Método y dispositivo para almacenamiento y suministro de amoniaco usando re-saturación in situ de una unidad de suministro.

Un método para almacenar amoniaco y suministrar amoniaco a un dispositivo de eliminación de NOx (8,

9) a través de una válvula dosificadora (13) mediante el calentamiento de un segundo material de almacenamiento de amoniaco de sal metálica de amina capaz de absorber y desorber amoniaco y que tiene almacenado amoniaco en su interior en un segundo recipiente de almacenamiento (1; 1a, 1b) provisto de un elemento de calentamiento (3) que puede desorber el amoniaco, en el que un primer material de almacenamiento de amoniaco de sal metálica de amina en un primer recipiente de almacenamiento (4; 4a, 4b) más grande que el segundo recipiente de almacenamiento (1; 1a, 1b) que está conectado con el segundo recipiente de almacenamiento (1; 1a, 1b) mediante una tubería que comprende una válvula (12; 12a, 12b, 12e, 12f) cerrada durante el calentamiento del segundo material de almacenamiento de amoniaco o una válvula unidireccional adecuada para evitar que el amoniaco se absorba mediante el primer material de almacenamiento que se mantiene a temperatura ambiente, siendo dicho primer recipiente de almacenamiento (4; 4a, 34b) más grande que dicho segundo recipiente de almacenamiento (1; 1a, 1b), y se usa como una fuente de amoniaco para el segundo material de almacenamiento de amoniaco en un segundo recipiente de almacenamiento (1; 1a, 1b), cuando el segundo material de almacenamiento de amoniaco en el segundo recipiente de almacenamiento de amoniaco (1, 1a, 1b) está agotado en amoniaco por consumo, el calentamiento se ha detenido y la válvula (12; 12a, 12b, 12e, 12f) se abre para establecer así una comunicación fluida entre el primer recipiente de almacenamiento de amoniaco (4; 4a, 4b) y el segundo recipiente de almacenamiento de amoniaco (1; 1a, 1b), y en el que dicho primer y segundo materiales de almacenamiento de amoniaco son el mismo material, y dicho primer recipiente de almacenamiento (4; 4a, 4b) está provisto de un medio de calentamiento para aumentar la fuerza impulsora para re-saturación del segundo material de almacenamiento de amoniaco cuando este último está agotado en amoniaco.

Método y dispositivo para almacenamiento y suministro de amoniaco usando re-saturación in situ de una unidad de suministro

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la invención

Esta invención se refiere a un método y un dispositivo para almacenar y generar amoniaco a partir de materiales de almacenamiento capaces de unirse a y de liberar amoniaco de forma reversible. En particular, los materiales de almacenamiento son complejos metálicos de amina, sólidos, capaces de unirse a y de liberar amoniaco de forma reversible. El método y el dispositivo pueden usarse en la reducción catalítica de NOx.

Descripción de la técnica relacionada

Como se desvela en la solicitud en trámite junto con la presente del solicitante (documento W02006012903) las sales metálicas de amina pueden usarse como un medio de almacenamiento sólido para amoniaco, que a su vez puede usarse como el reductor en la reducción catalítica selectiva para reducir las emisiones NOx de vehículos automóviles, calderas y hornos. De esta manera, la sal metálica de amina constituye un medio de almacenamiento sólido para amoniaco, que representa una opción segura y práctica para el almacenamiento y transporte de amoniaco. Esto es ventajoso en comparación con la retirada de NOx usando el amoniaco suministrado en forma de solución acuosa de urea o amoniaco debido a que se evita una gran fracción - típicamente mayor del 65 % - de agua. En particular, Mg(NH3)CÍ2 representa un material de almacenamiento de amoniaco caracterizado por un alto grado de seguridad debido a que la presión de vapor a temperatura ambiente está por debajo del 10 kPa (0,1 bar). Se caracteriza también por una alta densidad másica de amoniaco porque el Mg es un metal ligero. La solicitud en trámite junto con la presente del solicitante (documento W02006081824) desvela materiales de almacenamiento adicionales con una alta capacidad volumétrica demostrada y un método de preparación de los mismos.

