BR112018069213B1 - MECHANICAL SYSTEM TO CAPTURE AND TRANSFORM CONTAMINANT GASES AND METHOD TO PURIFY AIR - Google Patents
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Abstract
Trata-se de um sistema mecânico e método para capturar e transformar os subprodutos de combustão orgânica, tais como COx, NOx, metano e partículas sólidas, tais como fuligem. Em uma modalidade, o sistema compreende um módulo com capacidade para capturar as partículas sólidas liberadas a partir de combustão industrial, e um módulo formado por submódulos com conversores moleculares (químicos) com capacidade para transformar dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) e óxidos de nitrogênio (NOx). A invenção pode ser usada no campo de purificadores para ar poluído.It is a mechanical system and method for capturing and transforming organic combustion byproducts such as COx, NOx, methane and solid particles such as soot. In one embodiment, the system comprises a module with the capacity to capture solid particles released from industrial combustion, and a module formed by submodules with molecular (chemical) converters with the capacity to transform carbon dioxide (CO2), carbon monoxide ( CO) and nitrogen oxides (NOx). The invention can be used in the field of purifiers for polluted air.
Description
[001] A presente invenção refere-se ao campo da técnica de purificação de ar, especificamente a captura de resíduos sólidos (fuligem) e a transformação de COx e NOx (e até metano) presentes no ar contaminado gerado pela combustão industrial.[001] The present invention refers to the field of air purification technique, specifically the capture of solid waste (soot) and the transformation of COx and NOx (and even methane) present in contaminated air generated by industrial combustion.
[002] Tecnologias desenvolvidas para purificar ar contaminado geralmente têm base em reatores que capturam CO2 a partir de absorventes que consistem em aminas, catalisadores metálicos (ouro, platina e manganês, entre outros metais), hidróxidos aquosos, membranas de separação com microporos, uso de intercambiadores iônicos, entre outros.[002] Technologies developed to purify contaminated air are generally based on reactors that capture CO2 from absorbents consisting of amines, metallic catalysts (gold, platinum and manganese, among other metals), aqueous hydroxides, separation membranes with micropores, use of ion exchangers, among others.
[003] Climate Engineering, com sede em Calgary (Canadá) capturou dióxido de carbono com o uso de uma solução líquida de hidróxido de sódio, uma técnica industrial conhecida desde há muito tempo e trabalhou no problema de descontaminação por vários anos até desistir em 2012.[003] Climate Engineering, based in Calgary (Canada) captured carbon dioxide using a liquid sodium hydroxide solution, a long-known industrial technique and worked on the decontamination problem for several years until giving up in 2012 .
[004] Peter Eisenberger e colaboradores desenvolveram e patentearam um reator que captura dióxido de carbono com a ajuda de aminas como absorventes e em seguida o separaram através de processos físicos com objetivo de venda do mesmo. Apesar do fato de que as reações de captura de CO2 com aminas serem conhecidas desde há muito tempo, os engenheiros já usaram aminas para limpar CO2 dos gases de combustão de centrais, cuja temperatura é de cerca de 70° C quando emitidas. Para poder separar o CO2 das aminas e as “regenerar” estavam faltando reações a cerca de 120 °C. Em comparação, Eisenberger calculou que seu sistema operaria aproximadamente a 85 °C, portanto, menor energia total seria exigida. O mesmos usaria vapor, que é relativamente mais barato, para ambos os objetivos. O vapor esquentaria a superfície, separando o CO2 das aminas para o capturar ao mesmo tempo que o estivesse removendo a partir da superfície.[004] Peter Eisenberger and collaborators developed and patented a reactor that captures carbon dioxide with the help of amines as absorbents and then separated it through physical processes with the aim of selling it. Despite the fact that CO2 capture reactions with amines have been known for a long time, engineers have already used amines to clean CO2 from power plant combustion gases, the temperature of which is around 70°C when emitted. To be able to separate the CO2 from the amines and “regenerate” them, reactions at around 120 °C were missing. In comparison, Eisenberger calculated that his system would operate at approximately 85°C, so less total energy would be required. They would use steam, which is relatively cheaper, for both purposes. The steam would heat the surface, separating the CO2 from the amines to capture it at the same time as removing it from the surface.
[005] A empresa Global Research Technologies e Klaus Lackner da Universidade de Columbia desenvolveram um dispositivo ancorado a um metro quadrado de superfície terreste (“como uma árvore”) que suga ar da atmosfera e gera dois fluxos, um de ar limpo e o outro de CO2; o ar limpo é devolvido à atmosfera enquanto o CO2 é enviado para os equipamentos de captura.[005] The company Global Research Technologies and Klaus Lackner from Columbia University developed a device anchored to one square meter of the earth's surface (“like a tree”) that sucks air from the atmosphere and generates two streams, one of clean air and the other of CO2; clean air is returned to the atmosphere while CO2 is sent to capture equipment.
