WO2013149624A1 - Equipo y método para la producción de gases - Google Patents

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    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Definitions

  • the invention relates to the field of chemical technology more specifically with the electrolysis of water, and proposes a method of obtaining a gas stream through the passage of an air stream over an ionic surface, useful for application in the energy generation.
  • Ammonia is modernly an indispensable input for food production and will continue in that way either in the liquid phase or as nitrogen compounds, such as nitrates and urea. Another prospective use is as fuel, since its use in internal combustion machines would produce harmless products such as nitrogen and water.
  • nitrogen fixation nitrogen capture from the air has been called nitrogen fixation.
  • Other reported processes constitute improvements of the commented process and have generally started from highly specialized microorganisms, mostly improved, by genetic variations, and work in carefully conditioned environments.
  • Other inventions in this field are characterized by procedures that seek the conversion of purified hydrogen and nitrogen gases, as raw materials, to obtain gaseous ammonium or other nitrogen gases, by chemical reaction. All these processes have in common that the operating conditions are extreme.
  • Louis O'Hare in US Patent No. US 4451436, "Nitrogen Fixation by Plasma and catalyst", uses the electric discharge electrode, at frequencies between 60 and 600Hz, and voltages between 6 and 10 kilovolts to react in the state of plasma, molecules and atoms of nitrogen and hydrogen on a catalyst. To avoid the recombination of products, it uses the effects of ultraviolet radiation.
  • US Patent 4482525 by Hao-Lin Chen, entitled “Nitrogen Fixation Apparatus, uses an electric arc and fixes the nitrogen in the air by means of a specially designed chamber to achieve an appropriate energy and pressure ratio (5 and 55 kV / atmosphere of oxygen / cm) at a temperature of 3000 ° K in order to obtain both nitrogen and oxygen in an excited vibratory state to finally obtain nitrous oxide.
  • Dopants are alkaline ferrous metals and others such as La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Se, Y, Lu, B, Al, Ga, In, Sb, Bi, Cr, Fe, Ru, Os, Co, Rh; and the electrocatalyst used are oxides, sulphides and alloys of Pt, Pd, Ni, Co, Cu, Ag, W, Os, Ru, Rh, Ir, Cr, Fe, Mo, V, Re, Mn, Nb, Ta.
  • One way employed in this invention is by foams, taking advantage of the saponification capacity of the alkaline hydroxides.
  • This invention provides knowledge that allows the safe and economical provision of hydrogen and other gases at ambient pressure and low temperatures, in an ionic medium and preferably in situ.
  • the process of this invention results in the production of ammonium at ambient pressure and at a temperature below the boiling temperature of water.
  • the invention is based on the property of dopamine to increase in aqueous solutions, ion mobility and transfer number, especially on the surface of an ionic solution.
  • the electrolyte is composed of an aqueous solution containing dopamine and an alkaline electrolytic support that increases the conductivity of the solution in comparatively low concentrations.
  • the invention empowers the production and use of hydrogen either as ammonia or pure in situ; what makes multiple applications possible, being the most relevant, at present, the one related to providing an alternative fuel.
  • the most significant raw material in terms of quantity is water, which is not consumed in significant quantities during the operation of the process, followed, in these same terms of cost, the provision of dopamine either of natural origin or Synthetic and alkaline support electrolyte. If it is decided to handle the process by means of electrical energy, in electrochemical cells, for greater efficiency, the requirement from solar energy can be satisfied, since the demand is reasonably accessible to the technologies available for the provision of energy in that way.
  • ammonia and hydrogen, or mixtures of these gases from an alkaline solution containing dopamine by raising the concentration of ions on the surface of the fluid, by any means including raising the surface tension of the liquid, raising the temperature slightly and removing the gases produced either preventing or allowing the presence of air as appropriate.
  • the alkaline electrolyte in the manner described in the previous paragraph can be trapped in an alkaline matrix containing hygroscopic compounds and alloys of metals, oxides, hydroxides or resins facilitating the economic application of this technology.
  • an object of the present invention is a process for obtaining a gaseous stream containing ammonium, hydrogen and hydrocarbons where a stream of moist air is contacted on the surface of a catalytic solid layer and a surface Ionic water caused by two metal electrodes energized with electric current.
  • These electrodes can be monopolar, bipolar, porous or granular of metal alloys selected from iron, nickel, copper, coal, nickel, zinc, tin, magnesium, aluminum, titanium, gold and silver, the preferred electrode arrangement being steel as anode and copper as cathode.
  • the humid air stream initially passes through a semipermeable barrier containing ilmenite, on which it reacts, to subsequently react with the aqueous ionic surface formed by an electrolyte containing dopamine between 0.5 - 15% by weight of the aqueous solution, in where dopamine can be extracted from the juice of the banana plant or dopamine hydrochloride can also be used.
