 kPa (200 psi) . Se hace pasar aire a presión aproximadamente ambiental, sobre el lado permeado de la membrana a un régimen de >1 ml/min. Se mantienen estas condiciones durante aproximadamente 15-25 horas. Posteriormente se incrementa la temperatura a 400°C mientras se mantiene la presión de aire y caudal sobre los lados de alimentación y permeado de las membranas. La temperatura se mantiene a 400°C durante aproximadamente 2-5 horas. Después de completar este acondicionamiento oxidativo del módulo de membrana, el adhesivo se ha eliminado por quemado del módulo de membrana y el módulo está listo para aceptar una corriente de alimentación que contenga hidrógeno, que se va a purificar. Los experimentos han demostrado que estos métodos resultan en módulos de membrana que contienen membranas que están libres de ondulaciones y son contaminación excesiva de carbono. Debe entenderse que las condiciones descritas en lo anterior se presentan para proporcionar un ejemplo ilustrativo y que las condiciones de operación pueden variar. Por ejemplo, se pueden utilizar condiciones diferentes debido a factores tales como composiciones diferentes de membrana, espesores diferentes de membrana y adhesivos diferentes. De manera similar, el método - - de la invención utiliza un adhesivo para fijar las membranas selectivas para hidrógeno sobre uno o más estarcidos de soporte que se pueden utilizar con montajes de purificación diferentes a los montajes de procesamiento de combustible descritos en la presente y en las solicitudes de patente incorporadas. En la figura 14 se muestra un ejemplo de un procesador 12 de combustible que contiene un módulo 44 de membrana de acuerdo con la presente invención. En la modalidad ilustrada, el procesador 12 de combustible se muestra como un conversor 30 de vapor que contiene catalizador 34 de conversión. De manera alternativa, el conversor 30 puede ser un conversor autotérmico que contenga un lecho de catalizador conversor autotérmico. Debe entenderse que el procesador 12 de combustible puede ser cualquier dispositivo adaptado para producir hidrógeno gaseoso, tal como los que se discuten en la presente. En la modalidad del convertidor 30 de vapor que se muestra en la figura 14, se suministra una corriente 16 de alimentación a una región 150 de vaporización, la cual, como se muestra, contiene un serpentín 151 de vaporización en el cual se vaporiza la corriente de alimentación. Para un conversor de vapor, la corriente de alimentación adecuada incluye agua y una materia prima que contenga carbono, tal como uno o más alcoholes o hidrocarburos. Cuando la materia prima que contiene carbono es miscible con el agua, la materia prima y el agua se - - pueden mezclar y después se vaporizan. Cuando la materia prima que contiene carbono no es miscible en agua, el agua típicamente se vaporiza y después se mezcla con la materia prima que contiene carbono. En la modalidad que se ilustra, el serpentín 151 de vaporización está dentro de la cubierta 31 del conversor. Esta dentro del alcance de la invención que la región de vaporización (y el serpentín) puedan localizarse ejternos a la cubierta del procesador de combustible, por ejemplo extendiéndose alrededor de la cubierta o localizado de alguna otra manera fuera de la cubierta. La corriente de alimentación vaporizada después se suministra a la región 32 productora de hidrógeno la cual, en el contexto de un conversor, contiene por lo menos un lecho de catalizador conversor. La corriente conversora,' la cual es una corriente de gas mixto que contiene hidrógeno gaseoso y otros gases, 36, después se suministra al módulo 44 de membrana el cual separa la corriente de gas mixta en la corriente 42 con alta concentración de hidrógeno y la corriente 40 de subproducto, como se discute en lo anterior. El conversor que se ilustra demuestra que la corriente de subproducto se puede utilizar para proporcionar parte o la totalidad del combustible para el montaje 152 de calentamiento del conversor. El montaje 152 de calentamiento incluye un elemento 153 de calentamiento el cual, en la modalidad ilustrada, toma la forma de una bujía. Los ejemplos de otros elementos de calentamiento adecuados incluyen bujías de acción lenta, luces piloto, catalizadores de combustión, calentadores de resistencia y combinaciones de estos, tales como una bujía de acción lenta en combinación con un catalizador de combustión. El montaje 152 de calentamiento consume una corriente 154 de combustible la cual puede ser una corriente de combustible que se queme o bien una corriente eléctrica, en base en el tipo de elemento de calentamiento que se utilice en el montaje de calentamiento. En la modalidad que se ilustra, el montaje de calentamiento forma parte de una cámara de combustión o región 155, y la corriente de combustible incluye un combustible que se quema y aire de una corriente 156 de aire. El combustible puede provenir de una fuente externa, tal como la que se ilustra esquemáticamente con el número 157 o se puede formar por lo menos parcialmente a partir de la corriente 40 de subproducto, del módulo 44 de membrana. Esta dentro del alcance de la invención que por lo menos una porción de la corriente de combustible también se produzca a partir de la corriente 14 de hidrógeno de producto. En la modalidad que se ilustra, los gases de escape de la región 155 de combustión fluyen a través de los conductos 158 de calentamiento en la región 32 de conversión para proporcionar calentamiento adicional a la región de conversión. Los conductos 158 pueden tomar diversas formas que incluyen tubos con aletas y espirales para proporcionar un área superficial suficiente y una distribución uniforme deseable de calor a través de la región 32 conversora. En la figura 15 se muestra otro ejemplo ilustrativo de un conversor de vapor que contiene un módulo 44 de membrana construido de acuerdo con la presente invención. Como se muestra, la región de conversión incluye una pluralidad de tubos 162 de catalizador conversores que contienen el catalizador 34 conversor. La corriente de alimentación vaporizada desde la región 150 de vaporización se suministra a los tubos 162 vía un múltiple 172 que distribuye la corriente de alimentación entre los tubos catalizadores conversores. Como se muestra con líneas discontinuas en la figura 15, el múltiple alternativamente se puede localizar en la cubierta 31 externa para permitir el acceso al múltiple desde la parte externa de la cubierta, de manera que se ajuste la distribución relativa de la corriente de alimentación vaporizada entre los tubos de catalizador conversores. Similarmente, las porciones 160 de los tubos catalizadores conversores también se muestran extendiéndose más allá de la cubierta 31. El conversor de vapor de la figura 15 también proporciona un ejemplo del procesador 12 de combustible en el cual la corriente de subproducto se puede utilizar como una porción de la corriente 154 de combustible para la región 155 de combustión, se puede ventilar (por ejemplo a través del montaje 164 de válvula de liberación de presión) , o se puede suministrar al conducto 166 de fluido para almacenamiento o uso fuera del procesador 12 de combustible. En la figura 10 también se muestran reguladores 168 de flujo para el calor producido por el montaje 152 de calentamiento en la región 155 de combustión. En la modalidad que se ilustra, los reguladores 168 toman la forma de aberturas en un múltiple 170 de combustión. Las aberturas regulan la trayectoria a lo largo de la cual se desplazan los gases de escape de combustión, desde la región 155 de combustión y a través de la región 32 conversora. Los ejemplos de colocación adecuada de las aberturas incluyen una o más aberturas alejadas del montaje 152 de calentamiento, y una pluralidad de aberturas distribuidas a lo largo de la longitud del múltiple 170. Cuando se utiliza la distribución de aberturas separadas, las aberturas pueden estar separadas de manera uniforme, o bien las aberturas pueden prevalecer en la parte distal del quemador. De manera similar, el tamaño de las aberturas puede ser uniforme o puede variar, por ejemplo al utilizar aberturas más grandes alejándose del montaje 152 calentador. Debe entenderse que los conversores de vapor mostrados en las figuras 14 y 15 se muestran y describen con propósitos de ilustración y no deben considerarse como elementos que proporcionan modalidades exclusivas de procesadores de combustible o conversores de vapor con los cuales se puedan utilizar los módulos de membrana de la invención. En vez de esto, puede variar la estructura y los componentes de los conversores y los procesadores de combustible que contienen módulos de membrana de acuerdo con la invención.

