PRODUCCION DE HIDROGENO MEDIANTE DESCOMPOSICION DE HIDROCARBUROS LIGEROS CATALIZADA POR MATERIALES CARBONOSOS MESOESTRUCTURADOS.
Producción de hidrógeno mediante descomposición de hidrocarburos ligeros catalizada por materiales carbonosos mesoestructurados.
En la presente invención se describe un proceso para la obtención de hidrógeno por descomposición termocatalítica de hidrocarburos ligeros, usando como catalizadores materiales carbonosos mesoestructurados con elevada superficie específica y distribución regular de tamaños de poro en el intervalo de 2-50 nm
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200800244.
Solicitante: UNIVERSIDAD REY JUAN CARLOS.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: MADRID.
Inventor/es: GUIL-LOPEZ,RUTH, CALLEJA PARDO, GUILLERMO, SERRANO GRANADOS,DAVID PEDRO, BOTAS ECHEVARRIA,JUAN ANGEL, PIZARRO DE ORO,PATRICIA, GOMEZ POZUELO,GEMA.
Fecha de Solicitud: 30 de Enero de 2008.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 6 de Mayo de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- B01J21/18 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL. › B01J PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS O FÍSICOS, p. ej. CATÁLISIS O QUÍMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS. › B01J 21/00 Catalizadores que contienen los elementos, los óxidos o los hidróxidos de magnesio, de boro, de aluminio, de carbono, de silicio, de titanio, de zirconio o de hafnio. › Carbono.
- C01B3/26 QUIMICA; METALURGIA. › C01 QUIMICA INORGANICA. › C01B ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › C01B 3/00 Hidrógeno; Mezclas gaseosas que contienen hidrógeno; Separación del hidrógeno a partir de mezclas que lo contienen; Purificación del hidrógeno (producción de gas de agua o gas de síntesis a partir de materias carbonosas sólidas C10J). › con catalizadores.
Clasificación PCT:
Fragmento de la descripción:
Producción de hidrógeno mediante descomposición de hidrocarburos ligeros catalizada por materiales carbonosos mesoestructurados.
Campo de la invención
En la presente invención se describe la producción de hidrógeno por descomposición catalítica de metano y otros hidrocarburos ligeros a temperaturas entre 600-1400ºC, utilizando como catalizadores materiales carbonosos mesoestructurados de elevada superficie específica, con una distribución regular de tamaños de poro en el intervalo 2-50 nm.
Estado de la técnica
En la presente invención se describe la obtención de hidrógeno mediante descomposición termocatalítica de metano y otros hidrocarburos ligeros, empleando como catalizadores materiales carbonosos mesoestructurados de elevada superficie específica con distribución regular de tamaños de poro, en el intervalo 2-50 nm.
El hidrógeno está considerado como la alternativa más prometedora como vector energético. Su uso como combustible, bien en sistemas de combustión o en pilas de combustible, produce emisiones no contaminantes, ya que como producto de la reacción de oxidación del hidrógeno se obtiene agua. Actualmente la vía más extendida para la producción de hidrógeno consiste en el reformado de metano con vapor de agua. A modo de ejemplo, cabe indicar que el hidrógeno requerido en la fabricación de metanol y amoníaco se obtiene habitualmente por reformado de gas natural con vapor de agua.
M. Steinberg realizó un análisis comparativo desde el punto de vista energético y ambiental de los diferentes procesos disponibles para la producción de hidrógeno como combustible, incluyendo tanto aquellos que se basan en el uso de fuentes de energía renovables como los que emplean combustibles fósiles [M. Steinberg, "The Hy-C Process (Thermal Decomposition of Natural Gas) Potentially the Lowest Cost Source of Hydrogen with the least CO2 Emission", Energy Convers. Mgmt., 1995, 36(6-9), 791; M. Steinberg, "Production of Hydrogen and Methanol from Natural Gas with Reduced CO2 Emission", Int. J. Hydrogen Energy, 1998, 23(6), 419]. Mientras que el reformado de metano con vapor de agua es el proceso de menor consumo energético, sus elevadas emisiones de CO2, así como la presencia de trazas de CO en la corriente de hidrógeno producido, el cual constituye un veneno para los electrocatalizadores presentes en las pilas de combustible, suponen un importante impedimento para su implantación en la producción de hidrógeno como combustible para pilas. El reformado de biomasa, aunque globalmente libre de emisiones netas de CO2, presenta costes de producción muy elevados. Los procesos basados en el empleo de otras fuentes de energía, tales como las energías renovables (solar, geotérmica, hidráulica, eólica, etc.) presentan como inconveniente su elevado consumo energético o su disponibilidad geográfica limitada.
