PROCEDIMIENTO PARA PROPORCIONAR GAS DE RESERVA PARA UNA DISPOSICION D E PILA DE COMBUSTIBLE.

Procedimiento para proporcionar gas de reserva para una disposición de pila de combustible,

especialmente una disposición de pila de combustible de carbonato fundido, caracterizado porque se mezcla un gas combustible con aire u otro gas oxigenado para obtener una primera mezcla y se conduce ésta a través de un equipo catalizador, obteniéndose el gas de reserva al reaccionar la porción de oxígeno de la primera mezcla gaseosa para dar dióxido de carbono y vapor de agua y al reaccionar constituyentes de vapor de agua e hidrocarburos superiores contenidos en la mezcla gaseosa para dar metano e hidrógeno, y alimentándose el aire o el gas oxigenado en proporción subestequiométrica, de modo que en el gas de reserva obtenido está contenida una pequeña proporción de gas combustible

Procedimiento para proporcionar gas de reserva para una disposición de pila de combustible.

La invención concierne a un procedimiento para proporcionar gas de reserva para una disposición de pila de combustible.

En el funcionamiento de disposiciones de pila de combustible, especialmente de aquéllas en las que se utilizan pilas de combustible de carbonato fundido, un requisito consiste en que se deberá mantener la temperatura de funcionamiento durante los tiempos de avería y de mantenimiento de la instalación. En pilas de combustible de carbonato fundido esto quiere decir que se ha de mantener una temperatura de funcionamiento de aproximadamente 650ºC. Para impedir oxidaciones en el lado del ánodo, es decir, en los ánodos fabricados típicamente a base de níquel, es necesario entonces alimentar a los ánodos un gas de barrido que consiste típicamente en nitrógeno, hidrógeno y/o dióxido de carbono. Convencionalmente, se mantiene expresamente con este fin una provisión de gases de barrido o gases de reserva en la disposición de pila de combustible. Esto conduce a una elevada demanda de inversión y de superficie y limita el tiempo de paro admisible a la duración de la provisión de gas de barrido.

Se conoce por el resumen de patente japonesa 04004570 A una disposición de pila de combustible en la que se emplea un gas de reserva consistente principalmente en hidrógeno para superar tiempos de paro de la disposición de pila de combustible, conservando al propio tiempo la temperatura de la pila de combustible. Asimismo, se conoce por el resumen de patente japonesa 04324253 A una disposición de pila de combustible en la que se emplea un gas de reserva que consiste en nitrógeno mezclado con un gas reductor para impedir que se produzca en tiempos de paro de la disposición de pila de combustible una oxidación de los ánodos de dicha disposición de pila de combustible.

El documento US 4,522,894 revela una disposición de pila de combustible con un reformador, delante de cual está montado un equipo mezclador en el que se añade aire al gas que se debe reformar. Con el aire se quema una parte del gas primario, de modo que se tiene disponible para el proceso de reformación una energía térmica suficiente. El objeto del procedimiento basado en esto es la obtención de un gas rico en hidrógeno.

El problema de la invención consiste en indicar un procedimiento para proporcionar gas de reserva para una disposición de pila de combustible, en el que no tenga que mantenerse expresamente una provisión del gas de reserva.

El problema se resuelve por medio del procedimiento indicado en la reivindicación 1. En las reivindicaciones 2 a 6 se indican perfeccionamientos ventajosos del procedimiento según la invención.

Según la reivindicación 1, se ha previsto que un gas combustible se mezcle con aire u otro gas oxigenado para formar una primera mezcla y se conduzca ésta a través de un equipo catalizador, obteniéndose el gas de reserva al reaccionar la porción de oxígeno de la primera mezcla gaseosa para dar dióxido de carbono y vapor de agua y al reaccionar componentes de vapor de agua e hidrocarburos superiores contenidos en la mezcla gaseosa para dar metano e hidrógeno. Según la invención, se ha previsto que el aire o el gas oxigenado se alimenten en proporción subestequiométrica, de modo que en gas de reserva obtenido esté contenida una pequeña proporción de gas combustible.

Una ventaja esencial del procedimiento según la invención reside en que se puede prescindir de la utilización de recipientes de aprovisionamiento de gran volumen para proporcionar gases de reserva, lo que conduce a una reducción de los costes de mantenimiento y de funcionamiento de la disposición de pila de combustible. Otra ventaja reside en que la duración de los tiempos de paro admisibles no está limitada por la magnitud de una provisión limitada de gas de reserva.

Según una forma de realización muy ventajosa de la invención, se ha previsto que la primera mezcla se conduzca a través de un primer catalizador a una primera temperatura prefijada, obteniéndose una segunda mezcla gaseosa al reaccionar la porción de oxígeno de la primera mezcla gaseosa para dar dióxido de carbono y vapor de agua, y que la segunda mezcla gaseosa se conduzca a través de un segundo catalizador a una segunda temperatura prefijada, obteniéndose el gas de reserva al reaccionar constituyentes de vapor de agua e hidrocarburos superiores contenidos en la mezcla gaseosa para dar metano e hidrógeno, efectuándose la transformación de la segunda mezcla gaseosa por vía endoterma a elevada temperatura.

Según una ejecución ventajosa de la invención, se ha previsto que como primer catalizador para la reacción de la primera mezcla gaseosa se emplee un catalizador de combustión convencional.

