Un sistema para almacenar amoniaco en un material (9) de almacenamiento y para liberarlo del mismo capaz de fijar amoniaco y de liberarlo de forma reversible por adsorción o absorción para un proceso con una demanda gradual de amoniaco que puede variar en el tiempo,

que comprende: un recipiente (1) capaz de alojar el material (9) de almacenamiento que contiene el amoniaco; una fuente (2) de calor dispuesta para suministrar calor para la desorción de amoniaco del material sólido (9) de almacenamiento; un controlador (12) dispuesto para controlar la fuente (2) de calor para liberar amoniaco; una válvula dosificadora (6) para dosificar amoniaco liberado según la demanda de amoniaco; caracterizado porque la fuente (2) de calor está dispuesta dentro del recipiente (1) y rodeada por el material (9) de almacenamiento de amoniaco; el controlador (12) comprende un control de anticipación dispuesto para controlar el calor suministrado por la fuente (2) de calor en base a la demanda de amoniaco

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención versa acerca del almacenamiento de amoniaco, y en particular acerca de un sistema y un procedimiento para almacenar amoniaco en un material de almacenamiento, y para liberarlo del mismo, capaz de fijar y de liberar amoniaco de forma reversible por adsorción o absorción. 5

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las sales metálicas de aminas, que son materiales absorbentes del amoniaco, pueden usarse como medio de almacenamiento sólido de amoniaco (véase, por ejemplo, el documento WO 2006/012903), que, a su vez, por ejemplo, puede usarse como agente reductor en la reducción catalítica selectiva para reducir las emisiones de NOx; véase, por ejemplo, el documento WO 1999/01205. 10

Normalmente, el amoniaco se libera por desorción térmica, por ejemplo de sales metálicas de aminas, por calentamiento externo de un recipiente contenedor; véase, por ejemplo, el documento WO 1999/01205. Los elementos calentadores pueden también colocarse dentro del recipiente de almacenamiento; véanse, por ejemplo, los documentos US 5.161.389 y WO 2006/012903.

El documento WO 1999/01205 da a conocer el uso del amoniaco como el agente reductor en la reducción 15 catalítica selectiva para reducir las emisiones de NOx de vehículos de automoción. El amoniaco se libera a partir de un medio de almacenamiento sólido, ya sea de adsorción o de absorción, entre otros, Sr(NH3)8Cl2 o Ca(NH3)8Cl2 en forma granular, en un recipiente de almacenamiento y se almacena temporalmente como un gas en un volumen tampón. La cantidad de amoniaco que ha de suministrarse a un volumen de reacción en el sistema de escape del vehículo se dosifica bajo el control de un controlador electrónico del motor según el estado operativo actual del 20 motor (documento WO 1999/01205, p. 9, último párrafo). La cantidad de amoniaco que ha de ser desorbida a partir del medio de almacenamiento es controlada por un control de retroalimentación en el que la presión en el recipiente de almacenamiento es medida por un sensor de presión, y si la presión alcanza un umbral de presión, se interrumpe el suministro de calor (documento WO 1999/01205, párrafo a caballo entre las pp. 8 y 9). Se conocen controles de retroalimentación similares a partir de los documentos WO 2007/000170 A1, WO 2004/042207 A1 y US 25 2005/0282285 A1.

Los documentos US 6.266.955 B1 y US 5.809.775 están relacionados con la liberación irreversible de amoniaco. La dosificación se lleva a cabo mediante una válvula de control. Se controla un calentador en base a la temperatura en la presión en un reactor, de tal modo que el reactor opera a una presión/temperatura en la curva de sublimación.

El documento DE 103 23 591 A1 también está relacionado con la liberación irreversible de amoniaco. No hay 30 ninguna válvula de dosificación controlable. El amoniaco se dosifica mediante el control de la fuente de calor.

El documento JP 02258017 A muestra un calentador rodeado por material de almacenamiento.

Además, el D2 no da a conocer con claridad ni de modo inequívoco que la fuente de calor esté rodeada por el reactivo productor de amoniaco. En la Fig. 1 de D2 solo se muestra un serpentín de calentamiento en el reactor, pero no se muestra dónde se coloca el reactivo sólido productor de amoniaco en el reactor; podría situarse, por 35 ejemplo, lateralmente al serpentín calentador (esto también cuenta con el apoyo de una declaración de que el dispositivo calentador puede también situarse fuera del reactor; D2, col. 4, I. 60 – 61).

