ES2639664B1 - Procedimiento para la oxidación parcial de combustibles, dispositivo para aplicar dicho procedimiento y gas obtenido con dicho procedimiento - Google Patents

Procedimiento para la oxidación parcial de combustibles, dispositivo para aplicar dicho procedimiento y gas obtenido con dicho procedimiento Download PDF

Info

Publication number
ES2639664B1
ES2639664B1 ES201630537A ES201630537A ES2639664B1 ES 2639664 B1 ES2639664 B1 ES 2639664B1 ES 201630537 A ES201630537 A ES 201630537A ES 201630537 A ES201630537 A ES 201630537A ES 2639664 B1 ES2639664 B1 ES 2639664B1
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
fluid
procedure
reactor
photo
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
ES201630537A
Other languages
English (en)
Other versions
ES2639664A1 (es
Inventor
Mario ARAYA BRENES
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Blueplasma Power SL
Original Assignee
Blueplasma Power SL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Blueplasma Power SL filed Critical Blueplasma Power SL
Priority to ES201630537A priority Critical patent/ES2639664B1/es
Priority to DK17166070.7T priority patent/DK3238817T3/da
Priority to EP17166070.7A priority patent/EP3238817B1/en
Priority to ES17166070T priority patent/ES2926717T3/es
Priority to US15/492,175 priority patent/US11013098B2/en
Priority to JP2017085674A priority patent/JP7008426B2/ja
Priority to BR102017008355-1A priority patent/BR102017008355B1/pt
Publication of ES2639664A1 publication Critical patent/ES2639664A1/es
Application granted granted Critical
Publication of ES2639664B1 publication Critical patent/ES2639664B1/es
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/342—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents with the aid of electrical means, electromagnetic or mechanical vibrations, or particle radiations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122—Incoherent waves
    • B01J19/123—Ultraviolet light
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/36—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using oxygen or mixtures containing oxygen as gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/386—Catalytic partial combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3468—Vortex generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0871—Heating or cooling of the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0875—Gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0881—Two or more materials
    • B01J2219/0883—Gas-gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0892—Materials to be treated involving catalytically active material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma
    • B01J2219/0898—Hot plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/025—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step
    • C01B2203/0261—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a partial oxidation step containing a catalytic partial oxidation step [CPO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0861—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • C01B2203/1058—Nickel catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1076—Copper or zinc-based catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/12—Heating the gasifier
    • C10J2300/123—Heating the gasifier by electromagnetic waves, e.g. microwaves
    • C10J2300/1238—Heating the gasifier by electromagnetic waves, e.g. microwaves by plasma
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

La invención comprende un procedimiento para la obtención de un gas a partir de un fluido combustible y un fluido oxidante, comprendiendo dicho procedimiento etapas en las que se somete al fluido entrante a temperatura, acción foto-catalítica y reacción con catalizadores todo ello en un dispositivo con estructura de conducto que es atravesado en espiral por el fluido entrante que discurre entre un lecho fijo adosado a las paredes del conducto y un lecho circulante con un chorro de gas ionizado que ocupa una posición central del conducto dando como resultado un gas obtenido.