  • the electrolyte also contains sodium, potassium and / or 1,2 dihydroxy benzene hydroxide as a support electrolyte between 1 N and 2N; a dissociable salt that can be selected from sodium tungstate (Na 2 W0 4 .2H 2 0), sodium molybdate (Na 2 Mo0 4 .2H 2 0), and / or oxide or water insoluble hydroxides, of metals such as iron , nickel, barium, calcium and magnesium.
  • a source of thermal energy is provided to achieve the desired temperature values. Temperature values can range between 12-80 ° C at ambient pressure or vacuum.
  • An object of the present invention is to obtain gases such as hydrogen, hydrocarbons and ammonium, preferably ammonium and hydrogen, by the process described above.
  • Another object of the present invention is the process for obtaining ammonium, hydrogen and hydrocarbons under the above conditions with the alternative of using pure nitrogen, water vapor or other gas instead of air.
  • Another object of the present invention is a process for obtaining a gas stream containing ammonium, hydrogen and hydrocarbons in where the electrolyte used is a halogen salt of the elements of the first column of the periodic table of elements but more than nitrogen and hydrogen other pure or mixed pure gases are produced.
  • the electrolyte used is a halogen salt of the elements of the first column of the periodic table of elements but more than nitrogen and hydrogen other pure or mixed pure gases are produced.
  • Another particularity of the present invention is that hydrogen is recovered as a gas in a foam formed by surfactants.
  • Another object of the present invention relates to the equipment for obtaining a gas stream containing ammonium, hydrogen and hydrocarbons consisting of a cylindrical tube (1) that is located horizontally, which contains two openings (2) and (3 ) opposite of smaller diameter, a wire anode (4) that is connected, by means of a conductive wire, to the positive pole of the power source, a cathode (5), constituted by a winding, around the anode, connected to the pole negative of the power source, both submerged in the fluid electrolyte deposited at the bottom of the tube and covering the electrodes and a porous ceramic barrier (6) near the opening (2).
  • a stream of moist air or a gas passes through the opening (2) through the barrier (6) where the moist air reacts with the ilmenite that internally covers the ceramic surface producing ammonia, passing through the active surface caused by the ions produced by the anode (4) and the cathode (5) forming an ionized vapor cloud that reacts again on the barrier with the nitrogen of the air, forming gases that are dragged towards the opening (3) where they are collected.
  • the cylindrical tube (1) that is internally coated by a layer of metal catalyst.
  • the voltage used in accordance with the process of the present invention is between 0.5 and 6 volts / cm 2 of cathode.
  • Example-! - Obtaining Ammonium, hydrogen and hydrocarbons.
  • a power source with adjustable voltage and current intensity 1.
  • An anode consisting of a stainless steel alloy wire, AISI 316, 3 mm in diameter, length 250 mm (submerged area of 2000 mm 2 ) that is connected, via a conductive wire, to the positive pole of the source of power.
  • the metal was previously treated with concentrated nitric acid to passivate the metal
  • a cathode consisting of a winding, around the anode, constructed of solid copper alloy wire, 2 mm, in turns of 1cm in diameter, connected by a conductive wire, (submerged area 6000mm 2 ) to the negative pole of the power source
  • a volume of 150 cm 3 of fluid electrolyte consisting of an aqueous mixture of 1 N sodium hydroxide and 10 cm 3 of squeezed from the banana plant (fluid surface area 2000 mm 2 ), deposited at the bottom of the container and covering the electrodes.
  • a plastic tube to allow the output of the reaction products.
  • Example 3 The reaction conditions of Example 1 were repeated except that the number of drops of banana plant squeezes was 15, 20 and 25 cm 3 Example 3
  • Example 4 The reaction conditions of example 1 were repeated except that dopamine hydrochloride was added instead of banana juice extract. They were added in successive experiments with 5, 50, 1 00 and 1 50 mg of solution of dopamine hydrochloride, contained in ampoules. Each 5 cm 3 vial contains 200 mg of dopamine.
  • Example 4
  • Example 2 The conditions of Example 2 were repeated except that the copper cathode was replaced by cathodes of Zn, Mg, Ti, Wood alloy, various steels, bronzes and aluminum alloys.
  • Example 2 The same electrochemical cell conditions as in Example 1 except that the cathode was constructed of carbon, which resulted in the incorporation of very fine carbon particles into the electrolyte that produced combustible gas mixtures in the output stream.
  • a batch electrochemical cell consisting of:.
  • a 96 mm diameter glass cylindrical tube, 220 mm long located vertically, with two parallel openings of smaller diameter.
  • An anode consisting of a stainless steel alloy wire, AISI 316, 3 mm in diameter, length 250 mm (submerged area of 2000 mm 2 ) that is connected, via a conductive wire, to the positive pole of the source of power.