El documento US 5.441.716 describe un proceso de ciclos de absorción rápida (menos de 30 minutos) que usan sales de haluros metálicos amoniacales con fines refrigerantes. Se describe un reactor adecuado que tiene en su interior uno o más tubos de transferencia térmica que están incrustados en el material de almacenamiento. Se 40 proporcionan chapas de transferencia térmica para aumentar la transferencia de calor desde el o los tubos de transferencia térmica al material de almacenamiento circundante. Las longitudes de la trayectoria de la difusión térmica y las longitudes de la trayectoria de la difusión de masas son menores de 15 mm y 1,5 mm, respectivamente. Se describe un reactor similar en el documento US 5.328.671.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN 45

Un primer aspecto de la invención se dirige a un sistema para almacenar amoniaco en un material de almacenamiento, y para liberarlo del mismo, capaz de fijar y de liberar amoniaco de forma reversible por adsorción o absorción para un proceso con una demanda gradual de amoniaco que puede variar en el tiempo. El sistema comprende: un recipiente capaz de alojar el material de almacenamiento que contiene el amoniaco; una fuente de calor dispuesta dentro del recipiente rodeada por el material de almacenamiento de amoniaco, estando dispuesta la 50 fuente de calor para suministrar calor para la desorción de amoniaco del medio sólido de almacenamiento; un controlador que comprende un control de anticipación dispuesto para controlar el calor suministrado por la fuente de calor en base a la demanda de amoniaco; y una válvula dosificadora para dosificar amoniaco liberado según la demanda de amoniaco.

Según otro aspecto, se proporciona un procedimiento de liberación del amoniaco almacenado por el material de almacenamiento alojado en un recipiente y capaz de fijar y liberar amoniaco de forma reversible por adsorción o absorción para un proceso con una demanda gradual de amoniaco que puede variar en el tiempo. El procedimiento comprende: determinar cuánto calor ha de ser suministrado al material de almacenamiento del amoniaco para la desorción del amoniaco por medio de un control que comprende un control de anticipación en base a la demanda de 5 amoniaco; suministrar el calor por medio de una fuente de calor dispuesta dentro del recipiente y rodeada por el material de almacenamiento del amoniaco; y dosificar el amoniaco liberado según la demanda de amoniaco por medio de una válvula dosificadora.

Otras características son inherentes en los procedimientos y los productos dados a conocer o se harán evidentes, a partir de la siguiente descripción detallada de las realizaciones y de sus dibujos adjuntos, a los expertos en la 10 técnica.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

En lo que sigue se describirán realizaciones de la invención a título de ejemplo, y con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

la Fig. 1 muestra una realización de un sistema de almacenamiento y liberación de amoniaco con un 15 recipiente de almacenamiento en el que el material de almacenamiento del amoniaco es calentado internamente y la fuente de calor está incrustada en el material de almacenamiento, incluyendo un dibujo de una forma adecuada de una unidad de material de almacenamiento que contiene amoniaco que ha de embalarse en el recipiente;

la Fig. 2 muestra diferentes realizaciones en vistas de corte transversal de recipientes de almacenamiento 20 en los cuales la fuente de calor está equipada de elementos conductores del calor, correspondiendo la Fig. 2a al recipiente de almacenamiento de la Fig. 1;

la Fig. 3 muestra una realización en la que los elementos conductores de calor, en forma de aletas, son chapas circulares dispuestas a lo largo de un eje de la fuente de calor, incluyendo un dibujo de una forma adecuada de una unidad de material de almacenamiento que contiene amoniaco que ha de embalarse en el 25 recipiente;

la Fig. 4 muestra una realización en la que las aletas termoconductoras están fabricadas de chapas metálicas porosas para permitir que el amoniaco desorbido fluya en las aletas hacia la salida del recipiente de almacenamiento sin pasar por bloques enteros de material de almacenamiento;

la Fig. 5 muestra una realización similar a la de la Fig. 1, pero con una fuente de calor dotada de un fluido 30 caliente como medio de calentamiento;

la Fig. 6 ilustra la noción de longitud máxima de la trayectoria de la difusión del calor basada en una vista de corte transversal del recipiente de almacenamiento de la Fig. 1;

la Fig. 7 ilustra mediante datos experimentales los efectos reducidos de la demora (rápido tiempo de respuesta, capacidad mejorada del control de la presión del amoniaco desorbido) de una fuente incrustada 35 de calor con respecto a una fuente externa de calor;

las Figuras 8 y 9 ilustran mediante datos experimentales la capacidad de dosificación...

