BR112020003653A2

BR112020003653A2 - composições, métodos e aparelhos para combustão catalítica

Info

Publication number: BR112020003653A2
Application number: BR112020003653-6A
Authority: BR
Inventors: Steven James HEATON; Samuel James KIRK
Original assignee: Star Scientific Limited
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2018-08-22
Publication date: 2020-09-01
Also published as: ZA202102809B; KR20200046068A; MA49963A; AU2024219373A1; ZA202001714B; IL272796A; MX2020002009A; ZA202100648B; IL272796B; PH12020500235A1; UY37857A; AU2024219369A1; AU2018322486A1; JP7140456B2; JP2020531268A; TWI785105B; AR129529A2; CN111315481A; AR112872A1; US20230136790A1

Abstract

  É fornecida uma composição de catalisador incluindo um catalisador de oxidação de hidrogênio e um catalisador de redução de oxigênio. Reatores de troca de calor, incluindo o catalisador, também são fornecidos. O catalisador é adaptado para ativação em baixa temperatura de uma reação de combustão de hidrogênio.

Description

“COMPOSIÇÕES, MÉTODOS E APARELHOS PARA COMBUSTÃO CATALÍTICA” CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A invenção refere-se à combustão catalítica de misturas de combustível. Em particular, a invenção refere-se à combustão catalítica de misturas limpas de combustível.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Vários combustíveis têm sido utilizados para aproveitar a energia. Tradicionalmente, a maioria dos combustíveis é derivada de combustíveis fósseis. No entanto, o uso de combustíveis fósseis pode resultar na geração de emissões de dióxido de carbono e outros gases de efeito estufa. Há evidências crescentes de que essas emissões podem contribuir para as mudanças climáticas antropogênicas e para uma diminuição na qualidade geral do ar.

[0003] Em resposta a essas descobertas, foram feitos esforços para mudar as fontes de energia de combustíveis fósseis para combustíveis derivados de fontes mais limpas. Por exemplo, equipamentos a carvão foram desligados em muitos países para reduzir as emissões e melhorar a qualidade do ar. Este equipamento pode ser encontrado, por exemplo, em usinas de energia ou usinas de aquecimento urbano. Essas plantas podem conter outros equipamentos, como equipamentos a vapor e/ou turbinas, que podem ser convertidos para uso com outros combustíveis para gerar eletricidade ou aquecimento.

[0004] Uma fonte potencial de energia limpa é o hidrogênio. O hidrogênio pode ser produzido de várias maneiras, incluindo reforma a vapor ou eletrólise. Quando a eletricidade para a eletrólise é derivada de fontes limpas, como nuclear, eólica, maré ou solar, o hidrogênio produzido não resulta na geração de emissões de carbono. O hidrogênio reage com o oxigênio para formar água e libera energia.

[0005] Essa reação foi usada pelas células de combustível para gerar eletricidade diretamente. No entanto, fatores como a degradação das membranas e processos complicados de fabricação de células de combustível impediram a adoção do hidrogênio como combustível. O hidrogênio também tem sido usado como combustível em motores de combustão interna. No entanto, esses sistemas podem ser complexos e há desafios no manuseio seguro de tais sistemas.

[0006] Os sistemas de combustão catalítica têm sido utilizados, mas esses sistemas geralmente requerem sistemas complexos ou dispendiosos para iniciar uma reação autossustentável, como sistemas de pré- aquecimento. Mesmo quando as reações autossustentáveis são iniciadas, esses sistemas geralmente são limitados por temperaturas que podem ser usadas devido à ablação de material catalítico e preocupações com a ignição de combustível a granel.

[0007] Há necessidade de sistemas e métodos aprimorados para a utilização de fontes limpas de energia.

SUMÁRIO

[0008] Num aspecto, é fornecida uma composição de catalisador incluindo um catalisador de oxidação de hidrogênio (HOC); e um catalisador de redução de oxigênio (ORC). O catalisador é adaptado para ativação em baixa temperatura de uma reação de combustão de hidrogênio.

[0009] Em algumas modalidades, a proporção da área de superfície do HOC para a área de superfície do ORC está entre cerca de 9:1 e cerca de 4:1. Em algumas modalidades, a proporção da área de superfície do HOC para a área de superfície do ORC é de cerca de 20:3. Em algumas modalidades, o HOC e o ORC são formados por eletrodeposição. Em algumas modalidades, o catalisador é adaptado para ativar a combustão de hidrogênio a uma temperatura abaixo de cerca de 140 °C. Em algumas modalidades em que o catalisador é adaptado para ativar a combustão de hidrogênio a uma temperatura abaixo de 20 °C. Em algumas modalidades, o HOC é um metal nobre. Em algumas modalidades, o HOC é platina ou paládio. Em algumas modalidades, o HOC é paládio. Em algumas modalidades, o ORC é óxido de estanho.

[0010] Num aspecto, é fornecido um processo para aplicar uma composição de catalisador, incluindo o fornecimento de um substrato; aplicação de uma composição de catalisador ao substrato para formar uma superfície catalítica. A composição de catalisador aplicada inclui um catalisador de oxidação de hidrogênio (HOC) e um catalisador de redução de oxigênio (ORC). A superfície catalítica é adaptada para ativação em baixa temperatura de uma reação de combustão de hidrogênio.

[0011] Em algumas modalidades, a superfície catalítica inclui uma área de HOC e uma área de ORC com uma proporção entre cerca de 9:1 e cerca de 4:1. Em algumas modalidades, a proporção da área de HOC para a área de ORC é de cerca de 20:3. Em algumas modalidades, a aplicação da composição de catalisador compreende a aplicação do HOC e a aplicação do ORC. Em algumas modalidades, o ORC é aplicado após a aplicação do HOC. Em algumas modalidades, a aplicação da composição de catalisador inclui a galvanização do HOC, do ORC ou de ambos no substrato. Em algumas modalidades, a aplicação da composição de catalisador inclui a galvanização do HOC no substrato. Em algumas modalidades, a aplicação da composição de catalisador inclui a galvanização do ORC no substrato aplicado ao HOC. Em algumas modalidades a aplicação de um precursor no substrato antes de aplicar a composição de catalisador, em que o precursor aprimora a adesão da composição de catalisador no substrato. Em algumas modalidades, o precursor é níquel ou cobre. Em algumas modalidades, a aplicação do precursor inclui a galvanização do precursor no substrato. Em algumas modalidades, é fornecido um processo de tratamento de aquecimento do substrato aplicado ao catalisador.

[0012] Em um aspecto, é fornecido um aparelho de reator. O aparelho inclui um conduíte que tem uma entrada para receber um primeiro material fluido e uma saída; um elemento de aquecimento ligado ao conduíte compreendendo uma superfície catalítica tendo uma composição de catalisador aplicada nela para combustão catalítica de uma mistura de combustível, a composição de catalisador incluindo um catalisador de oxidação de hidrogênio (HOC) e um catalisador de redução de oxigênio (ORC); e uma concha que circunda o conduíte, tendo a concha uma entrada para receber um segundo material fluido e uma saída. Um do primeiro material fluido e o segundo material fluido inclui a mistura de combustível e o outro do primeiro material fluido e o segundo material fluido inclui um meio de troca de calor. A energia liberada pela combustão catalítica da mistura de combustível é transferida para o meio de troca de calor. A composição de catalisador é adaptada para diminuir a energia de ativação de combustão da mistura de combustível, de modo que a reação ocorra sob baixas temperaturas.

[0013] Em algumas modalidades, a mistura de combustível compreende hidrogênio e oxigênio. Em algumas modalidades, a mistura de combustível consiste em hidrogênio e oxigênio. Em algumas modalidades, é fornecido um distribuidor para distribuir a mistura de combustível próxima ao elemento de aquecimento. Em algumas modalidades o elemento de aquecimento compreende ainda pelo menos uma aleta e pelo menos uma porção da superfície do catalisador está na pelo menos uma aleta.

[0014] Num aspecto, é fornecido um método para aquecer um meio de troca de calor. Uma mistura de combustível compreendendo um combustível e um oxidante é fornecida a um reator catalítico que possui um elemento de aquecimento catalítico. O elemento de aquecimento catalítico inclui uma superfície catalítica com um catalisador de oxidação de hidrogênio (HOC) e um catalisador de redução de oxigênio (ORC) e é adaptado para diminuir a energia de ativação de combustão da mistura de combustível, de modo que a combustão ocorra a baixas temperaturas. A mistura de combustível é cataliticamente queimada na superfície catalítica. O calor gerado pela combustão catalítica é transferido para um meio de troca de calor.

[0015] Em um aspecto, é fornecido um combustor catalítico. O combustor inclui uma superfície catalítica tendo uma composição catalítica conforme descrito neste documento, ou preparado por um processo conforme descrito neste documento.

[0016] Em um aspecto, é fornecido um método para combustão catalítica de uma mistura de combustível. Uma mistura de combustível compreendendo um combustível e um oxidante para um combustor ou reator catalítico, conforme descrito neste documento e é cataliticamente queimada em uma superfície catalítica do combustor ou reator catalítico.

[0017] Em algumas modalidades, o HOC e o ORC estão presentes na superfície catalítica em uma proporção entre cerca de 9:1 e cerca de 4:1 por área de superfície. Em algumas modalidades, o HOC e o ORC estão presentes na superfície catalítica em uma proporção de cerca de 20:3 por área de superfície. Em algumas modalidades, o combustível é hidrogênio e o oxidante é oxigênio. Em algumas modalidades, a combustão catalítica ocorre a uma pressão abaixo da pressão atmosférica.

[0018] Em um aspecto, é fornecido um aparelho de reator compreendendo: um elemento de aquecimento compreendendo uma pluralidade de placas, cada placa compreendendo uma superfície catalítica tendo uma composição de catalisador aplicada sobre ela, a composição de catalisador para combustão catalítica de um combustível, a composição de catalisador incluindo um catalisador de oxidação de hidrogênio (HOC) e um catalisador de redução de oxigênio (ORC); e um conduíte em contato com a pluralidade de placas, o conduíte incluindo: uma entrada para receber um meio de troca de calor e uma saída; e uma concha que envolve o conduíte e o elemento de aquecimento, a concha tendo uma ou mais entradas para receber o combustível e um oxidante; em que a energia liberada pela combustão catalítica do combustível é transferida para o meio de troca de calor; e em que a composição de catalisador é adaptada para diminuir a energia de ativação de combustão do combustível, de modo que a reação ocorra sob baixas temperaturas.