APLICABILIDAD INDUSTRIAL La presente invención es aplicable en cualquier dispositivo en el cual una corriente que contenga hidrógeno gaseoso se purifica para producir una corriente de hidrógeno purificada. La invención es aplicable similarmente a sistemas de procesamiento de combustible en las cuales se produce hidrógeno gaseoso a partir de la corriente de alimentación y se purifica subsecuentemente, por ejemplo para el suministro a un apilado de celdas de combustible u otro dispositivo que consuma hidrógeno . Se considera que la descripción que se establece en lo anterior abarca invenciones distintas múltiples con utilidad independiente . Aunque cada una de estas invenciones se ha descrito en su forma preferida, las modalidades específicas de las mismas, como se describen e ilustran en la presente, no se consideran en un sentido limitante dado que son posibles muchas variaciones. La materia objeto de las invenciones incluye todas las combinaciones y subcombinaciones novedosas y no obvias de los diversos elementos, rasgos, funciones o propiedades que se describen en la presente. De manera similar, cuando la reivindicación menciona "un" o "un primer" elemento o el equivalente del mismo, se debe entender que tales reivindicaciones incluyen la incorporación de uno o más de tales elementos, sin que se requiera o sin que se excluya dos o más de tales elementos . Se considera que las siguientes reivindicaciones resaltan particularmente algunas combinaciones y subcombinaciones que están relacionadas con una de las invenciones descritas y que son novedosas y no obvias. Las invenciones constituidas en otras combinaciones y subcombinaciones de rasgos, funciones, elementos o propiedades se pueden reclamara a través de la enmienda de las actuales reivindicaciones o la presentación de reivindicaciones nuevas en esta solicitud o en una relacionada. Tales reivindicaciones enmendadas o nuevas, ya sea que estén dirigidas a una invención diferente o dirigidas a la misma invención, y ya sea que sean diferentes, más amplias, más estrechas o iguales en cuanto al alcance de las reivindicaciones originales, también se considera que están incluidas dentro de la materia objeto de las invenciones de la presente descripción.