[006] Outro conjunto de desenvolvimentos tecnológicos consistem em dispositivos que contêm metais preciosos (platina e ouro) e outros menos dispendiosos tais como cobre e manganês desenvolvidos por pesquisadores da Universidad Nacional de San Luis (UNSL).[006] Another set of technological developments consist of devices that contain precious metals (platinum and gold) and other less expensive ones such as copper and manganese developed by researchers at the Universidad Nacional de San Luis (UNSL).
[007] Os reatores existentes são altamente dispendiosos não apenas devido ao preço dos catalisadores (ouro, platina, paládio, titânio e outros), mas também devido a toda a complexidade dos mecanismos mecânicos, eletrônicos e de controle para a automação que tem que ser usados, de modo que os mesmos possam ser funcionais. Além disso, esses sistemas precisam de um alto consumo de energia para preservar temperaturas ou pressões muito altas, ou baixas. exigidas para realizar os processos de captura e separação dos ditos componentes. Por outro lado, a maioria deles é voltada para capturar uma parte de CO2 e não solucionam o problema do pó industrial, metano, nem os NOx, limitando os mesmos em funcionalidade. Adicionalmente, são reatores que são desprovidos de versatilidade por terem dimensões gigantescas com aplicação limitada - por exemplo, na indústria de automóveis, linhas aéreas e cozinhas, entre outras.[007] Existing reactors are highly expensive not only due to the price of catalysts (gold, platinum, palladium, titanium and others), but also due to all the complexity of the mechanical, electronic and control mechanisms for automation that have to be used, so that they can be functional. Furthermore, these systems require high energy consumption to maintain very high or low temperatures or pressures. required to carry out the capture and separation processes of said components. On the other hand, most of them are aimed at capturing part of CO2 and do not solve the problem of industrial dust, methane or NOx, limiting their functionality. Additionally, they are reactors that are devoid of versatility due to their gigantic dimensions with limited application - for example, in the automobile industry, airlines and kitchens, among others.
[008] A presente invenção fornece um sistema mecânico e um método com a capacidade para capturar e transformar não apenas COx e NOx (até mesmo metano), mas adicionalmente, o mesmo pode aprisionar partículas sólidas (fuligem) geradas na combustão orgânica e que causam danos graves ao sistema respiratório. Consequentemente, o sistema da presente invenção é um equipamento versátil e adaptável para a descontaminação ambiental em diferentes níveis (crítico e não crítico) independentemente da fonte de contaminação. Essas características o convertem em um reator com uma aplicação industrial diversa.[008] The present invention provides a mechanical system and a method with the ability to capture and transform not only COx and NOx (even methane), but additionally, it can trap solid particles (soot) generated in organic combustion and which cause serious damage to the respiratory system. Consequently, the system of the present invention is versatile and adaptable equipment for environmental decontamination at different levels (critical and non-critical) regardless of the source of contamination. These characteristics make it a reactor with a diverse industrial application.
[009] O sistema da presente invenção consiste em um dispositivo integral, constituído por módulos com reatividades específicas que têm a capacidade para converter ar contaminado, emanado de uma fonte industrial, em ar limpo livre de COx, NOx e fuligem tóxica. Adicionalmente, o presente equipamento é um dispositivo versátil que se adapta à fonte de contaminação de qualquer sistema industrial desde uma cozinha, veículos de transporte, cabines espaciais, até uma usina termoelétrica ou qualquer outro lugar em que a combustão ou liberação de gás de efeito estufa (GEE) ocorrem.[009] The system of the present invention consists of an integral device, consisting of modules with specific reactivities that have the capacity to convert contaminated air, emanating from an industrial source, into clean air free of COx, NOx and toxic soot. Additionally, the present equipment is a versatile device that adapts to the source of contamination in any industrial system from a kitchen, transport vehicles, space cabins, to a thermoelectric plant or any other place where the combustion or release of greenhouse gases (GHG) occur.