[0019] Em algumas modalidades, a pluralidade de placas é empilhada. Em algumas modalidades, a pluralidade de placas é ondulada. Em algumas modalidades, o conduíte é posicionado entre duas placas adjacentes. Em algumas modalidades, o conduíte se entrelaça entre duas placas adjacentes. Em algumas modalidades, é fornecido um lúmen ou ranhura em um ponto de contato entre duas placas adjacentes, o lúmen ou ranhura para receber o conduíte. Em algumas modalidades, as placas adjacentes são espaçadas por um membro de junta. Em algumas modalidades, o membro de junta tem um lúmen ou ranhura para receber o conduíte. Em algumas modalidades, é fornecida uma cavidade de combustão entre duas placas adjacentes. Em algumas modalidades, é fornecido um ou mais distribuidores para distribuir o combustível e o oxidante para a cavidade de combustão próxima à pluralidade de placas. Em algumas modalidades, o um ou mais distribuidores compreendem um primeiro distribuidor para distribuir o combustível e um segundo distribuidor para distribuir o oxidante. Em algumas modalidades, a mistura do combustível e do oxidante ocorre na cavidade de combustão. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações 23 a 39, em que a superfície catalítica inclui uma área HOC e uma área ORC com uma proporção entre cerca de 9:1 e cerca de 4:1. Em algumas modalidades, a proporção da área de HOC para a área de ORC é de cerca de 20:3. Em algumas modalidades, é fornecido um pré-aquecedor a montante e em contato térmico com o reator, para pré-aquecimento do meio de troca de calor ou da mistura de combustível. Em algumas modalidades, o meio de troca de calor compreende água. Em algumas modalidades, a transferência da energia para a água afeta a vaporização para produzir vapor. Em algumas modalidades, o elemento de aquecimento é modular.

[0020] Em um aspecto, é fornecido um sistema de combustão catalítica compreendendo um ou mais do reator ou combustor catalítico, conforme descrito neste documento.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0021] Os aspectos da invenção serão agora descritos com os seguintes desenhos anexos.

[0022] A Fig. 1A é um diagrama esquemático que ilustra uma superfície do catalisador mostrando uma fase contínua incluindo um catalisador de oxidação de hidrogênio e uma fase descontínua incluindo um catalisador de redução de oxigênio.

[0023] A Fig. 1B é um diagrama esquemático que ilustra uma superfície do catalisador mostrando uma fase contínua incluindo um catalisador de oxidação de hidrogênio e uma fase descontínua, incluindo um catalisador de redução de oxigênio, em que a área total da fase descontínua é a mesma que a mostrada na Fig. 1A, mas com um maior perímetro de interface.

[0024] A Fig. 2 é um diagrama de blocos que ilustra um processo para aplicar uma composição de catalisador de acordo com uma modalidade da invenção.

[0025] A Fig. 3 é uma vista em perspectiva de uma seção transversal do permutador de calor de acordo com uma modalidade da invenção.

[0026] A Fig. 4 é um diagrama de blocos que ilustra um processo para aquecer um meio de troca de calor de acordo com uma modalidade da invenção.

[0027] A Fig. 5A é um diagrama esquemático que ilustra partículas de catalisador pulverizadas sobre um substrato.

[0028] A Fig. 5B é um diagrama esquemático que ilustra o catalisador que é galvanizado sobre um substrato de acordo com uma modalidade da invenção.

[0029] A Fig. 6A é uma imagem SEM mostrando a presença de paládio e estanho em um substrato revestido de acordo com uma modalidade da invenção.

[0030] A Fig. 6B é uma imagem SEM mostrando a presença de paládio em um substrato revestido de acordo com uma modalidade da invenção.

[0031] A Fig. 6C é uma imagem SEM mostrando a presença de paládio e estanho em um substrato revestido de acordo com uma modalidade da invenção.

[0032] A Fig. 7 é um gráfico que mostra a temperatura de um sistema operado de acordo com um método de acordo com uma modalidade da invenção.

[0033] A Fig. 8 é uma vista em perspectiva de uma seção transversal do permutador de calor de acordo com uma modalidade da invenção. Um par de entradas de combustível e oxidante é mostrado.

[0034] A Fig. 9 é uma vista em seção transversal do elemento de aquecimento da modalidade do permutador de calor mostrado na Fig. 8.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0035] Ao longo da descrição a seguir, detalhes específicos são mostrados para fornecer um entendimento mais completo às pessoas versadas na técnica. No entanto, elementos bem conhecidos podem não ter sido mostrados ou descritos em detalhes para evitar obscurecer desnecessariamente a divulgação. Consequentemente, a descrição e as figuras devem ser consideradas no sentido ilustrativo ao invés do sentido restritivo. Composição de Catalisador

[0036] Num aspecto, é fornecida uma composição de catalisador compreendendo um catalisador de oxidação de hidrogênio (HOC); e um catalisador de redução de oxigênio (ORC). A composição de catalisador é adaptada para ativação em baixa temperatura de uma reação de combustão de hidrogênio.

[0037] Em algumas modalidades, o HOC é um material em cuja superfície o hidrogênio molecular se dissocia em radicais de hidrogênio. Em algumas modalidades, o HOC é um metal nobre. Em algumas modalidades, o metal nobre é paládio ou platina. Em algumas modalidades, o metal nobre é paládio.

[0038] Em algumas modalidades, o ORC é um material em cuja superfície o oxigênio molecular se dissocia em radicais de oxigênio. Em algumas modalidades, o ORC é ferro, zinco, prata, cobre, estanho, seus óxidos ou qualquer combinação destes. Em algumas modalidades, o ORC é SnO2.

[0039] Em algumas modalidades, após a introdução de hidrogênio molecular e oxigênio molecular na composição de catalisador, o HOC afeta a dissociação do hidrogênio molecular em radicais de hidrogênio e o ORC afeta a dissociação de oxigênio molecular em radicais de oxigênio. O transporte de dois radicais de hidrogênio para um dos radicais de oxigênio na superfície do catalisador afeta a formação de água. A reação geral é exotérmica e pode ser considerada uma combustão catalítica de hidrogênio. A energia liberada pela combustão catalítica do hidrogênio pode ser aproveitada para outros fins. Em algumas modalidades, a energia liberada pela reação é usada para aquecer um meio de troca de calor. Em outras modalidades, a energia liberada pela reação é convertida em trabalho.

[0040] Em algumas modalidades, a composição de catalisador reduz a energia de ativação da reação de combustão de hidrogênio, de modo que a reação ocorra a baixas temperaturas. Por exemplo, a energia de ativação da reação pode ser reduzida de forma que a reação ocorra a uma temperatura abaixo de 140 °C, 100 °C, 50 °C, 30 °C, 20 °C, 15 °C ou mesmo abaixo de 10 °C. Em algumas modalidades, a reação de combustão de hidrogênio que ocorre na superfície do catalisador não acende o hidrogênio molecular a granel. Em tais modalidades, a combustão catalítica é uma combustão catalítica sem chama.

[0041] Em algumas modalidades, o HOC e o ORC são configurados para ter alto perímetro de interface. Em algumas modalidades, a proporção da área de superfície de HOC para a área de superfície de ORC está entre cerca de 9:1 e cerca de 4:1. Em algumas modalidades, a proporção da área de superfície de HOC para a área de superfície de ORC é de cerca de 20:3. Em algumas modalidades, essas proporções de área de superfície de HOC e ORC fornecem perímetro de interface suficiente e quantidades do material catalítico para diminuir a reação de ativação, de modo que a reação de combustão de hidrogênio possa prosseguir a temperaturas mais baixas.

[0042] Em algumas modalidades, com referência às Figuras 1A e 1B, em uma superfície do catalisador 100, o HOC forma uma área de superfície contínua 110 e o ORC forma áreas de superfície descontínuas

120. Em algumas modalidades, o HOC e o ORC são configurados para aumentar o perímetro de interface total entre a área de superfície contínua e as áreas de superfície descontínuas. Por exemplo, reduzir o tamanho de cada área de superfície descontínua 120' enquanto aumenta o número de áreas de superfície descontínuas resulta em aumento do perímetro de interface total para a mesma área de superfície descontínua total.

[0043] Quando a energia de ativação para a reação de combustão catalítica de hidrogênio é reduzida de modo que a reação ocorra a baixas temperaturas, por exemplo, à temperatura ambiente, a reação pode ser iniciada pela simples introdução de hidrogênio e oxigênio na composição de catalisador sem a necessidade de pré-aquecimento ou outra etapa de iniciação. Ao remover o pré-aquecimento, a complexidade e o custo de um sistema de combustão de hidrogênio catalisador podem ser reduzidos. Além disso, o pré-aquecimento introduz um risco potencial de combustão prematura não intencional do hidrogênio, o que pode resultar em perda de eficiência ou preocupações de segurança. Preparação do Catalisador

[0044] Em algumas modalidades, a composição de catalisador é preparada de acordo com um método conforme descrito abaixo. Em algumas modalidades, a composição de catalisador é formada por galvanização.

[0045] Em um aspecto, é fornecido um método 200 para preparar uma composição de catalisador. Referindo-se à Fig. 2, o processo inclui fornecer um substrato em 202. Em 208, uma composição de catalisador é aplicada ao substrato para formar uma superfície catalítica. A composição de catalisador aplicada inclui um catalisador de oxidação de hidrogênio (HOC) e um catalisador de redução de oxigênio (ORC). A superfície catalítica é adaptada para ativação em baixa temperatura de uma reação de combustão de hidrogênio.

[0046] Em algumas modalidades, a composição de catalisador inclui uma área de HOC e uma área de ORC. Em algumas modalidades, a superfície catalítica inclui uma área de HOC e uma área de ORC com uma proporção entre cerca de 9:1 e cerca de 4:1. Em algumas modalidades, a proporção da área de HOC para a área de ORC é de cerca de 20:3.