Description

5
10
15
20
25
30
35
DESCRIPCION
PROCEDIMIENTO PARA LA OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES, DISPOSITIVO PARA APLICAR DICHO PROCEDIMIENTO Y GAS OBTENIDO CON DICHO
PROCEDIMIENTO
Como indica su trtulo, la invention comprende A) un procedimiento para la obtencion de un gas a partir de un fluido combustible y un fluido oxidante, B) un dispositivo para la aplicacion del procedimiento que se pretende, y C) el gas finalmente obtenido.
El procedimiento comprende la reaction reduction-oxidation de un fluido, al que llamaremos fluido entrante.
Este fluido entrante comprende dos grupos de fluidos reactantes:
a) Uno es el combustible y comprende por lo menos un fluido combustible en forma liquida o gaseosa.
b) El otro es el oxidante y comprende por lo menos un fluido oxidante en forma liquida o gaseosa.
La reaccion tiene lugar en un dispositivo que comprende al menos un intercambiador de calor, al menos un generador para producir gas ionizado preferiblemente de plasma termico, al menos un protonador para el fluido oxidante, al menos un opcional desprotonizador para el fluido combustible y al menos un foto-reactor, preferiblemente tubular, en cuyas paredes internas se encuentra un lecho fijo que contiene al menos un tipo de catalizador, y a lo largo de su parte central, un lecho fluido circulante con un chorro de gas ionizado preferiblemente que proyecta luz de rayos ultravioleta.
Existen diferentes tipos de plasma termico, que producen un chorro de gas ionizado conocido como antorcha de plasma, aplicables a esta invencion; asi por ejemplo estan los que trabajan por micro-onda, induccion/radiofrecuencia, arco electrico y descarga de barrera dielectrica, donde se prefiere el de arco electrico no transferido a base de corriente directa o el de induction a base de corriente alterna, o una combination de ambos, estos dos utimos cuentan con la capacidad de proyectar luz de rayos ultravioleta mediante una antorcha con un chorro de gas ionizado de alta temperatura, a base de al menos uno de los siguientes elementos o compuestos del grupo: oxigeno, hidrogeno, dioxido de carbono, monoxido de carbono, vapor de agua, nitrogeno, aire, helio o argon y vapor de agua protonado.
5
10
15
20
25
30
35
Para efectos de la presente, denominaremos: Fluido entrante al fluido que es introducido en el dispositivo y que comprende dos grupos de compuestos:
a) El primer grupo al que llamaremos fluido combustible comprende al menos un fluido combustible comprendiendo moleculas de al menos un atomo de carbono sin oxidar;
b) El segundo grupo, al que llamaremos fluido oxidante, comprende al menos un fluido reactante aportador de oxigeno tal como aire, aire enriquecido con oxigeno, oxigeno, dioxido de carbono o vapor de agua.
Llamaremos gas obtenido al gas resultante de la reaccion que produce la oxidacion parcial de los atomos de carbono del fluido combustible, siendo que dicho gas obtenido es por volumen mayoritariamente monoxido de carbono e hidrogeno o dioxido de carbono e hidrogeno, dependiendo de la cantidad de fluido oxidante que se utilice para cada caso.
El sector de la tecnica al que pertenece es el de los procesos y dispositivos de produccion de energia.
ANTECEDENTES
Los sistemas convencionales de oxidacion parcial por chorro de gas ionizado, conocidos como antorcha de plasma termico, emplean un reactor con al menos una antorcha de plasma en el interior, para generar calor intenso, por donde normalmente pasa al menos un reactante que aporta oxigeno y al menos un combustible en forma de gas, liquido o solido, tal como hidrocarburos, biomasa, residuos solidos organicos y gas de pirolisis, para producir monoxido de carbono e hidrogeno cuando el objetivo es generar gas de smtesis, o de dioxido de carbono e hidrogeno cuando el objetivo es generar hidrogeno.
Dichos sistemas convencionales de oxidacion parcial con antorcha de plasma para generar calor, generalmente comprenden al menos un reactor, una antorcha de plasma termico dentro del reactor y una forma de alimentar los reactantes. Estos reactores suelen comprender un contenedor de metal o ceramica por donde generalmente discurren el gas ionizado de la antorcha de plasma y el fluido entrante.
En estos sistemas convencionales, no todas las moleculas del combustible y fluidos oxidantes entran en contacto con la antorcha de plasma y no todos los tiempos de residencia son iguales para todas las moleculas, debido a que dentro del reactor se forman corrientes dispares en cuanto a velocidad y lejania con respecto a la antorcha de plasma,
5
10
15
20
25
30
35
dejando de paso una cantidad de combustible no reaccionado (CNR), que de ahora en adelante, para efectos de este documento, se le denominara por sus siglas.
Para evitar los problemas mencionados, se ha tratado de ubicar la pared de los reactores cerca de la antorcha de plasma para que, cuando discurra el fluido entrante alrededor del gas ionizado de dicha antorcha, haya una propagation de radicales libres y se produzca la oxidation parcial del combustible entrante, sin embargo las paredes del reactor sufren un deterioro acelerado por la alta temperatura a que trabaja la antorcha de plasma, por lo que a veces los reactores cuentan con enfriamiento en sus paredes, lo que reduce la eficiencia de los mismos. Por otro lado, si en este sistema se hace pasar el fluido entrante a mayor velocidad para enfriar las paredes y asi evitar que estas se deterioren, entonces la portion de CNR se aumenta y tambien se baja la eficiencia del proceso.
En el estado actual de la ciencia se han presentado patentes donde se introduce el combustible y el agente oxidante alrededor de la antorcha de plasma, para lograr una mayor eficiencia, reduciendo el porcentaje de CNR y manteniendo a la vez las paredes del reactor a una temperatura muy inferior a la de la antorcha de plasma. Algunas de ellas usan el termino de reformado con vapor de agua, en el idioma ingles conocido como “steam reforming’’, en vez de oxidacion parcial, y utilizan el termino de gas de smtesis para el gas parcialmente oxidado que contiene en su mayoria hidrogeno con monoxido de carbono o con dioxido de carbono.
Esfuerzos en esta direction los ha realizado la empresa Foret Plasma Lab. LLC, por medio de la patente US 9,163,584 el 20 de octubre del 2015, que trata sobre un reactor cilmdrico, de material ceramico y con antorcha de plasma conectado a una turbina que reforma combustible en un quemador de aire a presion, discurriendo en forma rotativa. Tambien, Foret Plasma Lab. LLC, por medio de la patente US 7,622,693 el 24 de noviembre del 2009, trata sobre un reactor troncoconico vertical, con antorcha de plasma de induction, donde la materia prima entra discurriendo en forma rotativa desde la parte superior que es la de mayor diametro, hacia la parte inferior que es la de menor diametro. La misma empresa en patente No. US 2014/0209573 el 31 de Julio del 2014, trata lo mismo que la anterior, solo que enfocada a producir gas de smtesis para suplir plantas electricas, utilizando una combination de plasma de induccion aplicado desde fuera del reactor y de plasma de arco electrico con el electrodo insertado en la parte central, dentro del reactor cilmdrico o troncoconico, para que el gas entrante gire formando un vortice alrededor de este.