[010] Esse sistema da presente invenção consiste em um sistema metálico formado por módulos colocados conforme a seguir: 1) módulo para a captura de partículas de sólidos liberadas em combustões industriais; 2) módulo constituído por submódulos com conversores moleculares (químicos) com a capacidade para transformar dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) e, adicionalmente, óxidos de nitrogênio (NOx).[010] This system of the present invention consists of a metallic system formed by modules placed as follows: 1) module for capturing solid particles released in industrial combustion; 2) module consisting of submodules with molecular (chemical) converters with the capacity to transform carbon dioxide (CO2), carbon monoxide (CO) and, additionally, nitrogen oxides (NOx).
[011] O dispositivo dessa invenção funciona sem solventes, nem orgânicos (aminas), nem inorgânicos (aquosos/), apenas com sistemas sólidos que atuam como absorventes que participam nos processos de transformação. Esse dispositivo não funciona também com energia externa, nem para a captura de gases, nem para a separação dos produtos obtidos, o que reduz seu custo operacional e isso torna o mesmo mais ecológico.[011] The device of this invention works without solvents, neither organic (amines) nor inorganic (aqueous), only with solid systems that act as absorbents that participate in the transformation processes. This device also does not work with external energy, neither to capture gases nor to separate the products obtained, which reduces its operational cost and makes it more environmentally friendly.
[012] Devido à configuração específica dos elementos do sistema, o mesmo não exige aparelhos para gerar e controlar movimentos mecânicos nem mudanças na pressão ou temperatura. Também não são exigidas resinas de intercâmbio iônico para capturar CO2, nem elementos ou células de captura com base em espumas. Esse equipamento também não exige dispositivos eletrônicos que pressupõem automação ou controle, portanto sua construção e implantação é consideravelmente simples.[012] Due to the specific configuration of the system elements, it does not require devices to generate and control mechanical movements or changes in pressure or temperature. Nor are ion exchange resins required to capture CO2, nor foam-based capture elements or cells. This equipment also does not require electronic devices that require automation or control, so its construction and implementation is considerably simple.
[013] Portanto, a presente invenção fornece um sistema mecânico constituído por materiais, matrizes porosas e reativas (areia, carbono orgânico, silicatos de alumínio, hidróxidos em pó muito fino e outros compósitos) em uma sequência determinada que será descrita com detalhe mais abaixo. Os filtros da presente invenção devem ser trocados em tempos determinados, dependendo do grau da emissão contida no sistema industrial de interesse.[013] Therefore, the present invention provides a mechanical system consisting of materials, porous and reactive matrices (sand, organic carbon, aluminum silicates, very fine powdered hydroxides and other composites) in a determined sequence that will be described in detail below . The filters of the present invention must be changed at determined times, depending on the degree of emission contained in the industrial system of interest.
[014] Toda esta descrição em conjunto compreende o dispositivo desenvolvido para a purificação de ar contaminado e que pode ser adaptado para sistemas industriais tais como usinas termoelétricas, refinarias, cozinhas, veículos, indústrias que trabalham com combustão de hidrocarbonetos, transporte, entre outros.[014] This entire description together comprises the device developed for the purification of contaminated air and which can be adapted to industrial systems such as thermoelectric plants, refineries, kitchens, vehicles, industries that work with the combustion of hydrocarbons, transport, among others.
[015] Outro objeto da presente invenção é fornecer um método que consiste basicamente em três etapas sequenciais, importantes para a captura e transformação dos gases de interesse. A primeira etapa consiste na captura do pó fino emanado da combustão industrial. As segunda e terceira lidam com a captura e transformação de gases de efeito estufa (GEE).[015] Another object of the present invention is to provide a method that basically consists of three sequential steps, important for capturing and transforming the gases of interest. The first stage consists of capturing the fine dust emanating from industrial combustion. The second and third deal with the capture and transformation of greenhouse gases (GHG).
[016] Figura 1: Dispositivo de purificação de ar contaminado.[016] Figure 1: Contaminated air purification device.
[017] Figura 2: Comparação experimental de fluxo (ml/min) de COx com e sem o sistema da presente invenção.[017] Figure 2: Experimental comparison of flow (ml/min) of COx with and without the system of the present invention.
[018] Figura 3: Efeito do reator desenvolvido na quantidade de NOx (ppm) em função do tempo em um veículo comercial.[018] Figure 3: Effect of the developed reactor on the amount of NOx (ppm) as a function of time in a commercial vehicle.
[019] Figura 4: Componente dos filtros de captura para o pó fino antes de serem submetidos a testes de captura no escape de um veículo comercial (esquerda) e depois de ser submetido aos testes experimentais (direita).[019] Figure 4: Component of the capture filters for fine dust before being subjected to capture tests in the exhaust of a commercial vehicle (left) and after being subjected to experimental tests (right).