[0047] Em algumas modalidades, o substrato é resistente à fragilização por hidrogênio. Em algumas modalidades, o substrato é um grafite, cerâmica, aço inoxidável austenítico, alumínio, liga de alumínio ou liga de cobre. Em algumas modalidades, o substrato é grafite, cerâmica, aço inoxidável austenítico ou liga de cobre. Em algumas modalidades, o substrato é grafite ou aço inoxidável austenítico. Em algumas modalidades, o substrato é grafite. Em algumas modalidades, o substrato é de aço inoxidável 316. Em algumas modalidades, o substrato é um condutor de calor. A condução de calor através do substrato pode reduzir a acumulação de calor no sítio da reação, diminuindo assim a formação de pontos quentes.

[0048] Em algumas modalidades, a aplicação da composição de catalisador inclui a aplicação do HOC em 208A, e a aplicação do ORC em 208B. Em algumas modalidades, o HOC é aplicado antes da aplicação do ORC. Em algumas modalidades, o ORC é aplicado antes da aplicação do HOC. Em algumas modalidades, o HOC e o ORC são aplicados em uma única etapa. Em algumas modalidades, a aplicação da composição de catalisador inclui o revestimento do substrato com o HOC, o ORC ou ambos. Em algumas modalidades, o revestimento inclui galvanização ou aplicação de um material catalisador fundido ao substrato. Em algumas modalidades, o revestimento inclui galvanização.

[0049] Em algumas modalidades, a aplicação da composição de catalisador resulta na formação de uma superfície protetora. Por exemplo, em algumas das modalidades a composição de catalisador inibe a oxidação do substrato. Assim, em alguns casos, a aplicação do catalisador pode permitir o uso de uma variedade maior de materiais de substrato.

[0050] Em algumas modalidades, a aplicação da composição de catalisador inclui a aplicação de precursores ou strike. Numa modalidade, a aplicação de um precursor inclui a aplicação de uma camada de base antes da aplicação da composição de catalisador. Em algumas modalidades, a camada de base é uma batida. Conforme usado neste documento, o termo "strike" refere-se a uma camada aplicada entre o substrato e o catalisador para facilitar a ligação ou adesão do catalisador no substrato. Numa modalidade, o strike é níquel. Em outras modalidades, o strike é cobre, zinco ou cobre. Em tais modalidades onde um strike é aplicado, o processo inclui uma ou mais etapas de acabamento, incluindo tratamentos térmicos.

[0051] Em algumas modalidades, o substrato tem uma superfície texturizada. Uma superfície texturizada pode fornecer uma adesão melhorada do material catalisador no substrato. A textura da superfície equilibra a adesão do material catalisador ao substrato com os requisitos de condução térmica e construção. Em algumas modalidades, a superfície do substrato tem um valor de rugosidade Ra de aproximadamente 12,5 μm ou um grau de rugosidade ISO de N10.

[0052] Em algumas modalidades, o substrato é feito rugoso em 204 antes da aplicação de qualquer material catalisador para fornecer uma texturização desejada. Em algumas modalidades, o substrato é feito rugoso usando um processo mecânico, como lixar, jatear, limar, arranhar e serrilhar.

[0053] Em algumas modalidades, o substrato é limpo em 206 antes ou durante a aplicação de qualquer material catalisador. A limpeza remove as impurezas da superfície do substrato para melhorar a adesão do material catalisador. Em algumas modalidades, as impurezas da superfície incluem graxa, resíduo do tratamento de enrugamento mecânico ou ambos. Em algumas modalidades, a limpeza inclui limpeza eletrolítica, lavagem com um solvente ou ambos. Em algumas modalidades, a limpeza inclui limpeza química, limpeza ultrassônica ou ambas.

[0054] Em uma modalidade preferida, uma camada de base é aplicada 207 ao substrato antes da aplicação da composição de catalisador 208. Em algumas modalidades, a camada de base é um revestimento à base de níquel. Em uma modalidade, o revestimento à base de níquel é aplicado eletroliticamente usando um sal de NiCl em um solvente de ácido bórico a uma profundidade entre 100 e 500 mícrons, a uma tensão de 3- 10V e corrente de 2-5A. A cobertura do substrato é inspecionada usando Microscópio Eletrônico de Varredura (SEM)/Raio x por Dispersão de Energia (EDX). De preferência, um revestimento liso e contíguo da camada de base é aplicado no substrato com cobertura superior a 80% do substrato, superior a 90% do substrato, superior a 95% do substrato, superior a 99% do substrato ou 100% do substrato. A camada de base de níquel facilita a ligação do catalisador no substrato. Em uma modalidade, a camada de base de níquel melhora a adesão do HOC a um substrato de aço inoxidável, uma vez que a camada de base de níquel tem forte afinidade ou ligação ao substrato de aço inoxidável e ao HOC. Em algumas modalidades, a camada de base de níquel melhora significativamente a adesão do catalisador às placas dos elementos de aquecimento de um reator e aumenta a longevidade do material.

[0055] Em outras modalidades, a aplicação do HOC 208A inclui o revestimento do substrato diretamente com o catalisador. Em algumas modalidades, o revestimento inclui a galvanização do substrato com o HOC. Em algumas modalidades, a galvanização inclui a aplicação de uma corrente a um substrato imerso em uma solução de galvanização de HOC compreendendo um sal do HOC e um solvente.

[0056] Em algumas modalidades, a aplicação do HOC inclui o revestimento de um substrato com um revestimento de camada de base. Numa modalidade, a camada de base é níquel. Em algumas modalidades, o revestimento inclui a galvanização do substrato revestido com camada de base com o HOC. Em algumas modalidades, a galvanização inclui a aplicação de uma corrente a um substrato revestido com camada de base imerso em uma solução de galvanização de HOC compreendendo um sal de HOC e um solvente.

[0057] Em algumas modalidades, o sal de HOC é um sal de amônio ou cloreto. Em algumas modalidades, o sal de HOC é cloreto de amônio paládio ou cloreto de paládio. Em algumas modalidades, o sal é cloreto de paládio. Em algumas modalidades, o sal de HOC está presente em uma concentração entre cerca de 5 mM e cerca de 15 mM. Em algumas modalidades, o sal de HOC está presente em uma concentração entre cerca de 7 mM e cerca de 10 mM. Em algumas modalidades, o sal de HOC está presente a uma concentração de cerca de 8,8 mM.

[0058] Em algumas modalidades, o solvente inclui amônia aquosa.

[0059] Em algumas modalidades, a solução de galvanização de HOC inclui um agente de condutividade. Em algumas modalidades, o agente de condutividade inclui NaCl.

[0060] Em algumas modalidades, a galvanização inclui a aplicação de uma tensão entre cerca de 5V e cerca de 32V. Em algumas modalidades, a galvanização inclui a aplicação de uma corrente entre cerca de 0,3 A e cerca de 3 A. Em algumas modalidades, a galvanização é efetuada por cerca de 15 minutos.

[0061] Em algumas modalidades, a espessura do HOC aplicado ao substrato está entre cerca de 100 µm e cerca de 1000 µm. Em algumas modalidades, a espessura do HOC aplicado ao substrato é de cerca de 250 µm.

[0062] Em algumas modalidades, após a galvanização do HOC, o substrato é tratado para estabilizar o HOC. Em algumas modalidades, o tratamento de estabilidade inclui o aquecimento do substrato com o HOC eletrodepositado no mesmo. Em algumas modalidades, o aquecimento é efetuado a uma temperatura de cerca de 100 °C.

[0063] Em algumas modalidades, a aplicação do ORC 208B inclui o revestimento do substrato. Em algumas modalidades, a aplicação do ORC inclui a aplicação direta do ORC ao substrato. Em outras modalidades, a aplicação do ORC inclui a aplicação do ORC ao substrato revestido com HOC. Em algumas modalidades, o revestimento inclui a galvanização do substrato com o ORC. Em algumas modalidades, a galvanização inclui a aplicação de uma corrente a um substrato imerso em uma solução de galvanização com ORC compreendendo um sal de ORC e um solvente.

[0064] Em algumas modalidades, o sal de ORC é um sal de cloreto. Em algumas modalidades, o sal de ORC é cloreto estanoso. Em algumas modalidades, o sal de ORC está presente em uma concentração entre cerca de 5 mM e cerca de 10 mM. Em algumas modalidades, o sal de ORC está presente a uma concentração de cerca de 6,6 mM.

[0065] Em algumas modalidades, o sal é produzido dissolvendo um precursor de sal de ORC no solvente. Em algumas modalidades, o precursor de sal de ORC é um óxido. Em algumas modalidades, o óxido é SnO2.

[0066] Em algumas modalidades, o solvente inclui ácido clorídrico. Em algumas modalidades, a solução de galvanização com ORC é preparada dissolvendo SnO2 em HCl. Em algumas modalidades, a solução de galvanização com ORC é preparada dissolvendo 1 g de SnO2 em 800 mL de HCl a 32%.

[0067] Em algumas modalidades, a galvanização inclui a aplicação de uma tensão entre cerca de 5V e cerca de 32V. Em algumas modalidades, a galvanização inclui a aplicação de uma corrente entre cerca de 0,3 A e cerca de 3 A. Em algumas modalidades, a galvanização é efetuada por cerca de 7 minutos.

[0068] Em algumas modalidades, a espessura do ORC aplicado ao substrato está entre cerca de 100 µm e cerca de 1000 µm. Em algumas modalidades, a espessura do ORC aplicado ao substrato é de cerca de 250 µm.

[0069] Em algumas modalidades, o substrato é inspecionado após a aplicação do HOC ou do ORC para confirmar a cobertura do HOC ou do ORC. Em algumas modalidades, o substrato é inspecionado usando SEM/EDX. Em algumas modalidades, se cobertura insuficiente é obtida, uma aplicação secundária do HOC ou ORC é efetuada. Em algumas modalidades, o tratamento térmico (descrito abaixo) resulta em uma redução da cobertura do ORC em relação ao HOC. Por exemplo, enquanto até 40% da superfície do substrato pode ser coberta pelo ORC após sua aplicação (ou seja, uma proporção de 6:4 entre a área de HOC e a área de ORC), apenas 30% da superfície pode ser coberta pelo ORC após tratamento térmico. A inspeção antes do tratamento térmico pode ser usada para determinar se a cobertura de tratamento com pré-aquecimento do ORC é suficiente para obter uma cobertura desejada de tratamento com pós-aquecimento do ORC. Como tal, em algumas modalidades, uma taxa de cobertura alvo entre o ORC e o

HOC é maior após a aplicação do material catalisador do que após o tratamento térmico.