5
10
15
20
25
30
35
Igor Matveev, obtuvo en julio del ano 2011, la patente US 7,973,262 B2 sobre reformado por antorcha de plasma con vapor de agua, utilizando un dispositivo que comprendia triple vortice, viajando los reactantes (combustible y oxidante) en direccion opuesta al gas ionizado de la antorcha de plasma.
La empresa Hynergreen Technologies S.A. en patente PCT/2007/141350 presentada en diciembre del 2007, describe el procedimiento bajo el cual se puede reformar combustible con vapor de agua a temperatura baja y a presion atmosferica, mediante un plasma de induccion con descarga de barrera dielectrica, donde el catodo es un cilindro de acero con alguna rugosidad apenas perceptible, logrando una conversion de aproximadamente 0,006 m3 por hora aplicando una potencia de 15 a 30 kwh, con una frecuencia de 3 a 15 kHz, bajo temperaturas inferiores a 500 grados centigrados y a presion atmosferica, logrando aproximadamente 0,0002 m3 por kwh consumido por el plasma, con 15,7 minutos de tiempo de residencia.
A la empresa Alter NRG Corp. en agosto del ano 2015, le concedieron la patente US 9005320 que trata sobre un dispositivo cilmdrico vertical con entrada de la antorcha de plasma a la mitad de su altura. La empresa Platinum en patente US 6680137 describe un reactor similar al de Alter NRG, incorporando la recuperacion de calor, declarando como logro la conversion de aproximadamente 4,54 kg de metano reformado por metro cuadrado de superficie interna de reactor.
La empresa Plasco en patente CA 2424805 describe un foto-reactor de doble etapa para el reformado de combustibles con vapor u oxigeno, donde en la primera etapa extrae ceniza o carbon para aplicarles, en la segunda etapa, una antorcha de plasma para producirles con un oxidante una oxidacion parcial y obtener asi mas gas de smtesis en el sistema.
Siemens, en patente US 20150252274 describe un reactor a plasma donde utiliza el vapor de agua de baja temperatura para enfriar las paredes del foto-reactor y poder asi acercar el gas combustible a la antorcha de plasma. La Universidad de Drexel, en patente US 7867457 del ano 2011, destaca como novedad las diferentes formas de turbulencia que se pueden provocarse en reactores cilmdricos con antorcha de plasma, para acelerar el proceso de oxidacion parcial al gas combustible.
5
10
15
20
25
30
35
Seria ideal que, a presion cercana a la presion atmosferica, a temperaturas inferiores a 750° grados centigrados, con tiempo de residencia inferior a 10 segundos y consumiendo menos de 1 kwh por kg de carbono contenido en el fluido combustible, el fluido entrante lograra en una sola pasada, una oxidacion parcial del fluido combustible, teniendo una conversion a gas obtenido superior al 80%.
El estado actual de la ciencia no ha encontrado una solucion economica y practica para lograr estas condiciones en el reformado de combustibles, y esto es precisamente lo que se logra con la presente invention.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
Por el procedimiento objeto de la presente invencion, un fluido entrante que comprende un fluido combustible y un fluido oxidante, es sometido a una serie de condiciones y contactos dentro de un dispositivo que comprende un foto-reactor de tal forma que se fuerza a que tenga lugar una reaccion de reduccion-oxidacion por la que se produce la oxidacion parcial de los atomos de carbono del fluido combustible, dando lugar a un gas obtenido que comprende mayoritariamente monoxido de carbono e hidrogeno o dioxido de carbono e hidrogeno, dependiendo de la cantidad de fluido oxidante que se utilice en cada caso.
Para ello, durante el procedimiento, el fluido entrante discurre en vortice a lo largo del interior del foto-reactor, entre los dos lechos, el lecho fijo unido a la pared interna del cuerpo principal del foto-reactor, que puede presentar barreras o protuberancias, y el lecho circulante que discurre por el centro del foto-reactor y que comprende un chorro de gas ionizado, preferiblemente de un sistema de plasma termico, formando asi el fluido entrante una nube con turbulencia expansiva y distribucion molecular homogenea, que al estar expuesta a un calor intenso del gas ionizado y al efecto de los rayos ultravioleta de la antorcha de plasma, produce una foto-catalisis heterogenea, que se activa por action de al menos un catalizador del lecho fijo, y hace que se produzca, entre el fluido combustible y el fluido oxidante, una reaction de reduction-oxidation donde se produce una oxidacion parcial en el fluido combustible a temperaturas inferiores a 750° grados centigrados, con tiempos de residencia inferiores a 10 segundos, a una presion cercana a la atmosferica y con un consumo inferior a 1 kwh por cada kg de carbono contenido en el fluido combustible, obteniendose asi un resultado de un 80% de conversion del fluido entrante a gas obtenido.
5
10
15
20
25
30
35
El catalizador del lecho fijo comprende al menos, una sustancia pura, en mezcla o en aleacion, del siguiente grupo: hierro II y III, cobre, rnquel, alumina, dioxido de titanio, dioxido de silicio, cuarzo, molibdeno, cobalto, vanadio y tungsteno.
Los efectos a los que se somete el fluido combustible y el fluido oxidante en el foto-reactor para conseguir gas obtenido mediante la reaccion de reduccion-oxidacion son esencialmente tres que pueden concurrir, formando sinergias y magnificandose entre ellos.
1) el efecto producido del fluido entrante por entrar discurriendo en vortice, con
turbulencia expansiva y distribution molecular homogenea, que se multiplica al colisionar con protuberancias que opcionalmente puede comprender el lecho fijo que se encuentra sujeto a la pared interna del cuerpo principal del foto-reactor; dicho vortice induce rotation a parte del gas ionizado de la antorcha de plasma y forma una nube que presiona alrededor, a lo largo y hacia el centro de dicho gas ionizado, creando multiples contactos con las moleculas, hasta llegar a formar un solo fluido mezclado, altamente ionizado y con distribucion molecular homogenea.
2) el efecto propagador de radicales libres producido por entrar en contacto el fluido entrante con un lecho fluido circulante que comprende el gas ionizado, siendo preferible que el fluido oxidante haya sido previamente protonado para elevarle su propension a ser reducido, y el fluido combustible haya sido previamente desprotonado para elevarle su propension a ser oxidado.
3) el efecto del punto anterior, aumentado por la radiacion de rayos de luz ultravioleta que genera el chorro de gas ionizado de una antorcha de plasma, por su accion foto- catalltica activada mediante al menos un catalizador del lecho fijo que, como se ha dicho, comprende al menos una sustancia pura, en mezcla o en aleacion, del siguiente grupo: hierro II y III, cobre, mquel, alumina, dioxido de titanio, dioxido de silicio, cuarzo, molibdeno, cobalto, vanadio y tungsteno.
Con los efectos anteriores, especialmente si son concurrentes, se obtienen condiciones tecnico-economicas propias y sorprendentes para optimizar la rentabilidad en los procesos de oxidation parcial para combustibles, comunmente conocidos como "procesos de reformado”, superando asi el estado actual de la ciencia.