Claims

- REIVINDICACIONES

1. Un montaje de purificación de hidrógeno, que comprende: un módulo de membrana adaptado para recibir una corriente de gas mixta que contiene hidrógeno gaseoso y otros gases, una salida de producto a través de lo cual se extrae la corriente de producto del módulo de membrana, y una salida de subproducto a través de la cual se extrae la corriente de subproducto del módulo de membrana, en donde la corriente de producto contiene por lo menos sustancialmente hidrógeno gaseoso y además en donde la corriente de subproducto contiene por lo menos una porción sustancial de otros gases; y por lo menos una envoltura de membrana que comprende: un par de regiones de membrana selectivas para hidrógeno, en donde cada región de membrana tiene un lado de alimentación y un lado permeado, en donde las regiones de membrana están separadas entre si con sus lados perneados orientados uno hacia el otro y que definen un conducto de recolección que se extiende entre los mismos, en donde el conducto de recolección está en comunicación fluida con la salida de producto para permitir que pase gas a través de las regiones de membrana al interior del conducto de recolección para ser extraído desde el módulo de membrana a través de la salida de producto, y además en donde los lados de alimentación están en comunicación fluida con la corriente de gas mixta; y un soporte dentro del conducto de - - recolección que está adaptado para soportar los lados permeados de las regiones de membrana, en donde el soporte incluye un par de superficies de contacto generalmente opuestas que se adaptan para soportar respectivamente los lados permeados del par de regiones de membrana, y además en donde las superficies de contacto se seleccionan del grupo que consisten de superficies de contacto que incluyen un recubrimiento adaptado para evitar la difusión intermetálica entre las superficies de contacto y las regiones de membrana, y las superficies de contacto que se forman a partir de un material metálico expandido.

2. El montaje, como se describe en la reivindicación 1, en donde el recubrimiento se adapta para ser termodinámicamente estable respecto a la descomposición en presencia de hidrógeno.

3. El montaje, como se describe en la reivindicación 2 , en donde el recubrimiento se adapta para ser termodinámicamente estable respecto a la descomposición en presencia de hidrógeno a temperaturas menores de aproximadamente 700 °C, y opcionalmente a temperaturas menores de aproximadamente 400°C .

4. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 2 y 3, en donde el recubrimiento se adapta para ser termodinámicamente estable respecto a la descomposición en presencia de hidrógeno a presiones menores de aproximadamente 6895 kPa (1000 psi) y opcionalmente a presiones menores de aproximadamente 3447 kPa (500 psi) .

5. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el recubrimiento se forma desde por lo menos uno del grupo que consiste de óxidos, nitruros, carburos y compuestos intermetálicos.