[0070] Uma superfície revestida ou galvanizada com HOC, ORC, ou combinação destes, pode exibir menos formação de pontos quentes ao sofrer combustão catalítica em comparação com uma superfície com grânulos ou partículas de catalisador destes aplicados sobre ela. Sem desejar estar vinculado pela teoria e com referência às Fig. 5A e Fig. 5B, acredita-se que a aplicação do catalisador granular ou particulado 510 deste resulte em áreas de contato relativamente pequenas com o substrato subjacente 520. Em contraste, a galvanização do material catalisador resulta na formação de fina camada de HOC 530 e ORC 540 aplicada na camada de HOC, onde o calor é facilmente transferido para o substrato. Quando uma mistura de combustível, incluindo um combustível e um oxidante, é introduzida na superfície do catalisador, o combustível passa por um processo de combustão pelo qual o calor é liberado. Se o calor não for transferido para longe do catalisador, poderão ser criados “pontos quentes” localizados e resultar na ablação do catalisador da superfície ou na ignição da mistura de combustível que pode causar chama ou explosão. Ao aumentar a área de contato entre o catalisador e o substrato subjacente, o calor pode ser transferido com mais eficiência para longe do catalisador, reduzindo a formação de pontos quentes. A distribuição mais uniforme do calor pode permitir o uso de temperaturas operacionais mais altas.

[0071] Em algumas modalidades, o substrato com HOC e ORC aplicado sobre ele é submetido a uma ou mais etapas de acabamento em

210. Em algumas modalidades, as uma ou mais etapas de acabamento incluem tratamento térmico. Em algumas modalidades, o tratamento térmico ocorre sob ar ou N2. Em algumas modalidades, o tratamento térmico ocorre sob ar. Em algumas modalidades, o tratamento térmico é efetuado após a aplicação do HOC ao substrato, a aplicação do ORC ao substrato, ou ambos.

Em algumas modalidades, o tratamento térmico inclui um tratamento térmico do HOC e um tratamento térmico do ORC.

[0072] Em algumas modalidades, o tratamento térmico do HOC é efetuado após o tratamento de estabilidade. Em algumas modalidades, o tratamento térmico do HOC é efetuado a uma temperatura entre cerca de 800 °C e cerca de 1200 °C. Em algumas modalidades, o tratamento térmico do HOC é efetuado a uma temperatura de cerca de 900 °C. Em algumas modalidades, o tratamento térmico é efetuado entre cerca de 30 minutos e cerca de 4 horas. Em algumas modalidades, o tratamento térmico é efetuado por cerca de uma hora. Em algumas modalidades, o tratamento térmico causa o recozimento do HOC aplicado ao substrato. Em algumas modalidades, o tratamento térmico causa o recozimento do HOC na camada de base.

[0073] Em algumas modalidades, o tratamento térmico do ORC é efetuado após o tratamento de estabilidade. Em algumas modalidades, o tratamento térmico do ORC é efetuado a uma temperatura entre cerca de 200 °C e cerca de 600 °C. Em algumas modalidades, o tratamento térmico do ORC é efetuado a uma temperatura de cerca de 400 °C. Em algumas modalidades, o tratamento térmico é efetuado entre cerca de 30 minutos e cerca de 4 horas. Em algumas modalidades, o tratamento térmico é efetuado por cerca de uma hora.

[0074] Em algumas modalidades, o tratamento térmico ativa ou aumenta a atividade catalítica do HOC, do ORC ou de ambos. Em algumas modalidades, o tratamento térmico ativa ou aumenta a atividade do ORC. Em algumas modalidades, o tratamento térmico afeta a calcinação do HOC, do ORC ou de ambos. Em algumas modalidades, um precursor de ORC é aplicado e o tratamento térmico afeta a formação do ORC, tal como convertendo o precursor de ORC no ORC.

[0075] Em algumas modalidades, o estanho é aplicado ao substrato e o tratamento térmico afeta a formação de óxido estanoso. Reatores

[0076] Com referência à Fig. 3, em um aspecto, é fornecido um reator 300. Numa modalidade, o reator é um permutador de calor. O reator 300 inclui um conduíte 310 com uma entrada 312 para receber um primeiro material fluido e uma saída 314; e uma concha 330 que envolve o conduíte 310 tendo uma entrada 332 para receber um segundo material fluido e uma saída 334. Um do primeiro material fluido e o segundo material fluido é uma mistura de combustível. O outro do primeiro material fluido e o segundo material fluido é um meio de troca de calor. O conduíte 310 inclui o elemento de aquecimento 316 tendo disposto sobre ele uma composição de catalisador incluindo um catalisador de oxidação de hidrogênio (HOC) e um catalisador de redução de oxigênio (ORC). O elemento de aquecimento 316 é configurado para efetuar a combustão catalítica da mistura de combustível e transferir a energia liberada pela combustão catalítica para o meio de troca de calor. Em algumas modalidades, a composição de catalisador reduz a energia de ativação da combustão catalítica, de modo que ocorra a baixas temperaturas.

[0077] Em algumas modalidades, a composição de catalisador é uma composição de catalisador conforme descrito acima. Em algumas modalidades, o elemento de aquecimento 316 inclui um substrato tendo o HOC e o ORC aplicados ao mesmo. Em algumas modalidades, o HOC e o ORC são aplicados ao substrato usando o método conforme descrito acima. Em algumas modalidades, a proporção do HOC para o ORC está entre cerca de 9:1 e cerca de 4:1 por área de superfície. Em algumas modalidades, a proporção da área de superfície do HOC para o ORC é de cerca de 20:3.

[0078] Em algumas modalidades, a mistura de combustível inclui um combustível e um oxidante. Em algumas modalidades, o combustível inclui hidrogênio, um material de hidrocarboneto ou uma mistura destes. Em algumas modalidades, o material de hidrocarboneto é um material de hidrocarboneto renovável, como biodiesel, biogás ou algas. Em algumas modalidades, o combustível é hidrogênio. Em algumas modalidades, o oxidante inclui oxigênio, ar enriquecido com oxigênio ou ar. Em algumas modalidades, o oxidante é oxigênio.

[0079] Em algumas modalidades, a entrada que recebe a mistura de combustível compreende a entrada de combustível e uma entrada de oxidante. Dessa maneira, a mistura de combustível não precisa ser pré- misturada. Ao introduzir os componentes da mistura de combustível no reator, a composição da mistura de combustível pode ser mais bem controlada. Quaisquer alterações na composição da mistura de combustível introduzida no reator são realizadas mais rapidamente, pois os atrasos no transporte podem ser minimizados. Além disso, sem um oxidante presente com o combustível, o transporte do combustível e do oxidante separadamente pode ser relativamente mais seguro do que o transporte da mistura de combustível.

[0080] Em algumas modalidades, o meio de troca de calor inclui água ou hélio. Em algumas modalidades, o meio de troca de calor inclui ou é água. Em tais modalidades, a combustão catalítica da mistura de combustível aquece a água. Em algumas modalidades, a água é aquecida para gerar vapor. O vapor gerado pelo trocador de calor 300 pode ser usado para vários propósitos. Por exemplo, o vapor pode ser usado para acionar turbinas para gerar eletricidade, fornecer energia em aplicações de aquecimento urbano ou em outras aplicações que requerem vapor.

[0081] Em algumas modalidades, pelo menos uma porção do elemento de aquecimento 316 é integral a uma superfície do conduíte 310. Em algumas modalidades, pelo menos uma porção do elemento de aquecimento 316 é ligada a uma superfície do conduíte 310.

[0082] Em algumas modalidades, o elemento de aquecimento 316 inclui uma pluralidade de aletas 318. A adição de aletas pode aumentar a área da superfície em que a combustão catalítica do hidrogênio pode ocorrer. Em algumas modalidades, uma ou mais das aletas são encrespadas ou têm uma forma de sanfona para aumentar ainda mais a área da superfície. Em algumas modalidades, a pluralidade de aletas 318 é ligada ao conduíte 310. A ligação das aletas facilita a transferência de calor, por exemplo, por condução, das aletas 318 para o conduíte 310 e qualquer material em contato com as mesmas. Por exemplo, onde a combustão catalítica da mistura de combustível ocorre na superfície das aletas 318, o calor liberado pela reação pode ser transferido para o meio de troca de calor através do conduíte 310.

[0083] Em algumas modalidades, o reator 300 inclui um distribuidor 320 para distribuir a mistura de combustível próxima ao elemento de aquecimento 316. A distribuição da mistura de combustível para o elemento de aquecimento 316 pode introduzir melhor hidrogênio não queimado na superfície do elemento de aquecimento 316. Em algumas modalidades, o distribuidor 320 é acoplado fluidamente à entrada (312 ou 332) que recebe a mistura de combustível. Em algumas modalidades, o distribuidor 320 inclui uma pluralidade de tubos enganchados, cada um dos orifícios definidores para distribuir a mistura de combustível ao elemento de aquecimento 316. Em algumas modalidades, o distribuidor 320 varia a composição da mistura de combustível distribuída a diferentes zonas do elemento de aquecimento 316 de modo que cada zona seja fornecida com uma mistura de combustível individualizada. Por exemplo, cada um da pluralidade de tubos pode distribuir uma mistura de combustível independente.

[0084] Em algumas modalidades, o conduíte 310 inclui uma pluralidade de tubos 322. Dessa maneira, a taxa de transferência de calor para o meio de troca de calor é aumentada maximizando a proporção da área de superfície em relação ao volume. Em algumas modalidades, os tubos 322 são arranjados em um arranjo de passagem única, pelo qual o fluido recebido em uma extremidade do conduíte 310 é conduzido para outra extremidade. Em algumas modalidades, os tubos são arranjados em um arranjo de múltiplas passagens, pelo qual o fluido recebido em uma extremidade do conduíte é conduzido para a outra extremidade e de volta para a primeira extremidade e, opcionalmente, para mais passagens.

[0085] Em algumas modalidades, o conduíte 310 recebe o meio de troca de calor e a concha 330 recebe a mistura de combustível. Em tais modalidades, o elemento de aquecimento 316 é disposto na parte externa do conduíte 310 e exposto ao volume interior da concha 330. O calor gerado pela combustão catalítica da mistura de combustível é transferido para o meio de troca de calor disposto dentro do conduíte 310.