5
10
15
20
25
30
35
Para obtener dentro del foto-reactor, una conversion superior al 80% del fluido entrante a gas obtenido, con un tiempo de residencia inferior a 10 segundos, a una presion cercana a la atmosferica, a temperaturas inferiores a 750° grados centigrados y consumiendo menos de 1 kwh por kg de carbono contenido en el combustible, el procedimiento objeto del presente, comprende las siguientes etapas:
1. En una primera etapa el fluido entrante, que comprende fluido combustible y fluido oxidante, se introduce en el cuerpo principal del foto-reactor, de una forma tangencial al chorro de gas ionizado para iniciar un vortice. Opcionalmente el fluido entrante puede ser calentado previamente a su entrada en el cuerpo principal del foto-reactor.
2. En una segunda etapa el vortice formado por el fluido entrante empieza a discurrir a lo largo del foto-reactor por el espacio entre el lecho fijo y el lecho circulante.
3. En una tercera etapa, al discurrir el fluido entrante en forma de vortice, su lado exterior colisiona con el lecho fijo unido a la pared interna del foto-reactor y las opcionales protuberancias de tal lecho fijo, mientras que su lado interior colisiona con las moleculas del lecho circulante que comprende el chorro de gas ionizado caliente tomando asi las caracteristicas de un fluido caliente que discurre en espiral y con turbulencia expansiva.
4. En una cuarta etapa, el fluido en espiral con turbulencia expansiva induce a rotacion el chorro de gas ionizado para formar un solo gas mezclado, altamente ionizado y con distribution molecular homogenea, al que de ahora en adelante se denomina gas mezclado.
5. En una quinta etapa el gas mezclado absorbe el calor intenso del chorro de gas ionizado para producir una reaction quimica de reduction-oxidation mediante la cual se consigue el gas obtenido.
El proceso puede optimizarse si el chorro de gas ionizado proviene de un sistema de antorcha de plasma que proyecta rayos ultravioleta, por ejercer efectos foto catalrticos de muy alta temperatura, los que se aumentan al interactuar con al menos un catalizador del lecho fijo.
El gas obtenido es un gas de smtesis que por volumen comprende mayormente monoxido de carbono, hidrogeno y dioxido de carbono, y minoritariamente trazas de hidrocarburos y otros derivados del proceso.
5
10
15
20
25
30
35
Las cantidades porcentuales de monoxido de carbono o dioxido de carbono en el gas obtenido variaran llegando a ser mayoritarias o minoritarias en funcion de la cantidad de fluido oxidante presente en el fluido entrante. A mayor proporcion de fluido oxidante presente en el fluido de entrada, mayor proporcion de dioxido de carbono habra en el gas obtenido.
El limite viene dado cuando todo el monoxido de carbono se convierte en dioxido de carbono y, si a partir de este punto se aumenta el porcentaje de fluido oxidante en el fluido entrante, lo que llega a obtenerse es una combustion donde el hidrogeno empieza tambien a oxidarse y convertirse en vapor de agua.
El dispositivo para llevar a cabo el proceso descrito comprende:
Un foto-reactor, que comprende:
• Un cuerpo principal con uno mas orificios de entrada y uno o mas orificios de salida, teniendo dicho cuerpo principal forma de conducto.
• Un sistema que produce e inyecta un chorro de gas ionizado de alta temperatura.
• Un lecho circulante con un gas ionizado, preferiblemente de plasma termico
• Un lecho fijo unido a la pared interna del cuerpo principal del foto-reactor y que puede, opcionalmente, comprender unas barreras parciales, que llamamos protuberancias, sujetas a dicha pared interna o formando parte de ella.
• Un catalizador en el lecho fijo.
El dispositivo puede comprender ademas:
• Un intercambiador de calor independiente o preferiblemente incorporado al propio foto-reactor, donde el gas obtenido cede calor al fluido entrante.
• Un protonador para el fluido oxidante y un opcional desprotonador para el fluido combustible colocados ambos preferiblemente previo al intercambiador de calor.
El foto-reactor, con estructura de conducto, presenta preferiblemente forma de tambor, cilmdrico o troncoconico llevando, en ese caso, el inyector del chorro de gas ionizado, preferiblemente de un plasma termico, en la base de mayor diametro.
5
10
15
20
25
30
35
En cuanto al dimensionado del foto-reactor, su cuerpo principal presenta a lo largo de su recorrido una seccion del conducto cuyo promedio de diametro interno es de un mmimo de 0,1 cm y de un maximo de 5 cm por cada kilogramo de carbono contenido en el fluido combustible que va a discurrir por el, teniendo como rango preferido de 0,4 cm a 1,5 cm; el largo mmimo es de 0,4 cm por cada kilogramo de carbono contenido en el fluido combustible y el maximo es de 17 cm, teniendo como rango preferido de 2 cm a 8 cm.
El lecho fijo va unido a la pared interna del cuerpo principal del foto-reactor y, en su caso, las protuberancias van sujetas a ella.
Las protuberancias pueden tener cualquier geometria, y la distribution debe ser de tal forma que completen el perimetro interno del cuerpo principal del foto-reactor, sin que exista un canal abierto y en lmea recta a lo largo de la pared interna del conducto del foto-reactor que comunique su salida con la zona por donde discurre el fluido entrante, y la altura debe ser entre 3% y el 40 % del promedio del diametro interno del conducto del foto-reactor, donde el rango preferido es entre el 15% y el 25%.
El intercambiador de calor puede ser independiente del foto-reactor o, preferiblemente, estar incorporado al mismo viniendo constituido mediante una cubierta o chaqueta que encierra el cuerpo principal del reactor, dejando un espacio con este y convirtiendolo asi en un intercambiador de calor de doble chaqueta, en cuyo caso posee, entre otras, las siguientes posibles vias de transmision termica.
1) Por circulation del gas mezclado y el gas obtenido por el interior del cuerpo principal del foto-reactor, cediendo su calor a la pared interna del foto-reactor que a su vez lo transmite al fluido entrante que discurre entre la doble chaqueta y en forma adyacente a dicha pared, como ocurre en los intercambiadores de calor de chaqueta doble, y el discurrir de estos fluidos se prefiere que sea en contracorriente.
2) Por introduction del fluido entrante en el conducto por el que discurre el chorro de gas ionizado, desplazandose en vortice alrededor de dicho chorro, provocandose asi un intercambio directo de calor.
3) Y, como el foto-reactor se convierte en una extension al intercambiador de calor, por penetration del fluido entrante en la zona central hueca y a lo largo del foto-reactor, donde discurre el gas ionizado.
5
10
15
20
25
30
35
El catalizador del lecho fijo comprende al menos un compuesto puro o en aleacion, donde su principal elemento es al menos uno del siguiente grupo: hierro II y III, cobre, mquel, alumina, dioxido de titanio, dioxido de silicio, cuarzo, molibdeno, cobalto, vanadio o tungsteno.