[020] O sistema da presente invenção é constituído por dois módulos. O primeiro módulo (A) localizado próximo à entrada do ar contaminado (C) é constituído por filtros mecânicos separados por micromalhas de aço inoxidável com peneira de 30 a 80 mícrons, com areia previamente tratada com luz (solar) para tornar a mesma livre de umidade, filtros de carbono orgânicos e filtros de agregados de silicato de alumínio.[020] The system of the present invention consists of two modules. The first module (A) located close to the contaminated air inlet (C) consists of mechanical filters separated by stainless steel micromesh with a 30 to 80 micron sieve, with sand previously treated with light (solar) to make it free of humidity, organic carbon filters and aluminum silicate aggregate filters.
[021] O segundo módulo (B), abaixo do primeiro módulo (A), é uma série de reatores pequenos, filtros com malhas de 30 a 80 mícrons, com conversores moleculares (agentes nucleófilos químicos), cuja função é capturar e transformar óxidos de carbono (COx) e óxidos de nitrogênio (NOx).[021] The second module (B), below the first module (A), is a series of small reactors, filters with mesh sizes of 30 to 80 microns, with molecular converters (chemical nucleophilic agents), whose function is to capture and transform oxides carbon (COx) and nitrogen oxides (NOx).
[022] É importante adicionar que o segundo módulo (B) que tem filtros com malhas de 30 a 80 mícrons é dividido em duas partes. A primeira parte é um reator químico (B.1) que contém hidróxidos metálicos sólidos (NaOH e KOH) macerados até um pó fino de 200 mícrons; o propósito da presente seção do reator é capturar e transformar dióxidos de carbono (COx). A segunda parte é um reator químico (B.2) que contém uma mistura de cetonas sólidas (5 a 40%), guanidinas (5 a 40%) e sulfuretos orgânicos sólidos, tais como tioureia sólida (5 a 40%), macerados para um tamanho similar; o propósito dessa parte do reator é capturar e transformar óxidos de nitrogênio (NOx).[022] It is important to add that the second module (B) which has filters with mesh sizes of 30 to 80 microns is divided into two parts. The first part is a chemical reactor (B.1) that contains solid metal hydroxides (NaOH and KOH) macerated to a fine powder of 200 microns; The purpose of this section of the reactor is to capture and transform carbon dioxide (COx). The second part is a chemical reactor (B.2) that contains a mixture of solid ketones (5 to 40%), guanidines (5 to 40%) and solid organic sulfides, such as solid thiourea (5 to 40%), macerated for a similar size; The purpose of this part of the reactor is to capture and transform nitrogen oxides (NOx).
[023] Em uma modalidade preferencial, a invenção compreende adicionalmente um filtro acessório com um coquetel de enzimas imerso em material particulado que contém complexos de múltiplas enzimas tais como Piruvato carboxilase, Carboxilase Propiônica, Anidrase Carbônica, Rubisco e outras carboxilases que estão presentes para a transformação de CO2 em produtos orgânicos e inorgânicos. Esse filtro está localizado entre o primeiro reator químico (B.1) e o segundo reator químico (B.2).[023] In a preferred embodiment, the invention additionally comprises an accessory filter with an enzyme cocktail immersed in particulate material that contains complexes of multiple enzymes such as Pyruvate carboxylase, Propionic Carboxylase, Carbonic Anhydrase, Rubisco and other carboxylases that are present for the transformation of CO2 into organic and inorganic products. This filter is located between the first chemical reactor (B.1) and the second chemical reactor (B.2).
[024] Os módulos são conectados entre si com uniões tipo arreio e ajustados através do material de suporte, permitindo, assim, uma união mais segura que é fácil de desmontar.[024] The modules are connected together with harness-type joints and adjusted through the support material, thus allowing a more secure union that is easy to disassemble.
