ES2264400B2 - Reactor termolitico de descomposicion de hidrocarburos. - Google Patents
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Abstract
Reactor termolítico de descomposición de hidrocarburos ideado para propiciar la descarburación de hidrocarburos mediante la aplicación de calor de alta temperatura a una corriente gaseosa de hidrocarburos que circula en el seno de un reactor embebido en un horno; teniendo el reactor, en su zona anular, unas boquillas de inyección de los hidrocarburos en trayectoria de tipo ciclónica; y existiendo en su zona superior una membrana de material hidrurable o filtro de hidrógeno, a través del cual fluye hacia ese colector la mayor parte del hidrógeno puro, de gran valor energético, producido en la descomposición termolítica; y existiendo otro colector de escape del reactor, en este caso ubicado en su zona inferior, con válvula regulable para dosificar la evacuación del polvo de carbono junto al gas de arrastre, constituido esencialmente de hidrocarburos no descompuestos, susceptibles de ser reutilizados.
Description
Reactor termolítico de descomposición de
hidrocarburos.
La invención se enmarca en el conjunto de
dispositivos que utilizan la energía térmica a las temperaturas
apropiadas, para producir cambios moleculares en diversos productos
químicos, particularmente hidrocarburos, de fórmula química general
C_{m}H_{n}.
Más específicamente, la invención se orienta a
la descomposición térmica de los hidrocarburos, de entre los cuales
el más abundante en cuanto a reservas y disponibilidad de mercado
es el metano, constituyente fundamental del gas natural. No
obstante, la invención puede aplicarse a cualquier hidrocarburo o
mezcla de ellos, sin mayor modificación que los ajustes de control
del caudal aportado y, eventualmente, de la temperatura óptima de
funcionamiento.
En la descomposición de los hidrocarburos, o
descarburación, se busca escindir las moléculas en sus elementos
químicos constitutivos, C y H (este último, en forma de H_{2}
gaseoso). Se consigue así separar ambos combustibles elementales, a
los cuales puede darse uso separado. El H_{2} puede
posteriormente oxidarse violentamente, en aparatos de combustión
ordinaria, en motores de explosión, turbinas de gas y otros
dispositivos; o puede oxidarse electroquímicamente en pilas de
combustible, generando electricidad como bien energético de muy
alta utilidad.
Esta práctica permitiría aprovechar una parte
del contenido energético de los hidrocarburos, sin generación de
CO_{2}. Esto tiene vital importancia a medio y largo plazo, por la
necesidad de acotar el contenido de CO_{2} en la atmósfera, para
evitar que la intensificación de su efecto invernadero provoque
cambios climáticos significativos, como consecuencia del mayor
calentamiento de la biosfera debido al mayor atropamiento de la
radiación térmica en la troposfera.
Mediante invenciones como la aquí planteada se
haría más viable el despliegue de la economía del Hidrógeno,
orientada precisamente a ir sustituyendo los combustibles fósiles
por el combustible elemental por excelencia, el H_{2}, cuyo único
producto de combustión es el agua, que no podría llegar a afectar
el ciclo natural de agua/vapor (que en valor medio absorbe 36.000
TW de la irradiación solar, lo cual equivale a unas 3.000 veces la
potencia actual del sector energético antropogénico). Aunque a muy
largo plazo la fuente principal de H_{2} será el agua (y para
ello tendrán que usarse la energía nuclear o las fuentes
renovables) en plazos más inmediatos, de los próximos decenios, los
hidrocarburos pueden proporcionar una vía mucho más asequible y
rentable de producir hidrógeno.
Adicionalmente se obtendrá carbono puro (al
menos, con la propia pureza que presenten los hidrocarburos
empleados, que lógicamente deben estar previamente purificados de
azufre, arsénico y sus compuestos, así como de otros elementos y
productos químicos).
La forma estructural del C puro podrá modelarse,
hasta cierto nivel, en el proceso de enfriamiento posterior a la
descarburación, en función de los periodos permitidos para su
precipitación y formación granular y reticular. Por descontado,
dicho carbono retendrá todo su potencial calorífico por combustión
(próximo a los 400 kJ/mol) el cual podrá ser utilizado en un futuro
remoto, si no hubiera ya tanta problemática por el efecto
invernadero troposférico, o simplemente hubiera necesidad
perentoria de su energía.