El foto-reactor viene construido preferentemente en un material que comprende al menos un compuesto del grupo donde su principal elemento es ceramica o metal, o bien, una combination de ambos; los preferidos son: tungsteno, acero/hierro y cuarzo.
En cuanto al generador de gas ionizado se prefiere el de plasma termico de arco electrico no transferido a base de corriente directa o el de induction a base de corriente alterna, o una combinacion de ambos, todos con la capacidad de proyectar luz de rayos ultravioleta con una antorcha de plasma que comprende un gas ionizado de alta temperatura, producido a base de al menos uno de los siguientes elementos o compuestos del grupo: oxigeno, hidrogeno, dioxido de carbono, monoxido de carbono, vapor de agua, nitrogeno, aire, helio o argon y preferiblemente vapor de agua protonada.
BREVE EXPLICACION DE LA FIGURA
La FIGURA 1 muestra, en esquema conceptual un dispositivo, donde el procedimiento objeto de la presente es llevado a cabo y asi se aprecia el foto-reactor (1) que comprende un cuerpo principal (2) un espacio (3) entre la doble chaqueta por donde el fluido entrante (4), tras pasar su fluido oxidante por un protonador (10) y su fluido combustible por un desprotonador (9) discurre hasta acceder al interior del reactor y accede de manera tangencial al chorro de gas ionizado (5) del plasma termico para despues, en vortice, discurrir entre el lecho circulante (6) y el lecho fijo (7) colisionando con las protuberancias (8) del lecho fijo (7).
DESCRIPCION DE UN MODO DE LLEVAR A CABO LA INVENCION
Se describe aqu una forma de llevar a cabo la invention que no es unica sino una de las maneras posibles de poderla ejecutar, utilizando el dispositivo de la figura 1. Las magnitudes de temperatura se ofrecen en grados centigrados.
La patente que se pretende comprende un procedimiento para la oxidation parcial de un fluido combustible y para ello un fluido entrante, que comprende un fluido combustible
5
10
15
20
25
30
35
previamente despronotado y un fluido oxidante previamente pronotado, se introducen en un dispositivo que comprende:
Un foto-reactor (1), que a su vez comprende:
• Un cuerpo principal (2) con uno mas orificios de entrada y uno o mas orificios de salida, teniendo dicho cuerpo principal estructura de conducto preferiblemente cilmdrico o troncoconico y estando cubierto por una doble chaqueta de tal forma que se crea un espacio (3) por donde se introduce el fluido entrante (4) que en su discurrir toma calor del cuerpo principal.
• Un sistema para producir e inyectar gas ionizado que comprende un chorro de gas ionizado (5) preferiblemente proveniente de un plasma termico cuyo inyector se encuentra preferiblemente en el extremo de mayor seccion del cuerpo principal.
• Un lecho circulante (6) con un gas ionizado.
• Un lecho fijo (7) unido a la pared interna del cuerpo principal del foto-reactor que puede, opcionalmente, comprender unas barreras parciales, que llamamos protuberancias (8), sujetas a dicha pared interna o formando parte de ella.
• Un catalizador en el lecho fijo que comprende al menos un compuesto puro o en aleacion, donde su principal elemento es al menos uno del siguiente grupo: hierro II y III, cobre, niquel, alumina, dioxido de titanio, dioxido de silicio, cuarzo, molibdeno, cobalto, vanadio o tungsteno.
• Un protonador (10) para el fluido oxidante y opcionalmente un desprotonador (9) para el fluido combustible, colocados ambos previos al intercambiador de calor.
El cuerpo principal se encuentra encerrado en una chaqueta doble que crea un espacio (3) que funciona como intercambiador de calor cuando discurre el fluido entrante (4) en contacto con la pared del cuerpo principal donde, por su cara interna, se encuentra unido el lecho fijo (7) que presenta protuberancias (8).
En el interior del cuerpo principal (2) se encuentra el lecho circulante (6) de tal forma que el fluido entrante (4) discurre en vortice entre el lecho fijo (7) y el lecho circulante (6).
El proceso se inicia con el paso del fluido entrante, donde su parte correspondiente al fluido combustible ha pasado previamente por un desprotonador (10) y su parte correspondiente al fluido oxidante ha pasado por un desprotonador (9).
5
10
15
20
25
30
35
Tras la operacion de protonizado y desprotonizado, el fluido entrante discurre por el espacio (3) entre la doble chaqueta del foto-reactor y es alli donde toma calor al discurrir en contacto con la pared del cuerpo principal (2).
El fluido entrante (4) inicia navegando de abajo hacia arriba por el espacio (3) de la doble chaqueta hasta entrar por la parte superior al cuerpo principal e interno del foto-reactor, entrando tangencialmente por donde discurre el chorro de gas ionizado (5) del plasma termico y empieza a discurrir en vortice y turbulencia expansiva dentro del foto-reactor, de arriba hacia abajo, de forma descendente; o sea, navegando alrededor y en estrecho contacto, por el lado interno, con el lecho circulante (6) con el chorro de gas ionizado de la antorcha de plasma y por el lado exterior con el lecho fijo (7) y las protuberancias (8).
Durante este discurrir, el gas ionizado de la antorcha de plasma se mezcla con el fluido combustible y el fluido oxidante hasta constituir un solo gas mezclado formando una niebla o nube altamente ionizada, con distribucion molecular homogenea, donde se dan de manera concurrente, los siguientes efectos:
1) el efecto producido del fluido entrante por entrar discurriendo en vortice, con
turbulencia expansiva y distribucion molecular homogenea, que se multiplica al colisionar con las protuberancias (8); dicho vortice induce rotacion a parte del gas ionizado y lo convierte en un lecho circulante (6) y forma una nube que presiona alrededor, a lo largo y hacia el centro de dicho gas ionizado, creando multiples contactos con las moleculas, hasta llegar a formar un solo fluido o gas mezclado, altamente ionizado y con distribucion molecular homogenea.
2) el efecto propagador de radicales libres en el fluido entrante, producido por entrar en contacto con un lecho fluido circulante que comprende el gas ionizado, siendo preferible que el fluido oxidante haya sido previamente protonado para elevarle su propension a ser reducido, y el fluido combustible haya sido previamente desprotonado para elevarle su propension a ser oxidado.
3) cuando el chorro de gas ionizado es generado por una antorcha de plasma, el efecto producido en el gas mezclado por la radiacion de rayos de luz ultravioleta que, es aumentado por su accion foto-catalltica cuando interactua con al menos un catalizador del lecho fijo que, como se ha dicho, comprende al menos una sustancia pura,
en mezcla o en aleacion, del siguiente grupo: hierro II y III, cobre, rnquel, alumina, dioxido de titanio, dioxido de silicio, cuarzo, molibdeno, cobalto, vanadio y tungsteno.
Los tres efectos que se describen, oxidan parcialmente el fluido combustible, dando como 5 resultado el gas obtenido. Este procedimiento y dispositivo permite que se desarrollen los efectos mencionados, obteniendo asi un proceso de oxidacion parcial que ocurre a temperaturas inferiores a los 750° grados centigrados, a una presion de 200 milibar, con un tiempo de residencia de 0,2 segundos y consumiendo 0,5 kwh por kg de gas natural.