[025] Dependendo da necessidade industrial e do projeto de reator, modificações adicionais podem ser incorporadas ao mesmo, tal como pares de placas de eletrodo que geram um campo variável de faíscas de arcos voltaicos, permitindo, desse modo, a transformação de metano e a oxidação de partículas de carbono em COx gasoso; as referidas placas serão instaladas em uma superfície isolante em relação à corrente elétrica. Em uma modalidade preferencial, os referidos pares de placas de eletrodo podem corresponder à condução de malhas metálicas alimentadas por uma tensão diferencial fornecida por uma bobina elétrica; as mesmas serão instaladas no dispositivo em materiais resistentes à condutividade elétrica. Além disso, com válvulas de pressão na entrada ou saída de ar descontaminado (D) e/ou entre os módulos que regulam pressão de ar em cada seção. Em sistemas industriais em que as temperaturas estão bem acima de 300 °C, esse dispositivo da invenção é elaborado com materiais muito resistentes tais como fibra de carbono, o que torna o mesmo mais estável, resistente e leve. Por último, em sistemas de fluxo muito altos, separadores de gás e líquido são usados para separar líquidos e gases, diferentes do ar encontrado dentro da corrente que atravessa o sistema.[025] Depending on the industrial need and the reactor design, additional modifications can be incorporated into the reactor, such as pairs of electrode plates that generate a variable field of arcing sparks, thus allowing the transformation of methane and the oxidation of carbon particles to gaseous COx; said plates will be installed on an insulating surface in relation to electrical current. In a preferred embodiment, said pairs of electrode plates may correspond to conducting metal meshes powered by a differential voltage supplied by an electrical coil; they will be installed in the device in materials resistant to electrical conductivity. Furthermore, with pressure valves at the decontaminated air inlet or outlet (D) and/or between the modules that regulate air pressure in each section. In industrial systems where temperatures are well above 300 °C, this inventive device is made with very resistant materials such as carbon fiber, which makes it more stable, resistant and light. Lastly, in very high flow systems, gas-liquid separators are used to separate liquids and gases, other than the air found within the stream passing through the system.
[026] O princípio geral para purificar ar compreende as seguintes etapas:[026] The general principle for purifying air comprises the following steps:
[027] 1. Separação de partículas sólidas (fuligem) emitidas em uma combustão orgânica e que são capturadas por filtros de areia, carbono orgânico e silicatos de alumínio, a fim de evitar a contaminação dos filtros reativos posteriores que podem, por sua vez, diminuir a sua reatividade. Ambos os aspectos negativos podem afetar e complicar, adicionalmente, os processos relacionados à separação e limpeza dos dispositivos de captura posteriores.[027] 1. Separation of solid particles (soot) emitted in organic combustion and which are captured by sand, organic carbon and aluminum silicate filters, in order to avoid contamination of subsequent reactive filters which can, in turn, decrease its reactivity. Both negative aspects can additionally affect and complicate the processes related to the separation and cleaning of subsequent capture devices.
[028] 2. Captura de óxidos de carbono (CO, CO2) do dispositivo que contém hidróxidos metálicos sólidos.[028] 2. Capture of carbon oxides (CO, CO2) from the device containing solid metal hydroxides.
[029] 3. Opcionalmente, transformação de CO2 em produtos orgânicos e inorgânicos por meio do filtro acessório com um coquetel de enzimas imerso em material particulado.[029] 3. Optionally, transformation of CO2 into organic and inorganic products through the accessory filter with a cocktail of enzymes immersed in particulate material.
[030] 4. Captura de óxidos de nitrogênio (NOx) do módulo que contém a mistura de cetonas, guanidinas e sulfuretos orgânicos em forma de pó.[030] 4. Capture of nitrogen oxides (NOx) from the module that contains the mixture of ketones, guanidines and organic sulfides in powder form.
[031] Para determinar a eficiência de dispositivo, os parâmetros a seguir foram avaliados (variação na quantidade de contaminantes) fazendo uso da seguinte metodologia[031] To determine device efficiency, the following parameters were evaluated (variation in the amount of contaminants) using the following methodology
[032] 1. Estudo da variação de fluxo. Variações de fluxo de CO e CO2 foram estudadas (5, 40, 50, 70, 80 e 120 ml/min), emitidos de forma independente, em experimentos separados, a partir de fontes comerciais altamente puras durante lapsos consecutivos de 10 minutos até uma hora e meia (1 h, 30 min). Medições foram feitas com um fluxômetro AGILENT ADM2000. Para validade estatística e maior confiabilidade, esses experimentos, em condições controladas (fluxo, temperatura, pressão e umidade) - repetidos no laboratório 1.200 vezes.[032] 1. Study of flow variation. Flux variations of CO and CO2 were studied (5, 40, 50, 70, 80 and 120 ml/min), emitted independently, in separate experiments, from highly pure commercial sources during consecutive lapses of 10 minutes until a hour and a half (1 hour, 30 min). Measurements were made with an AGILENT ADM2000 flowmeter. For statistical validity and greater reliability, these experiments, under controlled conditions (flow, temperature, pressure and humidity) - repeated in the laboratory 1,200 times.