  • the metal was previously treated with concentrated nitric acid to passivate the metal
  • a cathode consisting of a winding of solid copper alloy wire, 2 mm, in turns of 1 cm in diameter, connected by a conductive wire, (submerged area 6000mm 2 ) to the negative pole of the power source
  • a volume of 300 cm 3 of fluid electrolyte consisting of an aqueous mixture of 1 N sodium hydroxide and 10 cm 3 of squeezed from the banana plant, covering the electrodes.
  • Hydrogen was collected through the cathode opening and oxygen was collected through the anode opening, previously emptying the air from the cylindrical tube.
  • Example 6 The reaction conditions of Example 6 were repeated except that the number of drops of banana plant squeezes was 15, 20 and 25 cm3.
  • reaction conditions of example 7 were repeated except that dopamine hydrochloride was added instead of dopamine contained in the banana juice extract. 5, 50, 100 and 150 mg of dopamine hydrochloride solution, contained in ampoules, were added in successive experiments. Each 5 cm 3 vial contains 200 mg of dopamine.
  • Example 6 The conditions of Example 6 were repeated except that the copper cathode was replaced by cathodes of Zn, Mg, Ti, Wood alloy, various steels, bronzes and aluminum alloys.
  • FIGURES Figure 1 Equipment for obtaining a gaseous current that sews in a cylindrical (1) that located horizontally, containing two opposite openings (2) and (3) of smaller diameter, a wire anode (4 ) which is connected, by means of a conductive wire, to the positive pole of the power source, a cathode (5), constituted by a winding, around the anode, connected to the negative pole of the power source, and a ceramic barrier porous (6).

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Description

EQUIPO Y MÉTODO PARA LA PRODUCCIÓN DE GASES CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se relaciona con el campo de la tecnología química más específicamente con la electrólisis del agua, y propone un método de obtención de una corriente de gases a través del paso de una corriente de aire sobre una superficie iónica, útil para su aplicación en la generación de energía.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El amoniaco modernamente es un insumo indispensable para la producción de alimentos y continuará de esa manera ya sea en fase líquida o como compuestos de nitrógeno, como los nitratos y la urea. Otro uso prospectivo es como combustible, dado que su uso en máquinas de combustión interna produciría productos inocuos como son el nitrógeno y el agua.
La obtención de nitrógeno del aire tiene una larga historia. En 1895 Ragleigh descubrió que puede obtenerse NO permitiendo el paso de aire por un arco eléctrico. En 1900 los noruegos Birkeland y Eyde desarrollaron un proceso basado en ese descubrimiento. El producto obtenido (nitrato de calcio) conocido como "norge saltpetre" fue el único esfuerzo exitoso durante un tiempo prolongado. Los esfuerzos para obtener un proceso de mayor eficiencia continuaron, y fue en 1918 que se concede el premio Novel de Química a Fritz Haber por el descubrimiento de las bases científicas para el desarrollo del proceso industrial que lleva su nombre, y en el que se han basado la mayoría de los procesos que constituyen la tecnología actual para obtención de amonio a nivel comercial. La mayoría de estos procesos, si bien obtienen el nitrógeno del aire, el hidrógeno empleado se origina en hidrocarburos o en la electrólisis del agua. Las múltiples mejoras, no han cambiado lo sustancial del descubrimiento de Haber para producción de amonio; que se describe brevemente como el contacto de nitrógeno del aire e hidrógeno, a la menor temperatura posible, sobre un catalizador, a elevada presión y a elevada temperatura. Los únicos procesos manejados a temperatura y presión ambientales para capturar el nitrógeno del aire, son realizados por las plantas leguminosas en forma natural. El nitrógeno se combina produciendo compuestos tales como nitratos, que se fijan directamente en el suelo o en las raíces de las plantas, y de hecho mejoran la productividad de los cultivos agrícolas.
Por esta causa la captura de nitrógeno del aire ha recibido el nombre de fijación de nitrógeno. Otros procesos reportados constituyen perfeccionamientos del proceso comentado y generalmente han partido de microorganismos sumamente especializados, en su mayor parte mejorados, por variaciones genéticas, y funcionan en ambientes cuidadosamente acondicionados. Otras invenciones en este campo se caracterizan por procedimientos que procuran la conversión de gases de hidrogeno y nitrógeno purificados, como materias primas, para obtener amonio gaseoso u otros gases nitrogenados, mediante reacción química. Todos estos procesos tienen en común el que las condiciones de operación son extremas.