Claims (32)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    REIVINDICACIONES
    1. - PROCEDIMIENTO PARA LA OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES del tipo de los que comprenden una reaccion de reduccion-oxidacion de un fluido entrante caracterizado por que:
    1. En una primera etapa el fluido entrante (4), que comprende fluido combustible (9) y fluido oxidante (10), se introduce en el dispositivo y al llegar al cuerpo principal (2), entra de una forma tangencial al chorro de gas ionizado (5) iniciandose un vortice con el fluido entrante (4).
  2. 2. En una segunda etapa el vortice dicho empieza a discurrir a lo largo del foto- reactor por el espacio existente entre el lecho fijo (7) y el lecho circulante (6).
  3. 3. En una tercera etapa, al discurrir el vortice con el fluido entrante (4), su lado exterior colisiona con el lecho fijo (7), que comprende un catalizador, mientras que su lado interior colisiona con las moleculas del lecho circulante (6), tomando asf las caracterfsticas de un fluido que discurre en espiral con turbulencia expansiva.
  4. 4. En una cuarta etapa, el fluido en espiral con turbulencia expansiva induce a rotacion al lecho circulante (6) llegando a formar un solo gas mezclado, altamente ionizado y con distribucion molecular homogenea, que se denomina gas mezclado.
  5. 5. En una quinta etapa el gas mezclado absorbe el calor intenso del chorro de gas ionizado existente en el lecho circulante, teniendo lugar en dicho gas mezclado una reaccion qufmica de reduccion-oxidacion dando como resultado el gas obtenido.
  6. 2. - PROCEDIMIENTO PARA LA OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicacion 1 caracterizado por que comprende ademas una fase en la que un sistema de antorcha de plasma proyecta rayos ultravioleta generando efectos catalfticos, que se aumentan al interactuar con al menos un catalizador del lecho fijo.
  7. 3. - PROCEDIMIENTO PARA LA OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicacion 1 caracterizado por que el tiempo de residencia del fluido entrante en el interior del cuerpo principal del foto-reactor es inferior a 10 segundos.
    5
    10
    15
    20
    25
  8. 4. - PROCEDIMIENTO PARA LA OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicacion 1 caracterizado por que la oxidacion del fluido combustible se produce a una temperatura inferior a 750° centfgrados y el consumo energetico es menor de 1 kwh por cada kilo de carbono contenido en el fluido combustible
  9. 5. - PROCEDIMIENTO PARA LA OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme
    reivindicacion 1 caracterizado por que comprende ademas una etapa previa de calentamiento del fluido entrante.
  10. 6. - PROCEDIMIENTO PARA LA OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme
    reivindicacion 1 caracterizado por que comprende ademas una etapa previa de protonado del fluido oxidante.
  11. 7. - PROCEDIMIENTO PARA LA OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme
    reivindicacion 1 caracterizado por que comprende ademas una etapa previa de desprotonado del fluido combustible.
  12. 8. - PROCEDMIENTO PARA LA OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme
    reivindicacion 1 caracterizado por que el fluido combustible comprende moleculas de al menos un atomo de carbono sin oxidar.
  13. 9. - PROCEDMIENTO PARA LA OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme
    reivindicacion 1 caracterizado por que el fluido oxidante comprende al menos un fluido reactante aportador de oxfgeno tal como aire, aire enriquecido con oxigeno, oxigeno, dioxido de carbono, vapor de agua o, preferiblemente agua protonada.
  14. 10. - PROCEDMIENTO PARA LA OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicacion 1 caracterizado por que el catalizador del lecho fijo (7) comprende al menos uno de los siguientes elementos: hierro II y III, cobre, nfquel, alumina, dioxido de titanio, dioxido de silicio, cuarzo, molibdeno, cobalto, vanadio y tungsteno.
  15. 11. - DISPOSITIVO PARA LA APLICACION DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES caracterizado por que comprende un foto-reactor, que comprende:
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    1. Un cuerpo principal (2) con uno mas orificios de entrada y uno o mas orificios de salida, teniendo dicho cuerpo principal estructura de conducto.
  16. 2. Un componente que produce un chorro de gas ionizado (5).
  17. 3. Un lecho circulante (6) con un gas ionizado.
  18. 4. Un lecho fijo (7) unido a la pared interna del cuerpo principal del foto-reactor.
  19. 5. Uno o mas catalizadores en el lecho fijo.
  20. 12. - DISPOSITIVO PARA LA APLICACION DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicacion anterior caracterizado por que ademas comprende un intercambiador de calor, preferiblemente uno que forme parte del foto- reactor utilizando el espacio (3) entre la doble chaqueta quedando asf incorporado el intercambiador al propio foto-reactor de modo que el gas obtenido cede calor al fluido entrante.
  21. 13. - DISPOSITIVO PARA LA APLICACION DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL
    DE COMBUSTIBLES conforme reivindicacion 11 caracterizado por que ademas
    comprende un protonador (10), preferiblemente ubicado antes del intercambiador de calor.
  22. 14. - DISPOSITIVO PARA LA APLICACION DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL
    DE COMBUSTIBLES conforme reivindicacion 11 caracterizado por que ademas
    comprende un desprotonador (9), preferiblemente ubicado antes del intercambiador de calor.
  23. 15. - DISPOSITIVO PARA LA APLICACION DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicacion 11 caracterizado por que en el lecho fijo (7) unido a la pared interna del cuerpo principal del foto-reactor existen una serie de protuberancias (8) sujetas a la pared o formando parte de ella.
  24. 16. - DISPOSITIVO PARA LA APLICACION DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicacion 11 caracterizado por que el chorro del gas
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    ionizado (5) se produce a partir de un gas que preferiblemente comprende vapor de agua desprotonada.
  25. 17. - DISPOSITIVO PARA LA APLICACION DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicacion 11 caracterizado por que el cuerpo principal del foto-reactor tiene forma de conducto, preferiblemente cilfndrica o troncoconica encontrandose el inyector del chorro de gas ionizado (5) preferiblemente en el extremo de mayor seccion.
  26. 18. - DISPOSITIVO PARA LA APLICACION DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicacion 11 caracterizado por que el cuerpo principal del foto-reactor, que tiene estructura de conducto, presenta en su recorrido una seccion cuyo promedio de diametro interno es, por cada kilogramo de carbono contenido en el fluido oxidante, de un mfnimo de 0,1 cm y de un maximo de 5 cm, teniendo como rango preferido de 0,4 cm a 1,5 cm.
  27. 19. - DISPOSITIVO PARA LA APLICACION DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicacion 11 caracterizado por que el cuerpo principal del foto-reactor, que tiene estructura de conducto, presenta por cada kilogramo de carbono contenido en el fluido oxidante, una longitud minima de 0,4 cm y maxima de 17 cm, teniendo como rango preferido de 2 cm a 8 cm.
  28. 20. - DISPOSITIVO PARA LA APLICACION DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicacion 15 caracterizado por que las protuberancias (8) deben estar distribuidas de tal forma que completen el perfmetro interno del cuerpo principal (2) del foto-reactor sin que exista un canal abierto en lfnea recta, adyacente y a lo largo de la pared interna del conducto del foto-reactor que comunique su salida con la zona transitada por el fluido entrante.
  29. 21. - DISPOSITIVO PARA LA APLICACION DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicacion 15 caracterizado por que la altura de las
    protuberancias (8) es entre 3% y el 40 % del promedio del diametro interno del conducto del foto-reactor, siendo el rango preferido entre el 15% y el 25%.
  30. 22. - DISPOSITIVO PARA LA APLICACION DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL 5 DE COMBUSTIBLES conforme reivindicacion 11 caracterizado por que el chorro de gas
    ionizado (5) proviene preferiblemente de un plasma de arco electrico no transferido, a base de corriente directa y que produce un fluido ionizado que comprende al menos uno de los siguientes elementos o compuestos del grupo: aire, oxfgeno, nitrogeno, hidrogeno, helio, argon, dioxido de carbono, monoxido de carbono y agua o vapor de 10 agua preferiblemente protonada.
  31. 23. - DISPOSITIVO PARA LA APLICACION DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicacion 11 caracterizado por que el chorro de gas ionizado (5) es producido por induccion a base de corriente alterna y produce un fluido
    15 ionizado que comprende al menos uno de los siguientes elementos o compuestos del grupo: aire, oxfgeno, nitrogeno, hidrogeno, helio, argon, dioxido de carbono, monoxido de carbono y agua o vapor de agua preferiblemente protonada.
  32. 24. - GAS OBTENIDO MEDIANTE EL PROCESO DESCRITO caracterizado por que 20 comprende, en volumen, un porcentaje mayoritario en hidrogeno, seguido por un
    segundo porcentaje menor que puede ser monoxido de carbono o por dioxido de carbono, segun la cantidad de fluido oxidante presente en la reaccion qufmica "reduccion-oxidacion" que lo formo, y comprendiendo tambien otros porcentajes minoritarios correspondientes a subproductos derivados de esta reaccion.
ES201630537A 2016-04-27 2016-04-27 Procedimiento para la oxidación parcial de combustibles, dispositivo para aplicar dicho procedimiento y gas obtenido con dicho procedimiento Expired - Fee Related ES2639664B1 (es)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES201630537A ES2639664B1 (es) 2016-04-27 2016-04-27 Procedimiento para la oxidación parcial de combustibles, dispositivo para aplicar dicho procedimiento y gas obtenido con dicho procedimiento
EP17166070.7A EP3238817B1 (en) 2016-04-27 2017-04-11 Process for the partial oxidation of fuels and the device for applying said process
ES17166070T ES2926717T3 (es) 2016-04-27 2017-04-11 Procedimiento para la oxidación parcial de combustibles y el dispositivo para aplicar dicho procedimiento
DK17166070.7T DK3238817T3 (da) 2016-04-27 2017-04-11 Fremgangsmåde til delvis oxidation af brændstoffer og indretning til anvendelse af nævnte fremgangsmåde
US15/492,175 US11013098B2 (en) 2016-04-27 2017-04-20 Process for the partial oxidation of fuels and the device for applying said process
JP2017085674A JP7008426B2 (ja) 2016-04-27 2017-04-24 燃料の部分酸化のための方法、及びその方法を適用するための装置
BR102017008355-1A BR102017008355B1 (pt) 2016-04-27 2017-04-24 Processo para a oxidação parcial de combustíveis e o dispositivo para aplicar o referido processo