[033] Por outro lado, experimentos foram realizados (controles ou testemunhas) nas mesmas condições, mas com materiais inertes dentro do reator para assegurar que o efeito observado foi o resultado da reatividade dos materiais usados. Adicionalmente, medições de Δp (variações de pressão) foram tomadas considerando a pressão de entrada e de saída do dispositivo com a ajuda de um equipamento de análise de combustão portátil (Bacharach-PCA3).[033] On the other hand, experiments were carried out (controls or controls) under the same conditions, but with inert materials inside the reactor to ensure that the observed effect was the result of the reactivity of the materials used. Additionally, measurements of Δp (pressure variations) were taken considering the inlet and outlet pressure of the device with the help of portable combustion analysis equipment (Bacharach-PCA3).
[034] 2. Estudo das quantidades (ppm) de COx que saem pelos canos de escape de veículos comerciais. Essas variáveis foram tomadas com a ajuda de um equipamento de análise de combustão portátil (Bacharach-PCA3) e um medidor portátil de CO2 (AMPROBE CO2-100) na presença e ausência do dispositivo de purificação desenvolvido. Esses experimentos foram repetidos em lapsos consecutivos de 10 segundos por uma hora e meia com uma média de 10 repetições.[034] 2. Study of the quantities (ppm) of COx that exit through the exhaust pipes of commercial vehicles. These variables were taken with the help of a portable combustion analysis equipment (Bacharach-PCA3) and a portable CO2 meter (AMPROBE CO2-100) in the presence and absence of the developed purification device. These experiments were repeated in consecutive 10-second intervals for an hour and a half with an average of 10 repetitions.
[035] Por outro lado, experimentos foram realizados (controle ou testemunha) nas mesmas condições, mas com materiais inertes dentro do reator para assegurar que o efeito observado foi consequência da reatividade dos filtros usados. Por outro lado, as variações de pressão de entrada e de saída do reator acoplado ao cano de escape.[035] On the other hand, experiments were carried out (control or control) under the same conditions, but with inert materials inside the reactor to ensure that the observed effect was a consequence of the reactivity of the filters used. On the other hand, variations in the inlet and outlet pressure of the reactor coupled to the exhaust pipe.
[036] 3. Análise das mudanças nas quantidades (ppm) de NOx. As fontes de NOx estudadas foram as quantidades que saem pelos canos de escape dos veículos comerciais, as quais foram medidas com a ajuda de um equipamento de análise de combustão portátil (Bacharach-PCA3) na presença ou ausência do dispositivo de purificação desenvolvido. Nenhum estudo foi feito de NOx comercial de alta pureza, visto que o mesmo não estava disponível no mercado. Adicionalmente, foram realizadas 10 repetições do mesmo experimento com seus controles respectivos em lapsos consecutivos de 60 segundos até 5 minutos.[036] 3. Analysis of changes in the quantities (ppm) of NOx. The sources of NOx studied were the quantities that exit through the exhaust pipes of commercial vehicles, which were measured with the help of portable combustion analysis equipment ( Bacharach-PCA3) in the presence or absence of the developed purification device. No studies were carried out on high-purity commercial NOx, as it was not available on the market. Additionally, 10 repetitions of the same experiment were carried out with their respective controls in consecutive intervals of 60 seconds up to 5 minutes.
[037] O veículo comercial usado para esses testes foi um carro de família com um motor a gasolina de 1,6 litros, 4 cilindros, de 2009. O fluxo usado para esses testes foi de 720 l/min.[037] The commercial vehicle used for these tests was a family car with a 1.6 liter, 4 cylinder gasoline engine from 2009. The flow used for these tests was 720 l/min.
[038] 4. Capacidade de capturar o pó fino de combustão dos filtros de captura. Filtros A.1, A.2 e A.3 foram incorporados no cano de escape de um veículo comercial (uma van de 1995), que não tem catalisador, o que permitia que o mesmo liberasse pó contaminante muito fino através do cano de escape. Depois de 5 minutos, os componentes internos do dispositivo foram retirados e um registro fotográfico foi feito que evidenciaria a capacidade de captura do módulo de filtros.[038] 4. Ability to capture fine combustion dust from capture filters. Filters A.1, A.2 and A.3 were incorporated into the exhaust pipe of a commercial vehicle (a 1995 van), which does not have a catalytic converter, which allowed it to release very fine contaminating dust through the exhaust pipe. . After 5 minutes, the internal components of the device were removed and a photographic record was taken that would demonstrate the capture capacity of the filter module.
[039] Aumentos atmosféricos de COx são a maior causa (> 70%) de aquecimento global e como resultado o aumento da atividade de tempestades, do derretimento das calotas de gelo dos polos e do comportamento errático do clima que adicionalmente é a causa de muitos desastres naturais.[039] Atmospheric increases in COx are the largest cause (> 70%) of global warming and as a result the increase in storm activity, the melting of the polar ice caps and the erratic behavior of the climate which is additionally the cause of many natural disasters.