Por ejemplo, Louis O' Haré, en la US patente N° US 4451436, "Nitrogen Fixation by Plasma and catalyst", emplea la descarga eléctrica de un electrodo, a frecuencias entre 60 y 600Hz, y voltajes entre 6 y 10 kilovoltios para hacer reaccionar en estado de plasma, moléculas y átomos de nitrógeno e hidrógeno sobre un catalizador. Para evitar la recombinación de los productos se vale de los efectos de la radiación ultravioleta. Así mismo la Patente US 4482525, por Hao-Lin Chen, titulada "Nitrogen Fixation Apparatus, utiliza un arco eléctrico y fija el nitrógeno del aire mediante una cámara especialmente diseñada para lograr una relación apropiada de energía y presión (5 y 55 kV /atmósfera de oxígeno/cm) a la temperatura de 3000 °K con la finalidad de obtener tanto nitrógeno como oxígeno en un estado vibratorio excitado para obtener finalmente óxido nitroso.
La patente US 781 1442, "Method and Apparatus for Anhidrous Ammonia Production", por John H. Holbrook y Jason K. Handley, publicada en Octubre de 201 1 , utiliza un electrolito acuoso, en fase vapor, generador de protones, con perovskita y dopante a una temperatura entre 400 °C y 800 °C y a presión entre 10 y 300 atmósferas. Los dopantes son metales alcalino férreos y otros tales como La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Se, Y, Lu, B, Al, Ga, In, Sb, Bi, Cr, Fe, Ru, Os, Co, Rh; y el electrocatalizador empleado son óxidos, sulfuros y aleaciones de Pt, Pd, Ni, Co, Cu, Ag, W, Os, Ru, Rh, Ir, Cr, Fe, Mo, V, Re, Mn, Nb, Ta.
Por otra parte, las tecnologías que llevan a la producción de hidrógeno puro, por electrólisis, a partir de agua, con electrolito alcalino, son bien conocidas. Se han concedido gran cantidad de patentes en los últimos años que corresponden a mejoras de los componentes de la celda electroquímica básica, especialmente mejores materiales . de electrodos y, fundamentalmente, a mejoras en membranas permeables y reactores de membrana.
Sin embargo, la obtención de hidrógeno procede actualmente de tal manera que se produce agresión al medio ambiente, de diferente naturaleza y a diferentes niveles de gravedad.
Por otra parte, están en operación en la industria dos tipos de celdas, las celdas de oxidación de estado sólido y las celdas alcalinas. En esta últimas se utiliza concentraciones de hidróxido de sodio o de potasio alrededor entre 3N y 5 N y temperaturas entre 70°C y 90°C. Las celdas manejan voltajes entre 1 a 2.2 voltios (eficiencias entre el 68% y el 80%) y corrientes del orden de 150 mA/cm2 de electrodo. Es deseable no trabajar sobre el potencial termo neutral porque arriba de este valor se produce ineficiencia debido a que la celda emite energía que se desperdicia. Los valores de voltaje e intensidad de corriente en la celda de esta invención se encuentran cercanos a los valores de potencial reversible para la reacción de disociación del agua en hidrógeno y oxígeno, más aún cuando se aproximan los electrodos, dejando una distancia muy pequeña entre ambos. En el electrolito alcalino, con concentración de hidróxido de sodio o potasio entre 1 y 1.5 N se producen iones que llegan hasta la superficie. Si no se aisla la superficie del fluido del agua no se aprecia mayor disminución del volumen del fluido, cuando transcurre el tiempo. Además no se aprecia una combinación de los iones en fase acuosa.
Si se impide la presencia de aire es posible recolectar hidrógeno del cátodo, sobre la superficie del fluido, de diferentes maneras. Una manera empleada en esta invención es mediante espumas, aprovechando la capacidad de saponificación de los hidróxidos alcalinos.
Todos los procesos industriales, actualmente en uso, para obtener amonio, se realizan a presión elevada (alrededor de 400 atmósferas) y temperatura elevada (alrededor de 260 0 C). Su fundamento técnico- científico proviene del proceso Haber-Bosch, del siglo diecinueve. Las condiciones de operación de los procesos basados en el descubrimiento de Haber, requieren para su implementación de una infraestructura costosa debido a los materiales de los recipientes y tuberías. Los sistemas de control de las operaciones son sofisticados y tanto el transporte de las materias primas como su contacto, son cuidadosamente realizadas debido a los riesgos inherentes.
Por otra parte, en los procesos actualmente en uso, la provisión de hidrógeno generalmente conlleva una tecnología complicada para extraerlo de las materias primas de origen sean estas hidrocarburos, carbón o desechos de otros procesos, esto simplemente produce un traslado del problema de contaminación ambiental de la planta de producción de amoniaco a la planta de generación de hidrógeno. Todo esto a un considerable costo de energía.
DIVULGACIÓN DE LA INVENCIÓN
Esta invención provee un conocimiento que permite la provisión segura y económica de hidrógeno y otros gases a presión ambiental y bajas temperaturas, en medio iónico y de preferencia in situ.
El proceso de esta invención da como resultado la producción de amonio a presión ambiental y a temperatura inferior a la temperatura de ebullición del agua.