La Publicación de Patente Internacional Ne WO 99/01205 desvela un método y un dispositivo para la reducción catalítica selectiva de NOx en gases residuales que contienen oxígeno, usando amoniaco y un catalizador de reducción. De acuerdo con el método, el amoniaco gaseoso se proporciona calentando un medio de almacenamiento sólido, que preferentemente es un material granulado que consiste en Ca(NH3)8Cl2 o Sr(NH3)sCl2.

El documento WO 99/01205 A1 desvela un método y un dispositivo para la reducción catalítica selectiva de NOx en gases residuales que contienen oxígeno mediante un catalizador de reducción y amoniaco como reductor, que puede proporcionarse calentando sales que se unen al amoniaco en forma de un complejo. El dispositivo puede comprender un recipiente de tampón para amoniaco gaseoso.

En el documento WO 2006/08182 A2 se muestra un dispositivo que comprende tres recipientes, cada uno equipado con un medio de calentamiento y una válvula, y cada uno contiene un material de almacenamiento y suministro de amoniaco. Los recipientes individuales se calientan secuencialmente para la liberación de amoniaco y la válvula del recipiente calentado individual se abre para la liberación del mismo.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se basa en disponer de un gran recipiente que tiene un medio de calentamiento y que contiene una sal metálica de amina como material de almacenamiento de amoniaco y un recipiente más pequeño que también contiene una sal metálica de amina como material de almacenamiento de amoniaco y que tiene un medio de calentamiento para liberar amoniaco, en el que los dos materiales de almacenamiento de amoniaco son el mismo material. Cuando el recipiente pequeño se ha desgasificado parcial o totalmente durante un periodo de calentamiento, por ejemplo, mientras se impulsa durante aproximadamente 1 hora, se permite que la unidad se enfríe a temperatura ambiente, lo que provoca que se cree un gradiente de presión entre los dos recipientes de almacenamiento. Si los dos recipientes tienen un tubo de conexión con una válvula abierta/cerrada en medio, la unidad más pequeña puede absorber amoniaco de la unidad más grande. El funcionamiento del recipiente calentado más pequeño, con capacidad limitada, se usa periódicamente y, durante el uso, el recipiente más pequeño puede resaturarse de forma pasiva abriendo una conexión con el recipiente más grande. Cuando los dos materiales tienen diferentes presiones de saturación, habrá una fuerza impulsora para la migración del amoniaco del recipiente más grande al más pequeño - y parcial o totalmente desgasificado -. Esto significa también que la energía gastada en el sistema calentado durante un periodo de desgasificación se recupera parcialmente porque la recarga puede realizarse de forma pasiva usando un gradiente en el potencial químico del amoniaco almacenado en un sólido.

Por consiguiente, la invención se refiere a un método para almacenar amoniaco y suministrar amoniaco como se define en la reivindicación 1.

Adicionalmente, la invención se refiere a un sistema para proporcionar amoniaco a un dispositivo de eliminación de NOx como se define en la reivindicación 5.

Por consiguiente, la presente invención se refiere a un sistema y a un método para almacenamiento y suministro de amoniaco que, por ejemplo, puede estar a bordo cuando la capacidad de almacenamiento se divide en al menos dos recipientes.

El sistema de la presente invención comprende, por tanto:

a) un recipiente de almacenamiento con amoniaco absorbido en un primer material de almacenamiento y

b) al menos otro recipiente de almacenamiento más pequeño con amoniaco absorbido en un segundo material y

c) un medio de calentamiento para calentar el material de almacenamiento en b) para elevar la temperatura del material para alcanzar una presión de desorción deseada del amoniaco, siendo posible de esta manera liberar el amoniaco del recipiente al proceso de consumo de amoniaco deseado y

d) un medio para conectar los dos recipientes o compartimientos para reabsorber el amoniaco en el recipiente de almacenamiento total o parcialmente desgasificado (b) con el amoniaco desorbido del recipiente (a) y

e) un medio de calentamiento para el recipiente de almacenamiento en a) y

f) un medio de control para realizar el método de la invención;

en el que el primer y segundo materiales de almacenamiento son el mismo material.