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES201630537A ES2639664B1 (es) 2016-04-27 2016-04-27 Procedimiento para la oxidación parcial de combustibles, dispositivo para aplicar dicho procedimiento y gas obtenido con dicho procedimiento

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ES2639664A1 ES2639664A1 (es) 2017-10-27
ES2639664B1 true ES2639664B1 (es) 2018-09-21

Family

ID=58632762

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES201630537A Expired - Fee Related ES2639664B1 (es) 2016-04-27 2016-04-27 Procedimiento para la oxidación parcial de combustibles, dispositivo para aplicar dicho procedimiento y gas obtenido con dicho procedimiento
ES17166070T Active ES2926717T3 (es) 2016-04-27 2017-04-11 Procedimiento para la oxidación parcial de combustibles y el dispositivo para aplicar dicho procedimiento

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES17166070T Active ES2926717T3 (es) 2016-04-27 2017-04-11 Procedimiento para la oxidación parcial de combustibles y el dispositivo para aplicar dicho procedimiento

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11013098B2 (es)
EP (1) EP3238817B1 (es)
JP (1) JP7008426B2 (es)
BR (1) BR102017008355B1 (es)
DK (1) DK3238817T3 (es)
ES (2) ES2639664B1 (es)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110882666A (zh) * 2019-10-12 2020-03-17 北京化工大学 填料可加热的超重力微波耦合反应器及***
CN113522020A (zh) * 2021-08-25 2021-10-22 江南大学 一种用于常温非均相催化的dbd等离子体处理***

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1059065A (en) * 1975-12-12 1979-07-24 Terence E. Dancy Arc reforming of hydrocarbons
US6606855B1 (en) * 1999-06-08 2003-08-19 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Plasma reforming and partial oxidation of hydrocarbon fuel vapor to produce synthesis gas and/or hydrogen gas
US6322757B1 (en) * 1999-08-23 2001-11-27 Massachusetts Institute Of Technology Low power compact plasma fuel converter
WO2001014702A1 (en) * 1999-08-23 2001-03-01 Massachusetts Institute Of Technology Low power compact plasma fuel converter
JP2003024770A (ja) * 2001-07-11 2003-01-28 Daido Steel Co Ltd 触媒を用いた物質変換装置及び物質変換方法
US6896854B2 (en) * 2002-01-23 2005-05-24 Battelle Energy Alliance, Llc Nonthermal plasma systems and methods for natural gas and heavy hydrocarbon co-conversion
US6881386B2 (en) * 2002-05-30 2005-04-19 Massachusetts Institute Of Technology Low current plasmatron fuel converter having enlarged volume discharges
US7084396B2 (en) * 2002-10-29 2006-08-01 Target Discovery, Inc. Method for increasing ionization efficiency in mass spectroscopy
JP2004285187A (ja) * 2003-03-20 2004-10-14 Rikogaku Shinkokai 炭化水素の部分酸化方法およびマイクロリアクタ装置
JP4366508B2 (ja) * 2004-03-30 2009-11-18 国立大学法人山梨大学 質量分析のためのイオン化方法および装置
WO2007043783A1 (en) * 2005-10-10 2007-04-19 Korea Institute Of Machinery And Materials Apparatus for plasma reaction and method of plasma reaction using it
US20070187372A1 (en) * 2006-02-10 2007-08-16 Alexander Rabinovich High enthalpy low power plasma reformer
FR2907689B1 (fr) * 2006-10-30 2009-03-06 Gaz De France Sa Procede de traitement du methane imbrule par oxydation par plasma
US9560731B2 (en) * 2007-10-16 2017-01-31 Foret Plasma Labs, Llc System, method and apparatus for an inductively coupled plasma Arc Whirl filter press
WO2010017513A2 (en) * 2008-08-08 2010-02-11 Ceramatec, Inc. Plasma-catalyzed fuel reformer
JP2010184197A (ja) * 2009-02-12 2010-08-26 Ngk Insulators Ltd プラズマリアクタ
EP2550093A1 (en) * 2010-03-25 2013-01-30 Drexel University Gliding arc plasmatron reactor with reverse vortex flow for the conversion of hydrocarbon fuel into synthesis gas
GB2501865B (en) * 2012-02-10 2015-02-18 C Tech Innovation Ltd Plasma catalytic gas treatment device and method
KR101277123B1 (ko) * 2012-09-07 2013-06-20 한국기초과학지원연구원 플라즈마 건식 개질장치

Also Published As

Publication number Publication date
US11013098B2 (en) 2021-05-18
BR102017008355B1 (pt) 2023-05-16
ES2926717T3 (es) 2022-10-27
DK3238817T3 (da) 2022-09-05
BR102017008355A2 (pt) 2017-10-31
EP3238817A1 (en) 2017-11-01
EP3238817B1 (en) 2022-06-08
JP7008426B2 (ja) 2022-01-25
JP2018048058A (ja) 2018-03-29
US20170318655A1 (en) 2017-11-02
ES2639664A1 (es) 2017-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI310367B (en) Plasma-induced hydrogen production from water
ES2231903T3 (es) Procedimiento y aparatos de produccion de hidrogeno por reformado con plasma.
ES2554610T3 (es) Generación de energía a partir de gas natural con la captura de dióxido de carbono
ES2639664B1 (es) Procedimiento para la oxidación parcial de combustibles, dispositivo para aplicar dicho procedimiento y gas obtenido con dicho procedimiento
JP2006151803A (ja) 燃料電池システムの改質装置
ES2356287T3 (es) Aparato y método de reformado para la generación de gas de síntesis.
JP2009096705A (ja) 燃料電池用改質装置
WO2011108264A1 (ja) 水素生成装置および燃料電池発電システム
KR101752979B1 (ko) 플라즈마를 이용한 수소가스 제조 시스템
JP6176023B2 (ja) ガス化ガス中のタールの改質装置
BR112012016776B1 (pt) Método para oxidar parcialmente metano por meio de um reator
ZA200509014B (en) Device for converting gaseous streams
ES2637015T3 (es) Generador de gas de síntesis combinado
JP2017538092A (ja) 触媒バーナ装置
ES2743725T3 (es) Reactor para el reformado autotérmico del gasoil
JP2008063171A (ja) 水素製造装置及び燃料電池発電装置
ES2862396T3 (es) Microrreactor y control del proceso de metanización
ES2280608T3 (es) Metodo y dispositivo para convertir un combustible.
BRPI0714340A2 (pt) reformador e processo para reaÇço de combustÍvel e agente de oxidaÇço para reformado gasoso
JP6248495B2 (ja) ガス化ガス中のタールの改質装置
CN108232253A (zh) 一种燃料重整反应器
KR102675592B1 (ko) 매립지가스 또는 바이오가스의 효율적인 개질을 위한 이중구조 플라즈마 발생장치
ES2433121B1 (es) Quemador integrado en un sistema de reformado de hidrocarburos y alcoholes
ES2288197T3 (es) Metodo y dispositivo para convertir un combustible.
JP2006036634A (ja) 単管円筒式改質器

Legal Events

Date Code Title Description
FG2A Definitive protection

Ref document number: 2639664

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B1

Effective date: 20180921

FD2A Announcement of lapse in spain

Effective date: 20240524