Por el contrario a lo reportado hasta el momento en el arte, en la presente invención debido a las condiciones de operación, no se requiere de un equipamiento costoso e inclusive puede fabricarse el amoniaco un situ según se requiera. La invención se fundamenta en la propiedad de la dopamina de incrementar en las soluciones acuosas, la movilidad de los iones y el número de transferencia, especialmente en la superficie de una solución iónica.
De esta manera, se explica la producción de hidrógeno en un medio acuoso alcalino, que procede al insuflar aire sobre la superficie, de un medio acuoso que contiene dopamina e iones. Las moléculas de nitrógeno y vapor de agua se excitan para posibilitar la reacción que da como resultado amonio gaseoso. La eficiencia se mejora al producir un incremento en la ionización mediante electrólisis de la solución acuosa, llevada a cabo en una celda electroquímica.
El electrolito está compuesto por una solución acuosa que contiene dopamina y un soporte electrolítico alcalino que incrementa la conductividad de la solución en concentraciones comparativamente bajas.
La obtención de hidrógeno gaseoso, no combinado, a baja temperatura y presión ambiental, procede, en otros casos, tanto en una celda electroquímica estándar como en agua y dopamina, más un electrolito soporte alcalino.
La obtención de otros gases se consigue, en esta invención por descomposición de sales apropiadas, agregadas a la solución acuosa de electrolito o por contacto directo de compuestos gaseosos en la superficie iónica.
Durante la producción de los gases no se produce una elevación significativa de la temperatura de reacción.
El invento faculta la producción y uso de hidrógeno ya sea como amoniaco o puro in situ; lo que hace posibles múltiples aplicaciones, siendo la más relevante, en la actualidad, la relacionada con proveer de un combustible alternativo.
En esta invención la materia prima más significativa en términos de cantidad es el agua, que no se consume en cantidades significativas durante la operación del proceso, le siguen, en estos mismos términos de costo, la provisión de la dopamina ya sea de origen natural o sintético y el electrolito soporte alcalino. Si se decide por manejar el proceso mediante energía eléctrica, en celdas electroquímicas, para mayor eficiencia, puede satisfacerse el requerimiento a partir de energía solar, puesto que la demanda es razonablemente accesible a las tecnologías disponibles para la provisión de energía de esa manera.
Adicionalmente, de acuerdo con la presente invención es posible obtener amoniaco e hidrógeno, o mezclas de estos gases, de una solución alcalina que contiene dopamina elevando la concentración de iones en la superficie deí fluido, por cualquier medio inclusive elevando la tensión superficial del líquido, elevando ligeramente la temperatura y retirando los gases producidos ya sea impidiendo o permitiendo la presencia de aire según sea el caso. El electrolito alcalino de la manera descrita en el párrafo anterior puede ser atrapado en una matriz alcalina que contiene compuestos higroscópicos y aleaciones de metales, óxidos, hidróxidos o resinas facilitando la aplicación económica de esta tecnología.
La obtención de los gases indicados se realiza a la presión ambiental. Según los materiales de los electrodos se produce un incremento de temperatura inferior a la temperatura de ebullición del agua pura, de manera natural o suministrando energía térmica.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
De acuerdo con lo anterior un objeto de la presente invención es un procedimiento para la obtención de una corriente gaseosa que contiene amonio, hidrógeno e hidrocarburos en donde se pone en contacto una corriente de aire húmedo sobre la superficie de una capa sólida catalítica y una superficie acuosa iónica provocada por dos electrodos metálicos energizados con corriente eléctrica. Estos electrodos pueden ser monopolares, bipolares, porosos o granulares de aleaciones de metales seleccionados de hierro, níquel, cobre, carbón, níquel, zinc, estaño, magnesio, aluminio, titanio, oro y plata, siendo el arreglo de electrodos preferido el de acero como ánodo y cobre como cátodo.
La corriente de aire húmedo pasa inicialmente a través de una barrera semipermeable que contiene ilmenita, sobre la cual reacciona, para posteriormente reaccionar con la superficie iónica acuosa formada por un electrolito que contiene dopamina entre 0.5 - 15% en peso de la solución acuosa, en donde la dopamina puede ser extraída del jugo de la planta del banano o también puede usarse clorhidrato de dopamina.
El electrolito contiene además hidróxido de sodio, potasio y/o 1 ,2 dihidroxi benceno como electrolito soporte entre 1 N y 2N; una sal disociable que puede seleccionarse entre tungstato de sodio (Na2W04.2H20), molibdato de sodio (Na2Mo04.2H20), y/u óxido o hidróxidos insolubles en agua, de metales tales como hierro, níquel, bario, calcio y magnesio. Opcionalmente se provee una fuente de energía térmica para lograr los valores de temperatura deseados. Los valores de temperatura pueden oscilar entre 12-80 °C a una presión ambiental o a vacío.