La descomposición térmica o termocatalítica de metano representa una de las alternativas potencialmente más viables para la producción de hidrógeno debido a un consumo energético moderado, su mínima o incluso nula emisión de CO2 y a la posibilidad de comercializar el producto sólido carbonoso generado.
La solicitud de patente JP 2003063801, se refiere a un proceso de descomposición térmica de metano en el que la producción de hidrógeno se realiza mediante descomposición de un hidrocarburo disuelto en agua supercrítica, empleando energía nuclear como fuente térmica del proceso.
La solicitud de patente WO2003010088, emplea un plasma no térmico de descarga de barrera dieléctrica como fuente de energía para generar hidrógeno y carbono mediante la descomposición de metano o gas natural.
La solicitud de patente KR2004035998 se refiere a un método para generar simultáneamente hidrógeno y negro de carbono, incluyendo el diseño del reactor, basado en un sistema de doble tubo para evitar las paradas de operación provocadas por los depósitos de carbono.
Los procesos de descomposición termocatalítica ofrecen la ventaja de requerir temperaturas inferiores a las de los procesos realizados en ausencia de catalizador, donde las temperaturas de reacción comprenden habitualmente desde los 1200ºC hasta, incluso, los 2000ºC. Uno de los metales de transición más empleados como catalizador para la descomposición de metano es el níquel, caracterizado por producir hidrógeno y nanotubos de carbono mediante la descomposición de metano, sin emisiones de CO y a temperaturas entre 450 y 850ºC.
Entre las patentes que describen el empleo de catalizadores de níquel para la descomposición de metano se encuentra la solicitud de patente RU 2071932.
La solicitud de patente JP2003054904 se refiere a la aplicación de níquel soportado sobre una zeolita tipo USY como catalizador para la producción de hidrógeno mediante la transformación de metano y otros hidrocarburos ligeros.
En la solicitud de patente US2004118047 se describe un proceso y una instalación para la producción catalítica de hidrógeno a partir de metano o de corrientes gaseosas ricas en metano, basado en el empleo de catalizadores constituidos por al menos un metal del grupo VIII de la tabla periódica, como fase activa, y un material inorgánico como soporte. La instalación utilizada consiste en dos reactores dispuestos en paralelo, uno de ellos operando en modo de reacción, a una temperatura entre 600 y 1000ºC, y el otro en fase de regeneración, con el fin de evitar paradas debido a la formación de depósitos de carbono.
En la solicitud de patente US2005063900 se describe el uso de materiales con composiciones NiXMgYO ó NiXMgY CuZO, siendo las temperaturas de reacción para la descomposición del metano en presencia de dichos catalizadores entre 500-550ºC ó 700-760ºC, respectivamente.
La solicitud de patente WO 2006040788 se refiere al uso de gránulos de NdNi5 para la descomposición de metano a temperaturas en el intervalo 500-550ºC, obteniéndose como productos de reacción hidrógeno y nanotubos de carbono.
En la solicitud de patente US 2006198782 se describe otra variante a los catalizadores de níquel En dicha solicitud de patente, se describe la descomposición de metano empleando partículas de óxido de níquel obtenidas por precipitación.