[0086] Em algumas modalidades, a combustão catalítica da mistura de combustível afeta o aquecimento da concha 330. Em algumas modalidades, um pré-aquecedor 340 em contato com uma superfície externa da concha 330 transfere o calor liberado pela combustão catalítica da mistura de combustível para a mistura de combustível ou o meio de troca de calor antes de sua introdução no conduíte 310 ou na concha 330. Em algumas modalidades, o pré-aquecedor 340 é disposto a montante do conduíte 310 e pré-aquece o meio de troca de calor antes de sua introdução no conduíte a montante 310. Em algumas modalidades, o meio de troca de calor é aquecido a uma temperatura de cerca de 90 °C antes de sua introdução na entrada.

[0087] Em algumas modalidades, o combustível não reagido na mistura de combustível é reciclado de volta para o permutador de calor. A reciclagem de combustível reduz a quantidade de combustível não queimado que deve ser tratado ou armazenado. Em algumas modalidades, um condensador a jusante (não mostrado) remove a água dos produtos de combustão. Ao remover a água dos produtos de combustão, o combustível reciclado pode conter menos diluente térmico. O diluente térmico pode causar uma diminuição na temperatura de operação ou um aumento na formação de condensação na superfície catalítica, o que pode reduzir ou inibir a combustão.

[0088] Em algumas dessas modalidades em que o combustível é hidrogênio, os componentes configurados para contato com ele são feitos de materiais resistentes à fragilização por hidrogênio. Por exemplo, materiais resistentes à fragilização por hidrogênio incluem aço inoxidável austenítico, cobre, ligas de cobre, alumínio, ligas de alumínio e cerâmica.

[0089] Em algumas dessas modalidades em que a concha 330 recebe a mistura de combustível, o interior da concha é revestido com um material refletivo para reduzir ou minimizar a perda de calor por radiação. Em algumas modalidades, o permutador de calor inclui isolamento que envolve a concha. Em algumas modalidades, o isolamento é de lã de vidro.

[0090] Com referência à Fig. 8, é fornecida outra modalidade de um reator 800 com transferência de calor condutora aprimorada. Em algumas modalidades, entrelaçar os elementos de aquecimento e o primeiro e o segundo conduítes de material de fluido permite maior transferência de calor, além de aumentar a escala com maiores volumes de material fluido e combustível.

[0091] O reator 800 inclui um conduíte 810 tendo uma entrada 812 para receber um primeiro material fluido e uma saída 814. O conduíte 810 está conectado a um elemento de aquecimento 816, tendo disposto sobre ele uma composição de catalisador incluindo um catalisador de oxidação de hidrogênio (HOC) e um catalisador de redução de oxigênio (ORC). O elemento de aquecimento 816 é configurado para efetuar a combustão catalítica da mistura de combustível e transferir a energia liberada pela combustão catalítica para o meio de troca de calor. Em algumas modalidades, a composição de catalisador reduz a energia de ativação da combustão catalítica, de modo que ocorra a baixas temperaturas. O conduíte 810 e o elemento de aquecimento 816 são posicionados dentro de uma cavidade de reação fechada por uma concha 830. A concha 830 tem uma ou mais entradas para receber um segundo material fluido. Numa modalidade, o primeiro material fluido é um meio de troca de calor, e o segundo material fluido é um combustível e um oxidante. Em algumas modalidades, o segundo material fluido é uma mistura de combustível e oxidante. Em modalidades preferidas, o combustível e o oxidante são recebidos separadamente e não pré-misturados. Em algumas modalidades, o combustível é uma mistura de um ou mais tipos diferentes de combustíveis.

[0092] Numa modalidade, a concha tem um par de entradas 832a, 832b para receber uma mistura de combustível na cavidade de reação. Em algumas modalidades, o segundo material fluido inclui um combustível e um oxidante. Uma das entradas 832a, 832b é para receber o combustível e a outra é para receber o oxidante. Em algumas modalidades, o combustível é um combustível conforme descrito acima. Em algumas modalidades, o meio de troca de calor é um meio de troca de calor conforme descrito acima.

[0093] Em algumas modalidades, a composição de catalisador é uma composição de catalisador conforme descrito acima. Tendo referência à Fig. 9, em algumas modalidades, o elemento de aquecimento 816 inclui uma pluralidade de placas horizontais 950a, 950b, 950c, tendo o HOC e o ORC aplicados sobre ele. Em algumas modalidades, o HOC e o ORC são aplicados às placas usando o método conforme descrito acima. Em algumas modalidades, a proporção do HOC para o ORC está entre cerca de 9:1 e cerca de 4:1 por área de superfície. Em algumas modalidades, a proporção da área de superfície do HOC para o ORC é de cerca de 20:3.

[0094] Em algumas modalidades, o elemento de aquecimento 816 inclui uma pluralidade de placas, incluindo placas onduladas. Em algumas modalidades, algumas da pluralidade de placas são onduladas. Em algumas modalidades, a pluralidade de placas onduladas é empilhada. Em algumas modalidades, o conduíte 810 é posicionado adjacente ao local em que uma placa entra em contato com outra.

[0095] Em algumas modalidades, cada placa tem uma forma de seção transversal compreendendo sulcos alternados 952 e calhas

954. Exemplos da forma de seção transversal incluem, mas não estão limitados a: ondas sinusoidais, zigue-zagues, dobrados, recortados e serrilhados. Em modalidades preferidas, cada placa é fixada à placa adjacente por uma ou mais juntas 956. Em algumas modalidades, as uma ou mais juntas mantêm as placas adjacentes afastadas uma da outra. Numa modalidade, um primeiro lado de uma junta é fixado a uma superfície superior de um sulco de uma placa e um segundo lado da junta é fixado a uma superfície inferior de uma calha de outra placa. Em algumas modalidades, cada junta se estende pela largura da placa e inclui um lúmen 958 para receber o conduíte 810. Numa modalidade, uma junta é formada por dois membros de junta, cada um com um canal aberto alongado, onde um é soldado a uma placa e o outro é soldado a uma placa adjacente. Quando as duas placas são empilhadas, os dois canais abertos alongados combinam-se para formar um lúmen contínuo 958 para receber o conduíte 810. Em outras modalidades, uma junta tem uma ranhura para receber o conduíte 810.

[0096] Em algumas modalidades, a pluralidade de placas horizontais é empilhada e mantida unida pela aplicação de uma força compressiva, aplicada, por exemplo, por um grampo ou parafusos. Em algumas modalidades, a pluralidade de placa e juntas horizontais são mantidas juntas pela aplicação de uma força compressiva, aplicada, por exemplo, por um grampo ou parafusos. Em uma modalidade alternativa, a pluralidade de placa e juntas horizontais são todas soldadas ou ligadas. Em ainda outra modalidade, a pluralidade de placas é diretamente soldada ou ligada, sem o uso de uma junta e incluindo um lúmen alongado, onde placas adjacentes entram em contato ou são unidas para receber o conduíte.

[0097] Em algumas modalidades, a pluralidade de placas quando empilhadas juntas têm uma forma de seção transversal geral que é, por exemplo, uma grade, um favo de mel ou um padrão de damasco.

[0098] Numa modalidade, o elemento de aquecimento tem uma pluralidade de placas empilhadas juntas, sendo cada placa aproximadamente de 30 mm por 400 mm. Em outra modalidade, o elemento de aquecimento tem seis placas empilhadas juntas, cada placa sendo de aproximadamente 100 mm por 200 mm.

[0099] Em algumas modalidades, o conduíte 810 se entrelaça através dos lúmens das articulações, formando um laço 860 conforme o conduíte se estende para fora de um lúmen e através do próximo lúmen. Em algumas modalidades, o laço 860 se estende além da largura da pluralidade de placas. Em algumas modalidades, o conduíte é arranjado em um arranjo de passagem única através do lúmen, pelo qual o fluido recebido em uma extremidade do lúmen é conduzido para outra extremidade do lúmen. Em algumas modalidades, o conduíte 810 é arranjado em um arranjo de múltiplas passagens através do lúmen, pelo qual o fluido recebido em uma extremidade do lúmen é conduzido para a outra extremidade e de volta para a primeira extremidade e, opcionalmente, para mais passagens.

[0100] Em algumas modalidades, a pluralidade de placas é plana e cada placa é ligada ao local adjacente por uma pluralidade de juntas alongadas que se estendem ao longo da largura das placas e mantendo as placas afastadas. Nesta modalidade, as juntas incluem um lúmen através do qual o conduíte 810 se entrelaça.

[0101] Em algumas modalidades, cada segmento 910 do conduíte que se estende através de um lúmen é separado do próximo segmento por uma distância "w", em que w é pelo menos 10 mm, pelo menos 20 mm, pelo menos 30 mm, preferencialmente pelo menos 40 mm. Numa modalidade w é pelo menos 42 mm. Em algumas modalidades, cada linha do conduíte, quando entrelaçada entre um par de placas, é separada da próxima linha por uma distância "h", em que h é pelo menos pelo menos 10 mm, pelo menos 15 mm, pelo menos 20 mm, preferencialmente pelo menos 25 mm. Numa modalidade, h é pelo menos 26 mm.

[0102] Em algumas modalidades, a pluralidade de placas é parte integrante de uma superfície do conduíte 810. Em algumas modalidades, pelo menos uma porção da pluralidade de placas é ligada a uma superfície do conduíte 810.

[0103] Em algumas modalidades, o reator 800 inclui um distribuidor 820 para distribuir o combustível e o oxidante próximos às placas. A distribuição do combustível e do oxidante nas placas pode introduzir melhor hidrogênio não queimado na superfície das placas. Em algumas modalidades,

o distribuidor 820 é acoplado fluidamente às uma ou mais entradas que recebem o combustível e o oxidante. O distribuidor se estende pela largura das placas através de uma cavidade 970 definida por um sulco de uma placa e uma calha de outra placa. Em algumas modalidades, o distribuidor 820 inclui orifícios para distribuir a mistura de combustível às cavidades 970 formadas entre as placas. Em algumas modalidades, o distribuidor 820 tem uma pluralidade de orifícios de tamanhos iguais ou variados ao longo de um comprimento do distribuidor que se estende ao longo da largura das placas. Em algumas modalidades, o tamanho dos orifícios ao longo do comprimento do distribuidor é variado para permitir um grau de equilíbrio na taxa de fluxo. Por exemplo, os orifícios próximos à extremidade de entrada do distribuidor são menores que os orifícios na extremidade do distribuidor mais afastados da entrada. Outros tamanhos também são possíveis e conhecidos por um versado na técnica.