Un objeto de la presente invención es la obtención de gases como hidrógeno, hidrocarburos y amonio, preferiblemente amonio e hidrógeno, mediante el procedimiento anteriormente descrito.
Otro objeto de la presente invención cosiste el procedimiento para la obtención de amonio, hidrógeno e hidrocarburos con las condiciones anteriores con la alternativa de usar nitrógeno puro, vapor de agua u otro gas en lugar de aire.
Otro objeto de la presente invención es un procedimiento para la obtención de una corriente de gases que contiene amonio, hidrógeno e hidrocarburos en donde el electrolito utilizado es una sal halógena de los elementos de la primera columna de la tabla periódica de elementos pero a más de nitrógeno e hidrógeno se producen otros gases puros mezclados o puros. Otra particularidad de la presente invención es que se recupera hidrógeno como un gas en una espuma formada por sustancias tensoactivas.
Otro objeto de la presente invención se relaciona con el equipo para la obtención de una corriente gaseosa que contiene amonio, hidrógeno e hidrocarburos que consiste en un tubo cilindrico (1 ) que se encuentra ubicado horizontalmente, que contiene dos aberturas (2) y (3) opuestas de menor diámetro, un ánodo de alambre (4) que se encuentra conectado, mediante un alambre conductor, al polo positivo de la fuente de poder, un cátodo (5), constituido por un enrollado, alrededor del ánodo, conectado al polo negativo de la fuente de poder, ambos sumergidos en el electrolito fluido depositado en el fondo del tubo y cubriendo los electrodos y una barrera de cerámica porosa (6) próxima a la abertura (2).
De acuerdo con el procedimiento de la invención, pasa una corriente de aire húmedo o un gas a través de la abertura (2) atravesando la barrera (6) en donde reacciona el aire húmedo con la ilmenita que recubre internamente la superficie cerámica produciendo amoniaco, que pasa por la superficie activa provocada por los iones producidos por el ánodo (4) y el cátodo (5) formándose una nube de vapor ionizado que regresa a reaccionar sobre la barrera con el nitrógeno del aire, formándose gases que son arrastrados hacia la abertura (3) en donde son recolectados.
El tubo cilindrico (1 ) que se encuentra recubierto internamente por una capa de catalizador metálico.
El voltaje empleado de acuerdo con el procedimiento de la presente invención, está entre 0,5 y 6 voltios /cm2 de cátodo.
La posibilidad de generación de hidrógeno puro o amoniaco in situ, a nivel de uso práctico, por ejemplo en automotores, no es solamente un gran ahorro comparativo, en si mismo por las condiciones comparativas favorables presentadas en este invento para la generación de estos gases, sino que al producirse en el lugar y cantidad requeridos no es necesario la comprensión de estos gases, ni su almacenamiento.
Dado que la crisis energética, de estos días, eleva los costos de producción y provoca entre otras graves consecuencias el desempleo, lo que obliga a acciones no deseables de los gobiernos hegemónicos a nivel mundial, para lograr el dominio de recursos que son de naturaleza estratégica; esta invención a más de colaborar a mejorar las técnicas de procesamiento en variadas industrias vigentes y a implementar nuevas tecnologías, su aplicación generalizada redundaría en menor perjuicio de las acciones humanas sobre el ambiente del planeta y aportaría a la paz mundial. Los siguientes ejemplos sirven para ilustrar la presente invención de manera más detallada, pero no limitan el alcance de la misma.
EJEMPLOS
Los experimentos se realizaron por tandas (batch) y de manera continua.
Ejemplo-! - Obtención de Amonio, hidrogeno e hidrocarburos.
Se ensayó en una celda electroquímica semi continua, a condiciones ambientales de presión y temperatura, que constó de las siguientes partes:
1. Una fuente de poder con voltaje e intensidad de corriente regulables.
2. Un tubo cilindrico de vidrio de 96 mm de diámetro, de 220 mm de longitud ubicado horizontalmente, con dos aberturas opuestas de menor diámetro.
3. Un ánodo, constituido por un alambre de aleación acero inoxidable, AISI 316, de 3 mm de diámetro, longitud 250 mm (área sumergida de 2000 mm2) que se encuentra conectado, mediante un alambre conductor, al polo positivo de la fuente de poder. El metal fue tratado previamente con ácido nítrico concentrado para pasivar al metal
4. Un cátodo, constituido por un enrollado, alrededor del ánodo, construido de alambre sólido de aleación de cobre, de 2 mm, en espiras de 1cm de diámetro, conectado mediante un alambre conductor,( área sumergida 6000mm2) al polo negativo de la fuente de poder
5. Un volumen de 150 cm3 de electrolito fluido constituido por una mezcla acuosa de hidróxido de sodio 1 N y 10 cm3 de exprimido de la planta de banano (área de la superficie de fluido 2000 mm2), depositada en el fondo del recipiente y cubriendo los electrodos.