[040] Os resultados obtidos relacionados ao fluxo de COx e quantidades que foram medidas com ou sem o reator desenvolvido podem ser percebidos na Figura 2, a qual ilustra o efeito do reator desenvolvido no fluxo de COx (ml/min) em função do tempo. O fluxo das fontes de COx (CO e CO2) foi de alta pureza. Na Figura 2, pode ser visto que as quantidades de COx caem em alguns segundos a partir de sua quantidade percentual máxima para uma flutuação mínima entre 2 e 5% (do total máximo) independentemente da fonte de COx e das quantidades levadas aos dispositivo desenvolvidos (5, 40, 50, 70, 80 e 120 ml/min), isto é, tanto para as fontes comerciais de alta pureza (COx) assim como para a fonte de veículos comerciais, a eficiência da captura dos óxidos de carbono estava dentro de uma faixa de 95 a 98%. É importante observar que nenhuma mudança substancial foi observada nas variações de pressão, o que sugere que os resultados observados são a consequência da reatividade de dispositivo ou da capacidade de captura e não da obstrução de seus filtros ou de um artefato experimental.[040] The results obtained related to the COx flow and quantities that were measured with or without the developed reactor can be seen in Figure 2, which illustrates the effect of the developed reactor on the COx flow (ml/min) as a function of time . The flow of COx sources (CO and CO2) was of high purity. In Figure 2, it can be seen that the amounts of COx drop in a few seconds from their maximum percentage amount to a minimum fluctuation between 2 and 5% (of the maximum total) regardless of the source of COx and the amounts taken to the developed devices ( 5, 40, 50, 70, 80 and 120 ml/min), that is, for both the high purity commercial sources (COx) and the commercial vehicle source, the capture efficiency of carbon oxides was within a range of 95 to 98%. It is important to note that no substantial changes were observed in pressure variations, which suggests that the observed results are the consequence of device reactivity or capture capacity and not of clogging of its filters or an experimental artifact.
[041] NOx é o segundo maior grupo de contaminação (~ 10%) dos GEEs (Gases de Efeito Estufa) e os quais são difíceis de capturar ou transformar uma vez que os mesmos se encontrem na atmosfera. Com os experimentos feitos no tubo de emissão de gás ou no cano de escape do veículo analisado, apesar das flutuações geradas como o resultado das demandas energéticas do veículo, ao qual o dispositivo desenvolvido foi adaptado, foi possível ver que na presença do sistema desenvolvido, este tem capacidade para capturar até 80% de gases tipo NOx (consultar a Figura 3) que é uma evidência - mais uma vez - da capacidade de que a ordem dos filtros tem, assim como sua reatividade dentro do reator para capturar os maiores contaminantes de combustão orgânica (NOx e COx). Além disso, a versatilidade de reator e simplicidade permitem adaptar o mesmo a qualquer sistema industrial e, nesse caso específico, aos canos de escape de veículos.[041] NOx is the second largest contamination group (~ 10%) of GHGs (Greenhouse Gases) and which are difficult to capture or transform once they are in the atmosphere. With the experiments carried out on the gas emission tube or exhaust pipe of the analyzed vehicle, despite the fluctuations generated as a result of the energy demands of the vehicle, to which the developed device was adapted, it was possible to see that in the presence of the developed system, this has the capacity to capture up to 80% of NOx type gases (see Figure 3) which is evidence - once again - of the capacity that the filter order has, as well as its reactivity within the reactor to capture the largest contaminants of organic combustion (NOx and COx). Furthermore, the reactor's versatility and simplicity allow it to be adapted to any industrial system and, in this specific case, to vehicle exhaust pipes.
[042] A Figura 3 ilustra o efeito do reator desenvolvido nas quantidades de NOx (ppm) em função do tempo. O fluxo das fontes de NOx provém do veículo comercial descrito anteriormente.[042] Figure 3 illustrates the effect of the reactor developed on the amounts of NOx (ppm) as a function of time. The flow of NOx sources comes from the commercial vehicle described previously.