6. El montaje, como se describe en la reivindicación 5, en donde el recubrimiento se selecciona del grupo que consiste de óxido de aluminio, carburo de tungsteno, nitruro de tungsteno, carburo de titanio, nitruro de titanio y mezclas de los mismos.

7. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el recubrimiento se aplica a las superficies por al menos uno de deposición de vapor química, electrodeposición, evaporación térmica, aspersión térmica y deposición seguida por oxidación.

8. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a -7, en donde el soporte está adaptado para permitir el flujo de gas de manera paralela y transversal - a los lados permeados de las regiones de membrana.

9. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el soporte define una trayectoria de corriente de gas a través del conducto de recolección, con la trayectoria de la corriente extendiéndose paralela y transversal a los lados permeados de las regiones de membrana.

10. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el soporte se forma a partir de un material poroso.

11. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde las superficies de contacto se forman a partir de un material metálico expandido.

12. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde las regiones de membrana se unen adhesivamente a las superficies de contacto durante la fabricación de la envoltura de membrana.

13. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el soporte incluye una pluralidad de elementos de estarcido.

14. El montaje, como se describe en la reivindicación 13, en donde la pluralidad de elementos de estarcido se juntan uniéndose adhesivamente durante la fabricación de la envoltura de membrana.

15. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 13 y 14, en donde la pluralidad de elementos de estarcido incluyen un elemento de estarcido interior y un par de elementos de estarcido exteriores que forman superficies generalmente opuestas a las cuales se montan adhesivamente regiones de membrana selectivas para hidrógeno durante la fabricación de la envoltura de membrana.

16. El montaje, como se describe en la reivindicación 15, en donde el elemento de estarcido interior es más grueso que los elementos de estarcido exteriores.

17. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, en donde por lo menos uno de los elementos de estarcido se forma de metal expandido.

18. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, en donde cada región de membrana selectiva para hidrógeno se forma de por lo menos paladio y una aleación de paladio, y opcionalmente una aleación que contiene paladio y cobre.

19. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en donde el módulo de membrana incluye una pluralidad de envolturas de membrana.

20. El montaje, como se describe en la reivindicación 19, en donde el módulo de membrana incluye placas de extremo entre las cuales se soportan una pluralidad de envolturas de membrana, un puerto de entrada a través del cual se recibe la corriente de gas mixta por el módulo de membrana, un puerto de salida de producto a través del cual se extrae la corriente de producto del módulo de membrana, y un puerto de subproducto a través del cual se extrae la corriente de subproducto del módulo de membrana.

21. El montaje, como se describe en la reivindicación 20, en donde el módulo de membrana incluye una pluralidad de conductos de transporte de gas adaptados para suministrar selectivamente la corriente de gas mixta a los lados de alimentación de las regiones de membrana, separar la corriente de producto de los conductos de recolección y separar la corriente de subproducto del módulo de membrana.

22. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21, en donde cada envoltura de membrana incluye una entrada a través de la cual se suministra por lo menos una porción de la corriente de gas mixta a los lados de alimentación de las regiones de membrana, una salida de subproducto a través de la cual la porción de la corriente de gas mixta que no pasa a través de las regiones de membrana selectivas para hidrógeno se separan de la envoltura de membrana, y una salida de producto a través de la cual la porción de la corriente de gas mezclada que permea a través de las regiones de membrana selectivas para hidrógeno se separan del conducto de recolección.

23. El montaje, como se describe en la reivindicación 22, en donde las entradas correspondientes, las salidas de producto y las salidas de subproducto de la pluralidad de envolturas de membrana están en comunicación fluida entre si para formar respectivamente un conducto de entrada, un conducto de producto y un conducto de subproducto.

24. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, en combinación con un dispositivo productor de hidrógeno adaptado para producir una corriente de gas mixta.

25. El montaje, como se describe en la reivindicación 24, en donde el montaje está contenido por lo menos parcialmente dentro del dispositivo productor de hidrógeno y de manera opcional contenido completamente dentro del dispositivo productor de hidrógeno.

26. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 24 a 25, en donde el dispositivo productor de hidrógeno incluye una región productora de hidrógeno que está adaptada para recibir una corriente de alimentación y para producir la corriente de gas mixta desde la misma.