6. Un tubo plástico de 5 mm. de diámetro, a través del cual se insufló 100 cm3/seg. de aire húmedo, atravesando una cerámica porosa, sobre la superficie del electrolito. Humedad relativa del 30%.
7. Una superficie porosa de cerámica porosa impregnada de ilmenita ( Ti- Fe) de 6000 mm2 de área transversal, expuesta al aire.
8. Corriente directa ( 3V y 3 A).
9. Un tubo plástico para permitir la salida de los productos de la reacción.
Durante la experimentación se observó que una niebla constituida por vapor de agua ionizada se dirige en dirección opuesta al flujo de aire hacia la superficie cerámica. Se detectaron en la corriente de salida de la celda electroquímica semicontinua, por pruebas analíticas cuantitativas diferentes concentraciones de amonio, hidrógeno, oxigeno y nitrógeno. Un ensayo cualitativo rápido sobre la corriente de salida de la celda electroquímica, introduciendo en la misma un papel empapado con ácido clorhídrico permite detectar nubes blancas de cloruro de amonio.
Ejemplo 2
Las condiciones de reacción del ejemplo 1 fueron repetidas excepto porque número de gotas de exprimido de planta de banano fueron de 15, 20 y 25 cm3 Ejemplo 3
Las condiciones de reacción del ejemplo 1 fueron repetidas excepto porque se agrego clorhidrato de dopamina en lugar de extracto de jugo del banano. Se agregaron en experimentos sucesivos con 5, 50, 1 00 y 1 50 mg de solución de clorhidrato de dopamina, contenida en ampollas. Cada ampolla de 5 cm3 contiene 200 mg de dopamina. Ejemplo 4
Las condiciones del ejemplo 2 fueron repetidas excepto porque el cátodo de cobre fue reemplazado por cátodos de aleaciones de Zn, Mg, Ti, aleación de Wood, diversos aceros, bronces y aleaciones de aluminio.
Ejemplo 5
Las mismas condiciones de la celda electroquímicas del Ejemplo 1 excepto porque el cátodo fue construido de carbono, lo que produjo la incorporación al electrolito de partículas muy finas de carbón que produjeron en la corriente de salida mezclas de gases combustibles.
Ejemplo 6
Las mismas condiciones de la celda electroquímica del ejemplo 1 en donde además se añade al electrolito el fosfato de calcio Ca3(P04)2 e hidróxido de níquel Ni(OH)2.
Ejemplo 7- Procedimiento para la obtención de Hidrógeno
Una celda electroquímica batch constituida por: . Una fuente de poder con voltaje e intensidad de corriente regulables.
2. Un tubo cilindrico de vidrio de 96 mm de diámetro, de 220 mm de longitud ubicado verticalmente, con dos aberturas paralelas de menor diámetro.
3. Un ánodo, constituido por un alambre de aleación acero inoxidable, AISI 316, de 3 mm de diámetro, longitud 250 mm (área sumergida de 2000 mm2) que se encuentra conectado, mediante un alambre conductor, al polo positivo de la fuente de poder. El metal fue tratado previamente con ácido nítrico concentrado para pasivar al metal
4. Un cátodo, constituido por un enrollado de alambre sólido de aleación de cobre, de 2 mm, en espiras de 1 cm de diámetro, conectado mediante un alambre conductor,( área sumergida 6000mm2) al polo negativo de la fuente de poder
5. Un volumen de 300 cm3 de electrolito fluido constituido por una mezcla acuosa de hidróxido de sodio 1 N y 10 cm3 de exprimido de la planta de banano, cubriendo los electrodos.
6. Una barrera porosa que separa a los dos electrodos, de manera que su separación fue de 4 mm. 7. Corriente directa (3V y 3a)
Por la abertura del cátodo se recolectó hidrógeno y por la abertura del ánodo se recolecto oxígeno, vaciando previamente el aire del tubo cilindrico.
Ejemplo 8
Las condiciones de reacción del ejemplo 6 fueron repetidas excepto porque el número de gotas de exprimido de planta de banano fueron de 15, 20 y 25 cm3.
Ejemplo 9
Las condiciones de reacción del ejemplo 7 fueron repetidas excepto porque se agrego clorhidrato de dopamina en lugar de dopamina contenida en el extracto del jugo del banano. Se agregaron en experimentos sucesivos 5, 50, 100 y 150 mg de solución de clorhidrato de dopamina, contenida en ampollas. Cada ampolla de 5 cm3 contiene 200 mg de dopamina.