Aunque de manera menos extendida, también se han empleado otros catalizadores metálicos para la producción de hidrógeno a partir de metano. Por ejemplo, en la solicitud de patente JP 07025601, se describe el uso de catalizadores consistentes en elementos del grupo VIII de la tabla periódica, preferentemente Pt, soportados sobre óxidos de tierras raras, y en particular sobre CeO2, con unas condiciones de reacción para la producción de hidrógeno de 400-600ºC y 1-20 bar.
El empleo de catalizadores metálicos para la generación de hidrógeno mediante la descomposición de metano, a pesar de reducir las temperaturas de operación necesarias, presenta como gran inconveniente la rápida desactivación que experimentan debido a la formación de depósitos de carbono en la superficie del catalizador. Asociado a este problema se encuentra el hecho de que su regeneración se lleva a cabo mediante la oxidación de los depósitos de carbono, con la consecuente formación y emisión de CO2.
La descomposición térmica de metano puede ser catalizada también por materiales de carbono. Esta alternativa está adquiriendo gran interés ya que, aunque los materiales carbonosos suelen presentar menor actividad y requerir temperaturas de reacción más elevadas, existe la posibilidad de que las reacciones sean catalíticamente autosostenidas, sin necesidad de realizar etapas de regeneración del catalizador. Asimismo, este proceso puede resultar económicamente ventajoso si el producto carbonoso obtenido es comercializado con un precio adecuado. Esta comercialización o reutilización se ve favorecida por la ausencia, en dichos materiales carbonosos, de elementos metálicos contaminantes que, en cambio, están asociados irremediablemente al empleo de catalizadores basados en metales.
En este sentido, la solicitud de patente WO2000021878 describe un método y dispositivo para la producción continua de hidrógeno y carbono mediante pirólisis de metano, gas natural u otros gases de carácter orgánico. El reactor opera bajo un gradiente de temperaturas desde 300 hasta 2000ºC, empleando como catalizador negro de carbono en polvo, que es autoabastecido por el propio sistema de reacción.
Reivindicaciones:
1. Procedimiento para la producción selectiva de hidrógeno mediante descomposición termocatalítica de hidrocarburos ligeros caracterizado porque la descomposición termocatalítica de los hidrocarburos está catalizada por un catalizador de material carbonoso mesoestructurado.
2. Procedimiento para la producción selectiva de hidrógeno mediante descomposición termocatalítica de hidrocarburos ligeros según la reivindicación 1, donde los hidrocarburos ligeros comprenden entre 1 y 4 átomos de carbono.
3. Procedimiento para la producción selectiva de hidrógeno mediante descomposición termocatalítica de hidrocarburos ligeros según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los hidrocarburos ligeros son lineales.
4. Procedimiento para la producción selectiva de hidrógeno mediante descomposición termocatalítica de hidrocarburos ligeros según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los hidrocarburos ligeros son ramificados.
5. Procedimiento para la producción selectiva de hidrógeno mediante descomposición termocatalítica de hidrocarburos ligeros según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la descomposición termocatalítica de hidrocarburos se realiza a una temperatura comprendida entre 600 - 1400ºC.
6. Procedimiento para la producción selectiva de hidrógeno mediante descomposición termocatalítica de hidrocarburos ligeros según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la descomposición termocatalítica de hidrocarburos se realiza a una presión de entre 1 - 20 atmósferas.
7. Procedimiento para la producción selectiva de hidrógeno mediante descomposición termocatalítica de hidrocarburos ligeros según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la descomposición termocatalítica de hidrocarburos se realiza en un reactor heterogéneo tipo gas-sólido.
8. Procedimiento para la producción selectiva de hidrógeno mediante descomposición termocatalítica de hidrocarburos ligeros según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el catalizador de material carbonoso mesoestructurado tiene una distribución regular de tamaños de poro comprendida entre 2-50 nm.
9. Procedimiento para la producción selectiva de hidrógeno mediante descomposición termocatalítica de hidrocarburos ligeros según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el catalizador de material carbonoso mesoestructurado presenta una superficie específica entre 200 y 3000 m2 g-1.