27. El montaje, como se describe en la reivindicación 26, en donde la región productora de hidrógeno es una región de conversión de vapor que incluye por lo menos un lecho de catalizador conversor y la corriente de alimentación incluye agua y una materia prima que contiene carbono .

28. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 27, en combinación con un lecho de catalizador de eliminación de impurezas que incluye un catalizador de metanación y el cual está adaptado para recibir la corriente de producto .

29 El montaje, como se describe en cualquiera de - las reivindicaciones 1 a 28, en combinación con un dispositivo que consume hidrógeno adaptado para recibir por lo menos una porción de la corriente de producto.

30. El montaje, como se describe en la reivindicación 29, en donde el dispositivo que consume hidrógeno incluye un apilado de celdas de combustible.

31. El montaje, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 29 a 30, en donde el dispositivo que consume hidrógeno incluye un quemador.

32. Un método para formar un módulo de membrana selectivo para hidrógeno, el método comprende: proporcionar un par de membranas metálicas selectivas para hidrógeno que tienen lados de alimentación y lados permeados; proporcionar un soporte que incluye superficies exteriores a través de las cuales puede fluir el hidrógeno gaseoso; montar adhesivamente el lado permeado de una de las membranas metálicas selectivas para hidrógeno a una de las superficies exteriores del soporte y montar adhesivamente el lado permeado de otra de las membranas metálicas selectivas para hidrógeno a otra de las superficies exteriores del soporte para formar una envoltura de membrana que tiene un conducto de recolección que se extiende entre los lados permeados de las membranas metálicas selectivas para hidrógeno; colocar la envoltura de membrana en un módulo de membrana que tiene un par de placas de extremo; y someter el módulo de membrana a condiciones de oxidación para eliminar por lo menos una porción sustancial del adhesivo.

33. El método, como se describe en la reivindicación 32, en donde la etapa de sometimiento incluye calentar el módulo de membrana mientras pasa aire sobre y a través de la envoltura de membrana.

34. El método, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 32 a 33, en donde la etapa de sometimiento incluye mantener los lados de alimentación de las membranas a una mayor presión que los lados permeados .

35. El método, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 32 a 34, en donde la etapa de sometimiento incluye calentar el módulo de membrana a una primera temperatura por un primer intervalo de tiempo y después calentar el módulo de membrana a una segunda temperatura por un segundo intervalo de tiempo; y además en donde la segunda temperatura es mayor que la primera temperatura.

36. El método, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 32 a 35, que comprende además repetir proporcionar etapas de montaje adhesivo una pluralidad de veces antes de la etapa de sometimiento.

37. El método, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 32 a 36, en donde el soporte incluye una pluralidad de elementos de estarcido.

38. El método, como se describe en la reivindicación 37, en donde el método incluye además montar adhesivamente por lo menos al primero y segundo elementos de estarcido juntos para formar el soporte .

39. El método, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 37 a 38, en donde por lo menos uno de los elementos de estarcido se forma a partir de un material metálico expandido.

40. El método, como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 32 a 39, en donde antes de la etapa de montaje adhesivo, el método incluye además aplicar a las superficies exteriores del soporte un recubrimiento que se adapta para evitar la difusión intermetálica entre las superficies exteriores y las membranas .

41. El método, como se describe en la reivindicación 40, en donde el recubrimiento está adaptado para ser termodinámicamente estable en presencia de hidrógeno.

42. Un módulo de membrana, producido como se describe en los métodos de cualquiera de las reivindicaciones 32 a 40. V n A. - ./- RESUMEN Se describen módulos de membrana que contienen una o más membranas selectivas para hidrógeno, métodos para preparar las mismas y sistemas de purificación de hidrógeno, procesadores de combustible y dispositivos que los contienen. En algunas modalidades, los módulos de membrana incluyen una o más membranas selectivas para hidrógeno soportadas sobre una estructura de estarcido, de la cual se describen diversas modalidades. En algunas modalidades, la o las membranas se montan adhesivamente sobre la estructura de estarcido durante el montaje. En algunas modalidades, la estructura de estarcido incluye una pluralidad de elementos de estarcido que se unen montados adhesivamente durante el montaje. En algunas modalidades, la estructura de estarcido incluye un recubrimiento .