Ejemplo 10
Las condiciones del ejemplo 6 fueron repetidas excepto porque el cátodo de cobre fue reemplazado por cátodos de aleaciones de Zn, Mg, Ti, aleación de Wood, diversos aceros, bronces y aleaciones de aluminio.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA FIGURAS Figura 1 - Equipo para la obtención de una corriente gaseosa que cosiste en un cilindrico (1 ) que ubicado horizontalmente, que contiene dos aberturas (2) y (3) opuestas de menor diámetro, un ánodo de alambre (4) que se encuentra conectado, mediante un alambre conductor, al polo positivo de la fuente de poder, un cátodo (5), constituido por un enrollado, alrededor del ánodo, conectado al polo negativo de la fuente de poder, y una barrera de cerámica porosa (6).

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para la obtención de una corriente gaseosa caracterizado porque se pone en contacto una corriente de aire húmedo sobre la superficie de una capa sólida catalítica y una superficie acuosa iónica provocada por electrodos metálicos energizados con corriente eléctrica; luego del paso por una barrera semipermeable en donde reacciona con ilmenita contenida es su superficie, a una temperatura entre 12-80 °C y presión ambiental o vacío, dando lugar a una corriente gaseosa.
2. Un procedimiento para la obtención de una corriente gaseosa de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la corriente de aire húmedo reacciona sobre la superficie acuosa iónica formada por un electrolito que contiene:
(a) dopamina;
(b) un hidróxido como electrolito soporte;
(c) una sal disociable y/u óxido o hidróxido
3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado porque la cantidad de dopamina se encuentra entre 0.5 - 15% en peso de la solución acuosa.
4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado porque la dopamina se extrae del jugo de la planta del banano.
5. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado porque la dopamina es en forma de clorhidrato de dopamina.
6. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado porque el óxido y el hidróxido son insolubles en agua.
7. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque los electrodos metálicos son electrodos monopolares, bipolares, porosos o granulares.
8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque los electrodos metálicos son parejas de aleaciones de metales seleccionados de hierro, níquel, cobre, carbón, níquel, zinc, estaño, magnesio, aluminio, titanio, oro y plata.
9. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8 caracterizado porque el arreglo de electrodos preferido es de acero como ánodo y cobre como cátodo.
10. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado porque el electrolito soporte es seleccionado de un hidróxido de sodio, potasio y/o 1 ,2 dihidroxi benceno.
1 1. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado porque la concentración del electrolito soporte se encuentra entre 1 N y 2N.
12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 en donde las sales empleadas son seleccionadas de tungstato de sodio (Na2W04.2H20 ) y Molibdato de sodio (Na2 o04.2H20).
13. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 en donde los óxidos e hidróxidos se seleccionan de metales tales como hierro, níquel, bario, calcio, magnesio.
14. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la corriente gaseosa obtenida contiene amonio, hidrógeno e hidrocarburos.
15. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se emplea para la obtención de gases como amonio, hidrógeno, hidrocarburos.
16. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se obtiene preferiblemente amonio.
17. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se obtiene preferiblemente hidrógeno.
18. Un procedimiento con las condiciones de reacción de las reivindicaciones 1 y 2 en la cual en lugar de aire se utiliza nitrógeno puro, vapor de agua u otro gas.
19. Un procedimiento con las condiciones de reacción de las reivindicaciones 1 y 2 en las cuales el electrolito utilizado es una sal halógena de los elementos de la primera columna de la tabla periódica de elementos pero a más de nitrógeno e hidrógeno se producen otros gases puros mezclados o puros.
20. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 14 en donde se recupera hidrógeno como un gas en una espuma formada por sustancias tensoactivas.
21. Un equipo para la obtención de una corriente gaseosa que contiene amonio, hidrógeno e hidrocarburos caracterizado por un tubo cilindrico (1) ubicado horizontalmente, con dos aberturas (2) y (3) opuestas de menor diámetro, un ánodo de alambre (4) que se encuentra conectado, mediante un alambre conductor, al polo positivo de la fuente de poder, un cátodo (5), constituido por un enrollado, alrededor del ánodo, conectado al polo negativo de la fuente de poder, ambos sumergidos en un electrolito fluido depositado en el fondo del tubo y cubriendo los electrodos y una barrera de cerámica porosa (6) próxima a la abertura (2).
22. Un equipo de acuerdo con la reivindicación 20 en donde pasa una corriente de aire húmedo o un gas a través de la abertura (2) atravesando la barrera (6) en donde reacciona el aire húmedo con la ilmenita que recubre internamente la superficie cerámica produciendo amoniaco, que pasa por la superficie activa provocada por los iones producidos por el ánodo (4) y el cátodo (5) formándose una nube de vapor ionizado que regresa a reaccionar sobre la barrera con el nitrógeno del aire, formándose gases que son arrastrados hacia la abertura (3) en donde son recolectados.
23. Un equipo de acuerdo con la reivindicación 20 caracterizado porque el tubo cilindrico (1 ) que se encuentra recubierto internamente por una capa de catalizador metálico.
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