[0104] Em algumas modalidades, um par de distribuidores 920a, 920b é fluidamente acoplado ao respectivo par de entradas 832a, 832b que recebe respectivamente o combustível e o oxidante. Ambos os pares de distribuidores se estendem através da cavidade 970 definida por um sulco de uma placa e uma calha de outra placa, distribuindo desse modo o combustível e o oxidante para a cavidade 970. Em algumas modalidades, um dos pares de distribuidores é posicionado mais próximo ou substancialmente dentro da porção da cavidade definida pelo sulco 972, e o outro do par de distribuidores é posicionado mais próximo ou substancialmente dentro da porção da cavidade definida pela calha 974. Em algumas modalidades, o par de distribuidores 920a, 920b tem cada um uma pluralidade de orifícios de tamanhos iguais ou variados ao longo de um comprimento do distribuidor que se estende ao longo da largura das placas. Os orifícios ao longo de um dos pares de distribuidores coincidem na posição longitudinal e se opõem aos orifícios correspondentes do outro do par de distribuidores. O combustível e os gases oxidantes se misturam turbulentamente à medida que se encontram provenientes dos tubos de alimentação do distribuidor oposto, formando uma mistura oxidante de combustível que entra em contato com a superfície catalítica circundante das placas. Uma vantagem de introduzir o combustível e o oxidante separadamente e misturá-los o mais tarde possível no reator é que isso permite uma combustão mais eficiente, com o mínimo de escape de resíduos e a máxima combustão do combustível.

[0105] Em algumas modalidades, o distribuidor tem um diâmetro de 3-10 mm, 5-8 mm, 6-7 mm, preferencialmente 6,35 mm. Em algumas modalidades, os orifícios têm uma faixa de tamanho de 0,1-2 mm, 0,5- 1,5 mm, preferencialmente 1 mm. Outras dimensões também são possíveis.

[0106] Em algumas modalidades, o reator inclui uma rede de distribuidores ou uma pluralidade de pares de distribuidores para distribuir o combustível e os oxidantes para as várias cavidades formadas entre as placas. Em modalidades preferidas, cada cavidade recebe um par de distribuidores que são acoplados fluidamente ao seu próprio par de entradas. Em tais modalidades, há uma pluralidade de pares nas entradas e uma correspondente pluralidade de pares de distribuidores. Em algumas modalidades, o distribuidor tem uma extremidade aberta acoplada fluidamente à entrada para receber a mistura de combustível; e uma extremidade fechada. Dessa maneira, a mistura de combustível é injetada através das entradas e depois sai pelos orifícios que servem como saídas. Em algumas modalidades, o par de distribuidores tem cada um uma extremidade aberta e uma extremidade fechada, e orifícios através dos quais o combustível e o oxidante saem permitindo um alto grau de mistura do combustível e do oxidante antes de entrarem em contato com a superfície das placas. Em modalidades alternativas, o distribuidor ou o par de distribuidores se entrelaçam através das várias cavidades formadas entre as placas.

[0107] Em algumas modalidades, o reator é uma unidade modular com sua própria concha, elemento de aquecimento, conduíte para um meio de troca de calor e entrada de combustível. Numa modalidade, um sistema de combustão catalítica inclui múltiplos reatores modulares. Numa modalidade, cada unidade modular de reator possui um elemento de aquecimento com 30 placas de aquecimento, 400 mm de diâmetro e aproximadamente 1 mm de espessura. Em algumas modalidades, um sistema de combustão catalítica tem mais de 3, mais de 5, mais de 10 ou mais de 20 unidades do reator modular. Numa modalidade, um sistema de combustão catalítica tem 4 a 6 unidades modulares de reator. Numa modalidade, as unidades modulares de reator são montadas em pilhas. Fornecer os reatores como módulos tem muitas vantagens, incluindo a capacidade de substituir um módulo independentemente do restante, para manutenção ou reparo.

[0108] Em algumas modalidades de um sistema de combustão catalítica, o conduíte é um conduíte dedicado para cada unidade modular de reator. Em algumas modalidades, um sistema de combustão catalítica tem uma rede de conduítes arranjada em paralelo ou em série para fornecer o meio de troca de calor a cada uma das unidades modulares de reator. Em algumas modalidades em que um sistema de combustão catalítica inclui unidades modulares de reator montadas em pilhas, o conduíte é configurado de modo que o meio de troca de calor seja introduzido através de uma entrada de conduíte localizada em uma porção inferior do reator modular e saia através de uma saída de conduíte localizada em uma porção superior do reator modular. Uma saída de conduíte de um primeiro reator modular empilhado está em conexão fluida com uma entrada de conduíte de um segundo reator modular empilhado. Desta maneira, o número de unidades modulares de reator em um sistema de combustão catalítica pode ser alterado com base em uma saída desejada do meio de troca de calor da unidade modular de reator superior.

[0109] Em algumas modalidades, o reator descrito neste documento inclui uma pluralidade de elementos de aquecimento, cada um com uma pluralidade de placas. Em algumas modalidades, o reator descrito neste documento inclui um elemento de aquecimento modular, cada unidade modular tendo uma pluralidade de placas Troca de Calor

[0110] Em permutadores de calor conhecidos, um meio quente é tipicamente fornecido dentro de um conduíte e envolvido por um meio frio para transferir calor do meio quente para o meio frio. Para maximizar a combustão de combustível e, ao mesmo tempo, maximizar a transferência de calor, são desenvolvidos reatores e superfícies catalíticas aprimorados, conforme descrito neste documento, que são mais eficientes quando um meio frio (ou seja, o meio de troca de calor) é fornecido dentro de um conduíte cercado por um meio quente (ou seja, elemento de aquecimento revestido com a composição de catalisador).

[0111] Além disso, quando se inicia inicialmente um permutador de calor, a perda precoce de calor devido à transferência condutora de calor para o meio de troca de calor pode diminuir a eficácia do elemento de aquecimento que possui a composição catalítica aplicada no início da combustão. Para evitar atraso significativo ou aumento inicial lento da temperatura, os reatores descritos neste documento também têm a vantagem de gerenciar com mais eficiência essa perda de calor precoce durante a inicialização, entrelaçando o conduíte entre as placas e enrolando o conduíte além da largura das placas, de modo que a porção do laço não esteja em contato com as placas.

[0112] Em um aspecto, é fornecido um método 400 para aquecer um meio de troca de calor, como mostrado na Fig. 4. Em 402, uma superfície catalítica compreendendo um catalisador de oxidação de hidrogênio (HOC) e um catalisador de redução de oxigênio (ORC). A superfície catalítica é adaptada para diminuir a energia de ativação de uma combustão de uma mistura de combustível compreendendo um combustível e um oxidante, de modo que a combustão ocorra a baixas temperaturas. Em 404, a mistura de combustível é fornecida à superfície catalítica. Em 406, a mistura de combustível é queimada na superfície catalítica. Em 408, o calor gerado pela combustão catalítica é transferido para um meio de troca de calor.

[0113] Em algumas modalidades, o HOC e o ORC estão presentes numa proporção entre cerca de 9:1 e cerca de 4:1 por área de superfície. Em algumas modalidades, o HOC e o ORC estão presentes em uma proporção de cerca de 20:3.

[0114] Em algumas modalidades, a mistura de combustível inclui um combustível e um oxidante. Em algumas modalidades, o combustível inclui hidrogênio, um material de hidrocarboneto ou uma mistura destes. Em algumas modalidades, o material de hidrocarboneto é um material de hidrocarboneto renovável, como biodiesel, biogás ou algas. Em algumas modalidades, o combustível é hidrogênio. Em algumas modalidades, o oxidante inclui oxigênio, ar enriquecido com oxigênio ou ar. Em algumas modalidades, o oxidante é oxigênio.

[0115] Em algumas modalidades, os produtos de combustão da combustão catalítica incluem água. A acumulação de água na superfície catalítica reduz a superfície disponível para catalisar a combustão da mistura de combustível. Em algumas modalidades, a combustão catalítica ocorre a uma baixa pressão. Pressões mais baixas podem diminuir o ponto de ebulição da água. O ponto de ebulição reduzido pode diminuir a água líquida acumulada na superfície catalítica, aumentando a taxa de vaporização da água.

[0116] Em algumas modalidades, o fornecimento da mistura de combustível inclui modular a composição da mistura de combustível. Em algumas modalidades, o fornecimento da mistura de combustível inclui uma fase de inicialização 404A, uma fase operacional 404B ou ambas.

[0117] Durante a fase de inicialização 404A, a superfície catalítica é disposta a uma temperatura inicial. Em algumas modalidades, a temperatura inicial da superfície do catalisador é inferior a 100 °C, 50 °C, 30 °C, 20 °C, 15 °C ou mesmo abaixo de 10 °C. Em algumas modalidades, a composição da mistura de combustível fornecida durante a fase de inicialização

404A é relativamente rica em oxigênio. Uma mistura de combustível relativamente rica em oxigênio pode sofrer combustão catalítica a uma temperatura mais baixa do que uma mistura rica em combustível. Em algumas modalidades, a proporção de oxigênio para combustível da mistura de combustível fornecida durante a fase de inicialização está entre cerca de 1:2 e cerca de 1:1. Em algumas modalidades, a proporção de oxigênio para combustível da mistura de combustível fornecida durante a fase de inicialização é de cerca de 11:14. A combustão catalítica afeta o aquecimento da superfície catalítica. Em algumas modalidades, a fase de inicialização dura até uma hora, 45 minutos, 30 minutos ou até 20 minutos.

[0118] Com referência à Fig. 7, em uma modalidade particular da invenção, uma mistura de combustível foi fornecida a um reator. A temperatura inicial era a temperatura ambiente (aproximadamente 25 °C). A temperatura subiu lentamente por cerca de 10 segundos até atingir aproximadamente 35 °C, altura em que a temperatura começou cada vez mais rapidamente. Sem querer ser limitado pela teoria, acredita-se que, à temperatura inicial, a energia era suficiente para ativar a reação, mas a taxas de reação relativamente baixas. À medida que a reação prosseguia, a energia era liberada pela reação de combustão catalítica exotérmica. Isso resultou no aumento observado na temperatura e forneceu energia adicional, o que aumentou as taxas de reação e levou a aumentos mais rápidos na temperatura. Por outro lado, em um sistema alimentado com a mesma mistura de combustível, mas onde o paládio era o único material catalítico em um elemento de aquecimento semelhante, não houve aumento observado da temperatura em relação às temperaturas ambientes, mesmo após um período de mais de uma hora.