Ventajosamente, se alimenta el gas de reserva al lado del ánodo de la disposición de pila de combustible.

Asimismo, es ventajoso que la disposición de pila de combustible se mantenga a la temperatura de funcionamiento por alimentación del gas de reserva durante el funcionamiento en estado de paro.

Según una ejecución ventajosa de la invención, se ha previsto que se emplee un gas licuado como gas combustible a partir del cual se genera el gas de reserva.

En lo que sigue se describe un ejemplo de realización del procedimiento de la invención con ayuda de la figura.

La figura muestra un diagrama de bloques de una disposición de pila de combustible en la que puede realizarse el procedimiento según la invención para proporcionar gas de reserva para una disposición de pila de combustible.

En la figura el símbolo de referencia 1 significa una disposición de pila de combustible, especialmente una disposición de pila de combustible de carbonato fundido, que comprende una o varias pilas de combustible 2. Las pilas de combustible 2 contienen cada una de ellas un ánodo y un cátodo que no se han representado intencionadamente en la figura. Asimismo, la disposición de pila de combustible 1 comprende una entrada de gas combustible 3 para alimentar un gas combustible a los ánodos y una entrada de cátodo 4 para alimentar un gas de cátodo a los cátodos de las pilas de combustible 2. Un equipo catalizador 7, 8 está previsto para realizar un acondicionamiento catalítico del gas combustible. El equipo catalizador 7, 8 puede servir especialmente también para el acondicionamiento catalítico del gas combustible a partir de un gas de carga punta.

Están previstos unos medios 5 para mezclar un gas combustible con aire u otro gas oxigenado a fin de obtener una primera mezcla.

En el ejemplo de realización representado el equipo catalizador 7, 8 contiene un primer catalizador 7 a través del cual se conduce la primera mezcla a una primera temperatura prefijada. En el primer catalizador 7 se obtiene una segunda mezcla gaseosa al reaccionar la porción de oxígeno de la primera mezcla gaseosa para dar dióxido de carbono y vapor de agua. El equipo catalizador 7, 8 contiene un segundo catalizador 8 a través del cual se conduce la segunda mezcla gaseosa a una segunda temperatura prefijada. En el segundo catalizador 8 se obtiene el gas de reserva al reaccionar constituyentes de vapor de agua e hidrocarburos superiores contenidos en la mezcla gaseosa para dar metano e hidrógeno.

La transformación de la segunda mezcla gaseosa en el segundo catalizador 8 se efectúa por vía endoterma a temperatura elevada.

El aire o el gas oxigenado es alimentado en proporción subestequiométrica, de modo que en el gas de reserva obtenido está contenida una pequeña proporción de gas combustible.

La transformación catalítica del gas combustible se efectúa con arreglo a la ecuación de reacción

12 CH₄ + 20 O₂ + 80 N₂ = 80 N₂ + 10 CO₂ + 2 CH₄ + 20 H₂O

Como primer catalizador 7 para la reacción de la primera mezcla gaseosa se puede emplear un catalizador de combustión convencional.

El gas de espera así generado es alimentado al lado del ánodo en la entrada de gas combustible 3 de la disposición de pila de combustible 1.

La disposición de pila de combustible 1 se mantiene a la temperatura de funcionamiento por alimentación del gas de reserva durante el funcionamiento en estado de paro.

Se puede emplear un gas licuado como gas combustible a partir del cual se genera el gas de reserva.

1. Procedimiento para proporcionar gas de reserva para una disposición de pila de combustible, especialmente una disposición de pila de combustible de carbonato fundido, caracterizado porque se mezcla un gas combustible con aire u otro gas oxigenado para obtener una primera mezcla y se conduce ésta a través de un equipo catalizador, obteniéndose el gas de reserva al reaccionar la porción de oxígeno de la primera mezcla gaseosa para dar dióxido de carbono y vapor de agua y al reaccionar constituyentes de vapor de agua e hidrocarburos superiores contenidos en la mezcla gaseosa para dar metano e hidrógeno, y alimentándose el aire o el gas oxigenado en proporción subestequiométrica, de modo que en el gas de reserva obtenido está contenida una pequeña proporción de gas combustible.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera mezcla se conduce a través de un primer catalizador a una primera temperatura prefijada, obteniéndose una segunda mezcla al reaccionar la porción de oxígeno de la primera mezcla gaseosa para dar dióxido de carbono y vapor de agua, y porque se conduce la segunda mezcla a través de un segundo catalizador a una segunda temperatura prefijada, obteniéndose el gas de reserva al reaccionar constituyentes de vapor de agua e hidrocarburos superiores contenidos en la mezcla gaseosa para dar metano e hidrógeno, efectuándose la transformación de la segunda mezcla gaseosa por vía endoterma a temperatura elevada.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque como primer catalizador para la reacción de la primera mezcla gaseosa se emplea un catalizador de combustión convencional.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se alimenta el gas de reserva al lado del ánodo de la disposición de pila de combustible.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque se mantiene la disposición de pila de combustible a la temperatura de funcionamiento por alimentación del gas de reserva durante el funcionamiento en estado de paro.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se emplea un gas licuado como gas combustible a partir del cual se genera el gas de reserva.