La invención se refiere también al método y el sistema mencionados anteriormente donde el amoniaco se usa como un reductor en la reducción catalítica selectiva de NOx.

La invención se refiere también a sistemas y métodos que emplean el almacenamiento y liberación de amoniaco para o incluyendo la reducción de NOx en los gases de escape de los procesos o motores de combustión.

La desgasificación parcial o completa de una unidad más pequeña se invierte por migración de amoniaco desde el recipiente más grande a la unidad más pequeña.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La invención se desvela con más detalle con referencia a los dibujos, en los que las figuras 1-3 muestran tres realizaciones diferentes de la invención donde la capacidad de almacenamiento de amoniaco total está separada en dos o más recipientes o compartimientos. El amoniaco puede liberarse de al menos una unidad, y al menos una unidad más grande que tiene un medio para calentamiento (no mostrado) puede ser una fuente para la reabsorción pasiva de amoniaco en la unidad más pequeña que tiene un medio para calentamiento.

La figura 4, que no está de acuerdo con la invención, es similar a la figura 1, excepto que muestra una celda de combustible y un catalizador de craqueo de amoniaco en lugar de las partes de un sistema de escape de un motor de combustión.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES

La presente invención se refiere a un método y un sistema para almacenamiento y suministro de amoniaco que puede usarse, por ejemplo, para un sistema de almacenamiento y suministro a bordo, por ejemplo DeNOx mediante reducción catalítica selectiva usando amoniaco como el reductor. Puede usarse para otros fines que requieren una dosificación/suministro controlado de amoniaco desde una unidad de almacenamiento compacta.

Un aspecto de la invención es un método para almacenar amoniaco y suministrar amoniaco de acuerdo con la reivindicación 1.

En el método de la invención, la comunicación fluida se interrumpe mientras se calienta el segundo material de almacenamiento de amoniaco para la desorción de amoniaco, y la comunicación fluida se reanuda cuando el calentamiento se detiene.

Otro aspecto de la invención es un sistema para almacenamiento y suministro de amoniaco de... [Seguir leyendo]

1. Un método para almacenar amoniaco y suministrar amoniaco a un dispositivo de eliminación de NOx (8, 9) a través de una válvula dosificadora (13) mediante el calentamiento de un segundo material de almacenamiento de amoniaco de sal metálica de amina capaz de absorber y desorber amoniaco y que tiene almacenado amoniaco en su interior en un segundo recipiente de almacenamiento (1; 1a, 1b) provisto de un elemento de calentamiento (3) que puede desorber el amoniaco, en el que un primer material de almacenamiento de amoniaco de sal metálica de amina en un primer recipiente de almacenamiento (4; 4a, 4b) más grande que el segundo recipiente de almacenamiento (1; 1a, 1b) que está conectado con el segundo recipiente de almacenamiento (1; 1a, 1b) mediante una tubería que comprende una válvula (12; 12a, 12b, 12e, 12f) cerrada durante el calentamiento del segundo material de almacenamiento de amoniaco o una válvula unidireccional adecuada para evitar que el amoniaco se absorba mediante el primer material de almacenamiento que se mantiene a temperatura ambiente, siendo dicho primer recipiente de almacenamiento (4; 4a, 34b) más grande que dicho segundo recipiente de almacenamiento (1; 1a, 1b), y se usa como una fuente de amoniaco para el segundo material de almacenamiento de amoniaco en un segundo recipiente de almacenamiento (1; 1a, 1b), cuando el segundo material de almacenamiento de amoniaco en el segundo recipiente de almacenamiento de amoniaco (1, 1a, 1b) está agotado en amoniaco por consumo, el calentamiento se ha detenido y la válvula (12; 12a, 12b, 12e, 12f) se abre para establecer así una comunicación fluida entre el primer recipiente de almacenamiento de amoniaco (4; 4a, 4b) y el segundo recipiente de almacenamiento de amoniaco (1; 1a, 1b), y en el que dicho primer y segundo materiales de almacenamiento de amoniaco son el mismo material, y dicho primer recipiente de almacenamiento (4; 4a, 4b) está provisto de un medio de calentamiento para aumentar la fuerza impulsora para re-saturación del segundo material de almacenamiento de amoniaco cuando este último está agotado en amoniaco.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la sal metálica de amina tiene la fórmula general:

Ma(NH3)nXz,

en la que M es uno o más cationes seleccionados entre metales alcalinos tales como Li, Na, K o Cs, metales alcalinotérreos tales como Mg, Ca o Sr, y/o metales de transición tales como V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu o Zn o combinaciones de los mismos tales como NaAl, KAI, feZn, CsCu o feFe, X es uno o más aniones seleccionados entre iones 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.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el primer y/o el segundo material de almacenamiento de amonio de sal metálica de amina se compacta a una unidad con una densidad por encima del 75 % de la densidad estructural máxima teórica del material de almacenamiento de amoniaco de sal metálica de amina saturada.

4. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el dispositivo de eliminación de NOx es un catalizador para una reducción catalítica selectiva de NOx en un gas de escape que contiene oxígeno de un proceso o un motor de combustión.

5. Un sistema para realizar el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho sistema proporciona amoniaco a un dispositivo de eliminación de NOx (8, 9) y comprende

un primer recipiente de almacenamiento (4; 4a, 4b) con un primer material de almacenamiento de amoniaco de sal

metálica de amina;

un segundo recipiente de almacenamiento (1; 1a, 1b) que es más pequeño que el primer recipiente de almacenamiento con un segundo material de almacenamiento de amoniaco de sal metálica de amina, siendo dicho segundo material de almacenamiento de sal metálica de amina el mismo que dicho primer material de almacenamiento de sal metálica de amina;

un medio de calentamiento para calentar el primer recipiente de almacenamiento (4; 4a, 4b) para aumentar la fuerza impulsora para la re-saturación de amoniaco de dicho segundo material de almacenamiento de amoniaco de sal metálica de amina en dicho segundo recipiente de almacenamiento (1; 1a, 1 b); y

un medio de calentamiento (3) para calentar el segundo material de almacenamiento para liberar el amoniaco desde el segundo recipiente de almacenamiento (1; 1a, 1b);

un primer medio (5, 10, 13) para conectar el segundo recipiente de almacenamiento (1; 1a, 1b) a la unidad de

consumo de amoniaco (8, 9); y

un segundo medio (12; 12a, 12b, 12c, 12d; 12e, 12f) para conectar el primer recipiente de almacenamiento (4; 4a, 4b) al segundo recipiente de almacenamiento (1; 1a, 1b), incluyendo dicho segundo medio una válvula (12; 12a,

12b, 12e, 12f);

caracterizado por un medio de control (11) programado y adaptado para realizar el método de la reivindicación 1.

6. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el primer material de almacenamiento de amoniaco y el segundo material de almacenamiento de amoniaco tienen las características citadas en la reivindicación 2.

7. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, en el que el primer material de almacenamiento de amoniaco y/o el segundo material de almacenamiento de amoniaco tienen las características citadas en la reivindicación 3.

8. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que el primer recipiente de 5 almacenamiento (4; 4a, 4b) está aislado.

9. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en el que el dispositivo de eliminación de NOx es un catalizador para una reducción catalítica selectiva de NOx en un gas de escape que contiene oxígeno de un proceso o un motor de combustión.