[0119] Em algumas modalidades, uma vez que a temperatura da superfície catalítica excede cerca de 140 °C, o processo entra na fase operacional 404B. Em algumas modalidades, a composição da mistura de combustível é relativamente rica em combustível. Em algumas modalidades,

a combustão catalítica com uma mistura de combustível relativamente rica em combustível pode ocorrer a temperaturas operacionais mais altas, pois não há excesso de oxidante para atuar como um diluente térmico. Em algumas modalidades, a proporção de oxigênio para combustível da mistura de combustível fornecida durante a fase operacional está entre cerca de 2:5 e cerca de 2:3. Em algumas modalidades, a proporção de oxigênio para combustível da mistura de combustível fornecida durante a fase operacional é de cerca de 3:4. Em algumas modalidades, a combustão catalítica durante a fase operacional ocorre na superfície catalítica com uma temperatura operacional superior a 300 °C, 400 °C, 500 °C ou mesmo 600 °C. Em algumas modalidades, a temperatura operacional é superior a 600 °C. Temperaturas mais altas da superfície catalítica resultam em um gradiente térmico maior com o meio de troca de calor, aumentando assim a quantidade de calor transferida para o meio de troca de calor.

[0120] Em algumas modalidades, a mistura de combustível tem diluente térmico limitado ou inexistente. Por exemplo, o ar é uma mistura de gases, incluindo nitrogênio, oxigênio e dióxido de carbono. Os gases que não são oxigênio no ar têm reatividade limitada e podem atuar como diluentes térmicos absorvendo parte do calor liberado pela combustão catalítica, de modo que as temperaturas que podem ser alcançadas pela combustão catalítica da mistura de combustível sejam mais baixas do que quando a mistura de combustível inclui diluente térmico limitado ou inexistente. Além disso, em altas temperaturas de operação, a presença de nitrogênio pode resultar na formação de NOx indesejável. Como tal, em algumas modalidades, o oxidante é ar enriquecido com oxigênio ou oxigênio. Em algumas modalidades, o oxidante é oxigênio.

[0121] Em algumas modalidades, a combustão catalítica é efetuada a uma pressão menor que a atmosférica. Em algumas modalidades, a combustão catalítica é efetuada a uma pressão inferior a 100 kPa, 90 kPa, 80 kPa, 70 kPa, 60 kPa ou mesmo inferior a 50 kPa. A pressões inferiores às pressões atmosféricas, o ponto de ebulição da água é reduzido, reduzindo assim a probabilidade de acúmulo de água líquida na superfície catalítica. Além disso, a pressões mais baixas, a combustibilidade da mistura de combustível a granel pode ser reduzida, o que pode resultar em maior segurança.

[0122] Em algumas modalidades, o meio de troca de calor é água, circuito de hélio arrefecido por convecção, sCO2 (dióxido de carbono superaquecido). Em algumas modalidades, a transferência do calor para a água resulta na formação de vapor. O vapor pode ser usado, por exemplo, para acionar turbinas, fornecer energia para sistemas de aquecimento urbano ou em operações de dessalinização.

[0123] Em algumas modalidades, a superfície catalítica é pelo menos uma porção da superfície de um elemento de aquecimento do permutador de calor descrito acima. Em algumas modalidades, a superfície catalítica é preparada de acordo com um método conforme descrito acima. Em algumas modalidades, a superfície catalítica inclui uma composição de catalisador conforme descrito acima.

[0124] Em um aspecto, é fornecido um combustor catalítico. O combustor catalítico inclui uma superfície catalítica. A superfície catalítica inclui uma composição catalítica conforme descrito acima ou é preparada por um processo conforme descrito acima.

[0125] Em algumas modalidades, o calor gerado pela operação do combustor catalítico é usado como fonte de calor para efetuar o trabalho. Em algumas modalidades, o calor gerado pela operação do combustor catalítico é usado para acionar um Motor Stirling, uma turbina, uma operação de mudança de fase para ar condicionado, um sistema de aquecimento urbano ou um sistema de dessalinização. Por exemplo, em algumas modalidades, o combustor catalítico é um elemento de aquecimento incorporado no reator 300. Em outra modalidade, o combustor catalítico é um bloco de grafite com um furo adaptado para receber um cilindro de expansão de um motor Stirling. Em algumas modalidades, o calor gerado pela operação do combustor catalítico é usado para gerar vapor. Por exemplo, o combustor catalítico pode ser integrado a um reator conforme descrito acima.

[0126] Em um aspecto, é fornecido um método para combustão catalítica de uma mistura de combustível. Uma mistura de combustível incluindo um combustível e um oxidante é fornecida a um combustor catalítico conforme descrito acima e cataliticamente queimada na superfície catalítica do combustor catalítico. Em algumas modalidades, a combustão catalítica é efetuada de maneira semelhante ao aquecimento de um meio de troca de calor conforme descrito acima, exceto que o calor não é necessariamente transferido para o meio de troca de calor.

EXEMPLOS

[0127] Exemplo 1 - Preparação de uma composição de catalisador

[0128] Um disco foi cortado a partir de chapa de aço inoxidável 316 com uma espessura de 0,8 mm. Os furos de montagem foram perfurados no disco. A superfície do disco foi feita rugosa mecanicamente até uma rugosidade ISO de grau N10, usando papel de carborundum, com grãos progressivamente mais finos de 30 a 800.

[0129] Uma solução de galvanização com HOC foi preparada dissolvendo 1 g de PdCl em 800 mL de amônia a 30%. O disco e um eletrodo de paládio de área semelhante foram suspensos mecanicamente na solução e uma corrente elétrica de 1 A a 30 V foi aplicada por 15 minutos. O objetivo era obter uma cobertura uniforme de paládio com aproximadamente 250 µm de espessura.

[0130] Uma vez concluído o chapeamento, o disco foi removido, lavado com água destilada e seco de forma suave com um limpador delicado para remover o excesso de líquido restante. O disco foi então cozido em um forno industrial a 100 °C por aproximadamente 15 minutos para remover a solução residual de galvanização.

[0131] Uma inspeção visual da superfície foi realizada para confirmar que um revestimento uniforme foi aplicado sem substrato visível. Se a cobertura era marginal, era realizada uma inspeção SEM/EDX multiponto. O processo de galvanização era repetido, se necessário.

[0132] Uma vez confirmada a cobertura, o disco era recozido a 900 °C por 1 hora e depois deixado arrefecer até a temperatura ambiente.

[0133] Uma solução de galvanização com ORC foi preparada dissolvendo 1 g de SnO2 em 800 mL de HCl a 32%.

[0134] O disco arrefecido foi suspenso mecanicamente na solução de galvanização com ORC e uma corrente elétrica de 10V a 3A foi aplicada através do disco e um eletrodo de paládio de dimensões semelhantes por 7 minutos.

[0135] Quando a galvanização com ORC foi concluída, o disco foi removido e lavado com água destilada. O processo de inspeção foi repetido para confirmar se a galvanização depositou estanho em pelo menos 30% da superfície.

[0136] Quando a cobertura foi confirmada, o disco foi recozido a 400 °C por 1 hora.

[0137] Uma imagem SEM/EDX mostrando a composição do catalisador aplicada a um substrato é fornecida nas Figuras 6A-C. As configurações usadas para obter a imagem foram as seguintes:

[0138] Acc. Tensão: 15,0 kV

[0139] Resolução: 512 x 512 pixels

[0140] Resolução visualizada: 50%

[0141] Tempo de processo: 5

[0142] Largura da imagem: 1,567 mm

[0143] Mapa misto: Paládio La1 (vermelho), Estanho La1 (verde).

[0144] Exemplo 2 - Combustão catalítica com a composição catalítica

[0145] Foi usado um reator com uma composição catalítica aplicada a um aquecedor disposto no mesmo, conforme mostrado na Figura 3. O sistema foi executado de modo que o conduíte recebesse água e a concha recebesse a mistura de combustível.

[0146] O sistema foi preparado com água a partir de um tanque usando uma bomba até sair da saída de vapor/água através de uma válvula aberta. A válvula de saída do subsistema de água foi então fechada. A pressão no ambiente interno da concha foi reduzida para obter um vácuo de cerca de 2 kPa (a). Hidrogênio e oxigênio foram então introduzidos na cavidade interna através de um regulador e controlados com um controlador de fluxo de massa. O fluxo foi inicialmente definido para fornecer hidrogênio e oxigênio em uma proporção de cerca de 14:11. Uma série de termopares foi usada para monitorar as temperaturas interna e externa.

[0147] Com referência à Fig. 7, a temperatura interna foi inicialmente de cerca de 25 °C. Por aproximadamente 10 segundos, houve um aumento de temperatura inicial relativamente lento. A uma temperatura entre aproximadamente 40 °C e 60 °C, a taxa de aumento da temperatura acelerou significativamente. A temperatura foi nivelada entre aproximadamente 350 °C e 400 °C.

[0148] A água foi circulada no subsistema e a pressão do vapor foi controlada abrindo a válvula de saída para manter uma pressão de vapor abaixo de 800 kPa.

[0149] O fluxo da mistura de combustível foi então ajustado para aumentar a quantidade de H2 distribuída e, em seguida, a quantidade de O2 distribuída até que o sistema de vácuo fosse mais capaz de manter uma pressão interna abaixo de aproximadamente 100 kPa(a).

[0150] A temperatura aumentou para aproximadamente

600 °C e foi produzido vapor de alta qualidade.

[0151] Exemplo 3 - Combustão catalítica com a composição catalítica aplicada em placas de aquecimento onduladas

[0152] Foi utilizado um reator com uma composição catalítica aplicada a uma pluralidade de placas onduladas dispostas no mesmo, conforme mostrado na Figura 8. O sistema foi executado de modo que o conduíte receba água e a concha receba hidrogênio e oxigênio através de duas entradas separadas. O sistema foi preparado com água, e hidrogênio e oxigênio foram introduzidos na cavidade interna de maneira semelhante à descrita no Exemplo 2 acima.