[043] Raciocínio científico aplicado. A natureza reativa ou de mecânica quântica dos eletrófilos está na Orbital Molecular de Baixa Energia Desocupado (OMBED) dos óxidos de carbono (COx) e nitrogênio (NOx) em estado gasoso, e será a mesma independentemente da combustão orgânica que libera os mesmos. Adicionalmente, o mesmo acontecerá com a reatividade do nucleófilo que, ao mesmos tempo, é modulado pela energia do Orbital Molecular Ocupado mais Alto (OMOA). Consequentemente, considerando-se essas premissas básicas (interação OMOA/OMBED), pode ser inferido que independentemente da fonte industrial de onde os GEEs surgem, se os mesmos são levados ao dispositivo desenvolvido, a reação entre os mesmos será espontânea e inevitável; isto é, sempre que uma combustão orgânica ocorrer, o equipamento que foi desenvolvido terá capacidade para impedir que gases GEE sejam liberados na atmosfera. No entanto, o formato e dimensões do dispositivo não são padrão, portanto os mesmos devem se adaptar dependendo da necessidade industrial. Isso aponta para a aplicação ampla que tem o reator desenvolvido, a nível industrial, para solucionar problemas de contaminação gerada por transporte terrestre, marítimo e aéreo, usinas termoelétricas, queimadas e a indústria, entre outras fontes de contaminação.[043] Applied scientific reasoning. The reactive or quantum mechanical nature of electrophiles is in the Unoccupied Low Energy Molecular Orbital (OMBED) of carbon (COx) and nitrogen (NOx) oxides in a gaseous state, and will be the same regardless of the organic combustion that releases them. Additionally, the same will happen with the reactivity of the nucleophile which, at the same time, is modulated by the energy of the Highest Occupied Molecular Orbital (OMOA). Consequently, considering these basic premises (OMOA/OMBED interaction), it can be inferred that regardless of the industrial source from which the GHGs arise, if they are taken to the developed device, the reaction between them will be spontaneous and inevitable; that is, whenever organic combustion occurs, the equipment that was developed will have the capacity to prevent GHG gases from being released into the atmosphere. However, the shape and dimensions of the device are not standard, so they must adapt depending on industrial needs. This points to the wide application of the reactor developed, at an industrial level, to solve problems of contamination generated by land, sea and air transport, thermoelectric plants, fires and industry, among other sources of contamination.
[044] Na Figura 4, pode ser observada a capacidade do módulo do filtro (captura de pó fino) para a rápida captura de resíduos sólidos a partir da combustão do veículo a diesel usado para avaliar sua facilidade de captura dos mesmos.[044] In Figure 4, the capacity of the filter module (capture of fine dust) for the rapid capture of solid waste from the combustion of the diesel vehicle used can be observed to evaluate its ease of capturing them.
[045] Isso é importante devido ao fato de que tais partículas são responsáveis pelas doenças respiratórias graves que são comuns em países industrializados em que as regulações são muito passivas.[045] This is important due to the fact that such particles are responsible for the serious respiratory illnesses that are common in industrialized countries where regulations are very passive.
[046] Toda essa evidência experimental mostrada sugere que o dispositivo desenvolvido funciona e, adicionalmente, que o mesmo é um sistema promissor para eliminar em grande parte efeitos nocivos gerados por óxidos de carbono (dióxido e monóxido de carbono), óxidos de nitrogênio, geradores principais do efeito estufa, independentemente da fonte de emissão (comercial ou industrial).[046] All this experimental evidence shown suggests that the developed device works and, additionally, that it is a promising system to largely eliminate harmful effects generated by carbon oxides (carbon dioxide and monoxide), nitrogen oxides, generators main effects of the greenhouse effect, regardless of the emission source (commercial or industrial).
[047] Por outro lado, o sistema - objeto do presente pedido tem a capacidade de capturar resíduos a partir da combustão que são nocivos para a saúde. Na mesma ordem de ideias, o dito reator é significativamente mais simples do que os dispositivos da técnica anterior; o mesmo tem múltiplas funções; o mesmo não é dispendioso; e tem a capacidade de ser adaptado em qualquer dispositivo industrial que gere qualquer combustão orgânica.[047] On the other hand, the system - object of this application has the capacity to capture residues from combustion that are harmful to health. In the same vein, said reactor is significantly simpler than prior art devices; it has multiple functions; it is not expensive; and has the ability to be adapted into any industrial device that generates any organic combustion.
Claims (24)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CO16072111 | 2016-03-22 | ||
| CO16072111 | 2016-03-22 | ||
| PCT/IB2017/050653 WO2017163135A1 (en) | 2016-03-22 | 2017-02-07 | Mechanical system for capturing and transforming pollutant gases and air purification method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR112018069213A2 BR112018069213A2 (en) | 2019-01-22 |
| BR112018069213B1 true BR112018069213B1 (en) | 2023-08-08 |
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