10. Procedimiento para la producción selectiva de hidrógeno mediante descomposición termocatalítica de hidrocarburos ligeros según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el catalizador de material carbonoso mesoestructurado presenta un volumen de poros comprendido entre 0.5 - 2 cm3 g-1.
11. Procedimiento para la producción selectiva de hidrógeno mediante descomposición termocatalítica de hidrocarburos ligeros según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el catalizador de material carbonoso mesoestructurado presenta un sistema único de poros con una distribución estrecha del tamaño del poro de 30 Å.
12. Procedimiento para la producción selectiva de hidrógeno mediante descomposición termocatalítica de hidrocarburos ligeros según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el catalizador de material carbonoso mesoestructurado presenta un sistema bimodal de poros con un tamaño de los poros de 30 y 50 Å.
13. Catalizador caracterizado porque es un material carbonoso mesoestructurado con una distribución regular de tamaños de poro comprendida entre 2-50 nm, una superficie específica entre 200 y 3000 m2 g-1, un volumen de poros comprendido entre 0.5 - 2 cm3 g-1.
14. Catalizador según la reivindicación 13 caracterizado porque el material carbonoso mesoestructurado presenta un sistema único de poros con una distribución estrecha del tamaño del poro de 30 Å.
15. Catalizador según la reivindicación 13, caracterizado porque el material carbonoso mesoestructurado presenta un sistema bimodal de poros con un tamaño de los poros de 30 y 50 Å.
16. Uso de un catalizador según cualquiera de las reivindicaciones 12-14 en la producción selectiva de hidrógeno mediante descomposición termocatalítica de hidrocarburos ligeros.
Patentes similares o relacionadas:
Método para producir un electrodo de difusión de gas, del 13 de Mayo de 2020, de INDUSTRIE DE NORA S.P.A: Un método para producir un electrodo de difusión de gas, comprendiendo dicho método las etapas de: revestir un tejido conductor sobre al menos un lado del mismo con un catalizador […]
Aparato para el tratamiento de aire, del 29 de Abril de 2020, de Anglo Platinum Marketing Limited: Aparato para el tratamiento de aire, en el que aire que tiene una primera concentración de monóxido de carbono entra en el aparato y aire respirable que tiene […]
Composiciones para la eliminación de hidrocarburos e hidrocarburos halogenados de entornos contaminados, del 21 de Agosto de 2019, de Remediation Products, Inc: Un método para preparar un catalizador en soporte que comprende: a. mezclar un carbón activado capaz de absorber contaminantes hidrocarbonados halogenados con […]
Método para pasar nitrobenceno a través de un catalizador monolítico de carbón activado para formar anilina, del 24 de Julio de 2019, de Applied Technology Limited Partnership: Un método para reacción química catalítica que comprende hacer pasar nitrobenceno a través de un catalizador monolítico de carbón activado en atmósfera de […]
Tubo flexible poroso anti-contaminante, del 5 de Junio de 2019, de WESTAFLEX TUBOS FLEXIVEIS LTDA.: TUBO FLEXIBLE POROSO ANTICONTAMINANTE, que es adecuado para ser parte de un sistema de admisión utilizado por la industria automotriz, que comprende una boquilla de […]
Nanoestructuras de carbono y redes producidas por deposición química en fase de vapor, del 15 de Mayo de 2019, de CarbonX IP B.V: Método para fabricar nanotubos de carbono cristalinos y/o una red de nanotubos de carbono cristalinos, que comprende (i) proporcionar una microemulsión bicontinua […]
Procedimiento para el hidrocraqueo de petróleo pesado y residuo de petróleo, del 24 de Abril de 2019, de BP Europa SE: Un procedimiento para el hidroprocesamiento de petróleos pesados y/o residuos de petróleo, comprendiendo el procedimiento la etapa de: (a) poner en contacto […]
Un método para gasificar material carbonáceo y un sistema de gasificación, del 9 de Abril de 2019, de CURTIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY: Un método para gasificar un material carbonáceo , comprendiendo el método los pasos de: pirolizar el material carbonáceo para producir componentes […]