[0153] A temperatura interna foi inicialmente de cerca de 11 °C (dados não mostrados) e o sistema exibiu um perfil ou tendência de aumento de temperatura semelhante à mostrada na Figura 7, produzindo vapor de alta qualidade. Embora vários aspectos e modalidades exemplificativos tenham sido discutidos acima, os versados na técnica reconhecerão certas modificações, permutações, adições e subcombinações destes são possíveis. Na descrição acima, para os fins de explicação, vários detalhes são apresentados a fim de fornecer uma compreensão completa da presente divulgação. No entanto, será evidente para um versado na técnica que esses detalhes específicos não são necessários para praticar a presente divulgação. Embora certas dimensões e materiais sejam descritos para implementar as modalidades de exemplo divulgadas, outras dimensões e/ou materiais adequados podem ser utilizados dentro do escopo desta divulgação. Acredita- se que todas essas modificações e variações, incluindo todas as mudanças atuais e futuras adequadas na tecnologia, estejam dentro da esfera e escopo da presente divulgação. Todas as referências mencionadas são aqui incorporadas por referência na sua totalidade.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Composição de catalisador caracterizada pelo fato de que compreende: um catalisador de oxidação de hidrogênio (HOC); e um catalisador de redução de oxigênio (ORC); em que o catalisador é adaptado para ativação em baixa temperatura de uma reação de combustão de hidrogênio.

2. Composição de catalisador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a proporção da área de superfície do HOC para a área de superfície do ORC está entre cerca de 9:1 e cerca de 4:1.

3. Composição de catalisador, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a proporção da área de superfície do HOC para a área de superfície do ORC é de cerca de 20:3.

4. Composição de catalisador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o HOC e o ORC são formados por eletrodeposição.

5. Composição de catalisador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o catalisador é adaptado para ativar a combustão de hidrogênio a uma temperatura abaixo de cerca de 140 °C.

6. Composição de catalisador, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o catalisador é adaptado para ativar a combustão de hidrogênio a uma temperatura abaixo de 20 °C.

7. Composição de catalisador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o HOC é um metal nobre.

8. Composição de catalisador, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o HOC é platina ou paládio.

9. Composição de catalisador, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o HOC é paládio.

10. Composição de catalisador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que o ORC é óxido de estanho.

11. Processo para aplicar uma composição de catalisador, caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um substrato; aplicar uma composição de catalisador ao substrato para formar uma superfície catalítica, em que a composição de catalisador compreende um catalisador de oxidação de hidrogênio (HOC) e um catalisador de redução de oxigênio (ORC); em que a superfície catalítica é adaptada para ativação em baixa temperatura de uma reação de combustão de hidrogênio.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a superfície catalítica inclui uma área de HOC e uma área de ORC com uma proporção entre cerca de 9:1 e cerca de 4:1.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a proporção da área de HOC para a área de ORC é de cerca de 20:3.

14. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 11 a 13, caracterizado pelo fato de que a aplicação da composição de catalisador compreende a aplicação do HOC e a aplicação do ORC.

15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o ORC é aplicado após a aplicação do HOC.

16. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 11 a 15, caracterizado pelo fato de que a aplicação da composição de catalisador inclui a galvanização do HOC, do ORC ou de ambos no substrato.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 16,

caracterizado pelo fato de que a aplicação da composição de catalisador inclui a galvanização do HOC no substrato.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a aplicação da composição de catalisador inclui a galvanização do ORC no substrato aplicado ao HOC.

19. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 11 a 18, caracterizado pelo fato de compreender ainda a aplicação de um precursor ao substrato antes de aplicar a composição de catalisador, em que o precursor aprimora a adesão da composição de catalisador ao substrato.

20. Processo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o precursor é níquel ou cobre.

21. Processo, de acordo com a reivindicação 19 ou 20, caracterizado pelo fato de que a aplicação do precursor inclui a galvanização do precursor no substrato.

22. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 21, caracterizado pelo fato de que compreende ainda o tratamento por aquecimento do substrato aplicado ao catalisador.

23. Aparelho de reator, caracterizado pelo fato de que compreende: um conduíte incluindo: uma entrada para receber um primeiro material fluido e uma saída; um elemento de aquecimento ligado ao conduíte compreendendo uma superfície catalítica tendo uma composição de catalisador aplicada sobre o mesmo, a composição de catalisador para fazer combustão de forma catalítica de uma mistura de combustível compreendendo um combustível e um oxidante, a composição de catalisador incluindo um catalisador de oxidação de hidrogênio (HOC) e um catalisador de redução de oxigênio (ORC); e uma concha que envolve o conduíte, tendo a concha uma entrada para receber um segundo material fluido e uma saída; em que um dentre o primeiro material fluido e o segundo material fluido inclui a mistura de combustível e o outro do primeiro material fluido e o segundo material fluido inclui um meio de troca de calor, em que a energia liberada pela combustão catalítica da mistura de combustível é transferida para o meio de troca de calor, e em que a composição de catalisador é adaptada para diminuir a energia de ativação de combustão da mistura de combustível, de modo que a reação ocorra sob baixas temperaturas.

24. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 23 a 25, caracterizado pelo fato de que a mistura de combustível compreende hidrogênio e oxigênio.

25. Reator, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a mistura de combustível consiste em hidrogênio e oxigênio.

26. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 23 a 27, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um distribuidor para distribuir a mistura de combustível próxima ao elemento de aquecimento.

27. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 23 a 28, caracterizado pelo fato de que o elemento de aquecimento compreende ainda pelo menos uma aleta e pelo menos uma porção da superfície do catalisador está na pelo menos uma aleta.

28. Aparelho de reator, caracterizado pelo fato de que compreende: um elemento de aquecimento compreendendo uma pluralidade de placas, cada placa compreendendo uma superfície catalítica tendo uma composição de catalisador aplicada sobre a mesma, a composição de catalisador para fazer combustão de forma catalítica de um combustível, a composição de catalisador incluindo um catalisador de oxidação de hidrogênio (HOC) e um catalisador de redução de oxigênio (ORC); e um conduíte em contato com a pluralidade de placas, o conduíte incluindo: uma entrada para receber um meio de troca de calor e uma saída; e uma concha em torno do conduíte e do elemento de aquecimento, tendo a concha uma ou mais entradas para receber o combustível e um oxidante; em que a energia liberada pela combustão catalítica da mistura de combustível é transferida para o meio de troca de calor, e em que a composição de catalisador é adaptada para diminuir a energia de ativação de combustão do combustível, de modo que a reação ocorra sob baixas temperaturas.

29. Reator, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de placas é empilhada.

30. Reator, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que uma ou mais da pluralidade de placas é ondulada.

31. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 28 a 30, caracterizado pelo fato de que o conduíte está posicionado entre duas placas adjacentes.

32. Reator, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que o conduíte se entrelaça entre duas placas adjacentes.

33. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 28 a 32, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um lúmen ou ranhura em um ponto de contato entre duas placas adjacentes, o lúmen ou ranhura para receber o conduíte.

34. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 28 a 32, caracterizado pelo fato de que as placas adjacentes são espaçadas por um membro de junta.

35. Reator, de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o membro de junta tem um lúmen ou ranhura para receber o conduíte.

36. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 28 a 35, caracterizado pelo fato de que compreende uma cavidade de combustão entre duas placas adjacentes.

37. Reator, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um ou mais distribuidores para distribuir o combustível e o oxidante na cavidade de combustão próxima à pluralidade de placas.

38. Reator, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que o um ou mais distribuidores compreendem um primeiro distribuidor para distribuir o combustível e um segundo distribuidor para distribuir o oxidante.

39. Reator, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de que a mistura do combustível e do oxidante ocorre na cavidade de combustão.

40. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 23 a 39, caracterizado pelo fato de que a superfície catalítica inclui uma área de HOC e uma área de ORC com uma proporção entre cerca de 9:1 e cerca de 4:1.

41. Reator, de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que a proporção da área de HOC para a área de ORC é de cerca de 20:3.

42. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 23 a 41, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um pré-aquecedor a montante e em contato térmico com o reator, para pré-

aquecer o meio de troca de calor ou a mistura de combustível.

43. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 23 a 42, caracterizado pelo fato de que o meio de troca de calor compreende água.

44. Reator, de acordo com a reivindicação 43, caracterizado pelo fato de que a transferência da energia para a água afeta a vaporização para produzir vapor.

45. Reator, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 23 a 44, caracterizado pelo fato de que o elemento de aquecimento é modular.

46. Método para aquecer um meio de troca de calor, caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um combustível e um oxidante a um reator catalítico com um elemento de aquecimento catalítico, incluindo uma superfície catalítica com um catalisador de oxidação de hidrogênio (HOC) e um catalisador de redução de oxigênio (ORC), a superfície catalítica adaptada para diminuir a energia de ativação de uma combustão da mistura de combustível de modo que a combustão ocorra a baixas temperaturas; fazer a combustão de forma catalítica da mistura de combustível na superfície catalítica; e transferir o calor gerado pela combustão catalítica a um meio de troca de calor.

47. Processo, de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato de que o HOC e o ORC estão presentes na superfície catalítica em uma proporção entre cerca de 9:1 e cerca de 4:1 por área de superfície.

48. Processo, de acordo com a reivindicação 47, caracterizado pelo fato de que o HOC e o ORC estão presentes na superfície catalítica em uma proporção de cerca de 20:3 por área de superfície.

49. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 46 a 48, caracterizado pelo fato de que o combustível é hidrogênio e o oxidante é oxigênio.

50. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 46 a 49, caracterizado pelo fato de que a combustão catalítica ocorre a uma pressão abaixo da pressão atmosférica.

51. Combustor catalítico, incluindo uma superfície catalítica, incluindo uma composição catalítica, caracterizado pelo fato de que é conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 10 ou preparado por um processo conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 11 a 22.

52. Método para combustão catalítica de uma mistura de combustível, caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um combustível e um oxidante a um combustor catalítico, conforme definido na reivindicação 41, ou ao reator, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 23 a 44; e fazer a combustão de forma catalítica da mistura de combustível na superfície catalítica.

53. Sistema de combustão catalítica, caracterizado pelo fato de que compreende um ou mais do reator, conforme definido na reivindicação 45.