Miniaturización de una planta de hidrógeno

MINIATURIZACION DE UNA PLANTA DE HIDRÓGENO

En este capítulo se discute el desarrollo de una planta de hidrógeno en miniatura. El sistema a micro-escala es capaz de producir de 1 a 5 cm3 estándar/minuto de hidrógeno que podría ser usado como un suministro de combustible en una pequeña celda para producir hasta casi 1 Watts de potencia. El presente documento describe el enfoque del desarrollo,las unidades significantes de operación, la selección del material y el diseño del reactor. El sistema procesador de combustible de tamaño micro-escalar final está compuesto de una cámara de combustión catalítica, un reformador catalítico de metanol, un reactor de metanación selectiva y los vaporizadores e intercambiadores de calor necesarios. El sistema procesador de combustible es menor a 0.3cm3 y menor a 1 gramo de masa. Las eficiencias térmicas son como del 33% para que la producción de hidrógeno sea alcanzada. Cuando un reactor de metanación fue incorporado dentro del sistema, un nivel de monóxido de carbono de menos de 100 ppm fue alcanzado, pero se redujo la eficiencia del sistema. Más allá del desarrollo, el trabajo incluye incrementación de la eficiencia a través de unsistema de integración mejorado.
INTRODUCCIÓN
Sobre los últimos 50 años, los avances técnicos han reducido el tamaño de muchos procesos químicos ahora comúnmente usados en electrónica, manufacturas y producción de combustible. Estos avances han conducido a sistemas más eficientes y más pequeños, incluyendo ahorro energético y micro-dispositivos productores de energía. En el trabajo reportado aquí,un procesador de combustible micro-escalar fue desarrollado, este reproduce la mayoría de las unidades de operación de una planta de producción de hidrógeno comercial, pero quizás con una producción de una billonésima del flujo que una planta normal procesa y una billonésima del volumen. El procesador de combustible resultante, el cual es menor a 0.3 cm3 en volumen y a un gramo másico, se ajusta auna moneda de diez centavos.
En años recientes, ha habido considerable interés en el desarrollo de un generador de potencia eléctrica en miniatura que produzca potencias menores a 1 Watts usando hidrocarburos como combustible. El hidrógeno producido del nuevo procesador podría ser usado como un suministro de potencia de tamaño micro-escalar para producir potencias menores a 1 Watts de una celdade combustible. El trabajo para desarrollar el microprocesador de combustible principalmente se enfoca en la creación de un suministrador de potencia con más grandes densidades de corriente que las baterías secundarias que se encuentran actualmente en dispositivos micro-electrónicos, tales como los sistemas micro-electro-mecánicos (MEMS) y micro-censores. Debido a la alta densidad de energía delos hidrocarburos, incluso un dispositivo con muy ineficientes conversiones de energía química a energía eléctrica podría ser un significante mejoramiento sobre la tecnología que se tiene de baterías secundarias disponible. Este documento discute las investigaciones, consideraciones y desarrollo del diseño y pruebas realizadas consistentes en la minimización de las unidades de operación a escalaconvencional y el empaquetamiento de estas dentro de un micro-procesador de combustible eficiente.
PROPUESTA
La miniaturización exitosa de unidades de operación mayor requiere que las funciones en ambas escalas, convencional y micro-escalar sean consideradas.
Operaciones significantes
Las unidades de operación primaria consideradas en el desarrollo de esta tecnología incluyeron: Desulfuración,reactores reformadores, intercambiadores de calor, fuentes de calor y purificadores de hidrógeno. La vaporización, el mezclado adecuado, la distribución del flujo, y otros parámetros del proceso fueron incluidos en el diseño de la unidad de operación desarrollada.
La desulfuración consiste en la remoción de sulfuros orgánicos y de sulfuros de hidrógeno. Típicamente los orgánicos son removidos...