1. Un sistema para almacenar amoniaco en un material (9) de almacenamiento y para liberarlo del mismo capaz de fijar amoniaco y de liberarlo de forma reversible por adsorción o absorción para un proceso con una demanda gradual de amoniaco que puede variar en el tiempo, que comprende:

 un recipiente (1) capaz de alojar el material (9) de almacenamiento que contiene el amoniaco; 5

 una fuente (2) de calor dispuesta para suministrar calor para la desorción de amoniaco del material sólido (9) de almacenamiento;

 un controlador (12) dispuesto para controlar la fuente (2) de calor para liberar amoniaco;

 una válvula dosificadora (6) para dosificar amoniaco liberado según la demanda de amoniaco;

caracterizado porque 10

 la fuente (2) de calor está dispuesta dentro del recipiente (1) y rodeada por el material (9) de almacenamiento de amoniaco;

 el controlador (12) comprende un control de anticipación dispuesto para controlar el calor suministrado por la fuente (2) de calor en base a la demanda de amoniaco.

2. El sistema de la reivindicación 1 en el que la desorción del amoniaco por el material (9) de almacenamiento es 15 endotérmica, y en el que el control de anticipación está dispuesto para controlar el calor suministrado por la fuente (2) de calor, de tal modo que compensa la energía requerida para la desorción endotérmica del amoniaco demandado del material (9) de almacenamiento.

3. El sistema de la reivindicación 1 en el que el controlador (12) está dispuesto para determinar una pérdida de calor del recipiente (1) al entorno, y en el que el control de anticipación está dispuesto para controlar el calor 20 suministrado por la fuente (2) de calor, de tal modo que compensa la pérdida de calor al entorno.

4. El sistema de la reivindicación 3 en el que la pérdida de calor al entorno se estima en base a la medición de al menos una de entre la temperatura dentro del recipiente (1), la temperatura de una cara interior de una pared del recipiente, la temperatura de una cara exterior de una pared del recipiente y la temperatura del entorno.

5. El sistema de la reivindicación 1 en el que 25

 la desorción del amoniaco a partir del material (9) de almacenamiento es endotérmica,

 el controlador (12) está dispuesto para determinar una pérdida de calor del recipiente (1) al entorno, y

 el control de anticipación está dispuesto para controlar el calor suministrado por la fuente (2) de calor, de tal modo que compensa la energía requerida para la desorción endotérmica del amoniaco demandado del material (9) de almacenamiento y la pérdida de calor al entorno. 30

6. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en el que el controlador (12) comprende un control de retroalimentación superpuesto dispuesto, en base a una medición de presión en el recipiente (1), para reducir o terminar el suministro de calor por parte de la fuente (2) de calor cuando la presión está por encima de un umbral de presión superior (PCorte de calor) y de aumentar o iniciar el suministro de calor por parte de la fuente de calor cuando la presión está por debajo de un umbral de presión inferior (PValor prefijado). 35

7. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 dispuesto para eliminar el NOx de un gas de escape que contiene oxígeno procedente de un motor de combustión o de un proceso de combustión, que además comprende:

 un conducto de suministro para suministrar el amoniaco gaseoso liberado del recipiente (1) al gas de escape, 40

 un catalizador (14) para reducir el NOx mediante reacción con el amoniaco, y

en el que el controlador (12) está dispuesto además para obtener el amoniaco demandado en base a al menos uno de entre (i) una medición del NOx, y (ii) información procedente del controlador del motor o del controlador del proceso de combustión.

8. El sistema de la reivindicación 7 que comprende, además, un sensor (15) de NOx, en el cual se basa la 45 medición de NOx.

9. El sistema de las reivindicaciones 7 u 8 en el que la información procedente del controlador del motor es indicativa del estado operativo del motor y en el que el control de anticipación está dispuesto para estimar la demanda de amoniaco en base a la información del estado operativo.

10. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9 en el que el motor de combustión es un grupo motor móvil de combustión alimentado por carburante diésel, gasolina, gas natural, carbón, hidrógeno u otro combustible fósil o sintético.

11. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10 dispuesto para ser usado para la reducción del NOx producido por un automóvil, un camión, un tren, un barco u por otra máquina o vehículo motorizado, o por una 5 central eléctrica para la generación de electricidad.

12. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 que comprende una unidad generadora de electricidad, estando dispuesto el sistema de tal modo que el amoniaco desorbido se usa como combustible para la unidad de generación eléctrica.

13. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 dispuesto para usar el amoniaco desorbido, o un 10 derivado de él, como combustible en una pila de combustible que comprende además:

(a) un reactor pirolizante catalítico de amoniaco para producir hidrógeno, pila de combustible capaz de operar con hidrógeno gaseoso; o

(b) una pila de combustible capaz de funcionar directamente con el amoniaco liberado.

14. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 en el que el material (9) de almacenamiento del 15 amoniaco es capaz de fijar y de liberar amoniaco de forma reversible mediante absorción.

15. El sistema de la reivindicación 14 en el que el material (9) de almacenamiento del amoniaco es un complejo químico en forma de una sal iónica de fórmula general Ma(NH3)nXz, en la que M es uno o más cationes seleccionados de metales alcalinos como Li, Na, K o Cs, metales alcalino-térreos como Mg, Ca, Sr o Al, y metales de transición como V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu o Zn o combinaciones de los mismos, como NaAl, KAl, 20 K2Zn, CsCu o K2Fe, X es uno o más aniones seleccionados de iones de fluoruro, cloruro, bromuro, yoduro, nitrato, tiocianato, sulfato, molibdato y fosfato, a es el número de cationes por molécula de sal, z es el número de aniones por molécula de sal, y n es el número de coordinación de 2 a 12.

16. El sistema de la reivindicación 15 en el que la sal iónica es o bien sales de cloruro o sulfato de Mg, Ca, Sr o mezclas de las mismas. 25

17. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16 en el que el material (9) de almacenamiento del amoniaco está en forma de unidades conformadas de material de almacenamiento de amoniaco.

18. El sistema de la reivindicación 17 en el que el material (9) de almacenamiento del amoniaco está compactado hasta formar un bloque denso, una barra, un anillo cilíndrico o una unidad ribeteada con una densidad por encima del 70% de la densidad máxima teórica de armazón del material sólido saturado. 30

19. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18 en el que se proporcionan elementos (3) conductores del calor que están en conexión térmica con la fuente (2) de calor y el material (9) de almacenamiento del amoniaco para aumentar el área interna de intercambio de calor entre la fuente (2) de calor y el material (9) de almacenamiento que contiene amoniaco.

20. El sistema de la reivindicación 19 en el que los elementos (3) conductores del calor son aletas rodeadas por 35 material (9) de almacenamiento que contiene amoniaco.

21. El sistema de la reivindicación 20 en el que la fuente (2) de calor tiene forma oblonga, y las aletas están dispuestas en paralelo o de forma perpendicular a la dirección longitudinal de la fuente (2) de calor.

22. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 21 en el que al menos algunos de los elementos (3) conductores del calor están construidos de una estructura metálica porosa que pasa el amoniaco liberado desde 40 la superficie del material (9) de almacenamiento que está en contacto con la aleta.

23. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 19 a 22 en el que al menos algunos de los elementos (3) conductores del calor están fabricados de aluminio, titanio, acero inoxidable porosos o densos, o de metales o aleaciones similares resistentes al amoniaco.

24. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23 en el que la disposición del material (9) de 45 almacenamiento del amoniaco define una longitud máxima de la trayectoria de la difusión del calor, estando la longitud máxima de la trayectoria de la difusión del calor por encima de los 15 mm.

25. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24 en el que la fuente (2) de calor está dispuesta para ser alimentada con una corriente eléctrica para producir calor.

26. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24 en el que la fuente (2) de calor comprende al menos 50 un intercambiador de calor que se extiende al interior del recipiente, obteniéndose el calor de un fluido o un gas caliente que pasa a través del intercambiador de calor.

27. El sistema de la reivindicación 26 en el que el fluido o el gas es o está calentado por un gas caliente producto de una reacción química o de un proceso de combustión.

28. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 27 en el que se proporciona la fuente (2) de calor en forma de uno o más tubos de calefacción.

29. El sistema de la reivindicación 28 en el que el recipiente (1) tiene una extensión longitudinal y en el que el tubo o 5 los tubos de calefacción se extienden en la dirección de la extensión longitudinal del recipiente (1).

30. Un procedimiento de liberación del amoniaco almacenado por el material de almacenamiento alojado en un recipiente (1) y capaz de fijar y liberar amoniaco de forma reversible por adsorción o absorción para un proceso con una demanda gradual de amoniaco que puede variar en el tiempo, que comprende:

 determinar cuánto calor ha de ser suministrado al material (9) de almacenamiento del amoniaco para la 10 desorción del amoniaco por medio de un control que comprende un control de anticipación en base a la demanda de amoniaco;

 suministrar el calor por medio de una fuente (2) de calor dispuesta dentro del recipiente (1) y rodeada por el material (9) de almacenamiento del amoniaco;

 dosificar el amoniaco liberado según la demanda de amoniaco por medio de una válvula dosificadora (6). 15