Pero, adicionalmente, el C, convenientemente
post-tratado (lo cual no es objeto de esta
invención) puede tener un uso molecular importante y con claro
valor económico, para fabricación de fibras de carbono y materiales
especiales.
Tampoco es propio de la invención el uso que
pueda darse al H_{2} producido, bien por combustión, bien por
oxidación electroquímica.
Lo que es específico de la invención es la
descarburación de los hidrocarburos, conseguida en un reactor
termoquímico de características novedosas, y en la cual se obtienen
H_{2} elemental y C así mismo elemental.
Para conseguir esto, es preciso aportar calor,
pues las reacciones de descomposición de los hidrocarburos más
comunes son todas endotérmicas, al ser negativas sus entalpías de
formación (lo cual es lógico, al tratarse de moléculas de bastante
alta estabilidad química).
Como caso representativo, la entalpía de
formación del metano (medida en condiciones estándar, según lo
habitual en Química) es de - 75 kJ/mol. Ello quiere decir que hay
que aportar (a fondo perdido, podríamos decir) 75 kJ para que un
mol de CH_{4} se descomponga totalmente, según la reacción:
CH_{4}
\rightarrow C +
2H_{2}
Al ser una reacción endotérmica, sólo puede
ocurrir a temperatura suficientemente alta, pues de lo contrario la
energía libre de Gibbs, potencial termodinámico que controla la
factibilidad de una reacción, no podrá ser negativo (y por tanto,
la reacción no será viable) en el sentido citado, es decir, la
descomposición endotérmica.
De permitir que las moléculas en cuestión,
metano, carbono e hidrógeno, alcancen el equilibrio (donde se
anularía la energía libre de Gibbs) la concentración de H_{2},
que marca el grado en el cual se ha verificado la reacción, es muy
dependiente de la temperatura, tal como se expone de manifiesto en
los datos subsiguientes (para presión atmosférica).
A 400ºC, 10% de descomposición de CH_{4}
A 500ºC, 30% de descomposición de CH_{4}
A 600ºC, 55% de descomposición de CH_{4}
A 700ºC, 78% de descomposición de CH_{4}
A 800ºC, 90% de descomposición de CH_{4}
A 900ºC, 95% de descomposición de CH_{4}
A 1.000ºC, 98% de descomposición de CH_{4}
Estos datos son ilustrativos de la importancia
de disponer de un horno a alta temperatura, en el cual permanezca
el metano tiempo suficiente para acercarse a su descomposición de
equilibrio. Ello ha de hacerse de tal manera que se optimice el uso
de la energía térmica empleada, y se produzca una alta tasa de
extracción del H_{2}; cuestiones éstas que son objeto de la
invención.
La descomposición térmica de hidrocarburos es un
campo científicamente bien conocido en la Química, aunque sus
desarrollos técnicos han sido sin embargo muy limitados. Estos
desarrollos en general no han estado orientados a la producción
masiva de H_{2}, lo cual se hace hasta la fecha por reformado de
los hidrocarburos con vapor de agua a muy alta temperatura, según
la reacción
CH_{4} +
2H_{2}O - CO_{2} + 4
H_{2}
lo cual evidentemente produce
CO_{2} y no permite preservar el carbón para su uso futuro como
elemento
químico.
Las técnicas desarrolladas en relación con la
descomposición térmica de hidrocarburos están relacionadas
primordialmente con la obtención de partículas de C de alta pureza,
y en estados de agregación que pudieran ser especialmente útiles
para fabricación de materiales muy especiales (llegando,
eventualmente, a la producción de diamantes artificiales, por
ultracompresión del C granular para provocar su cristalización más
compacta, que es la del diamante).
Entre estas técnicas está la denominada
"Carbon Black", o "Negro de carbono", dedicada a la
obtención de polvo de carbono de muy alta pureza (véase J.G. Donet,
"Carbon Black", Marcel Dekker Pub., New York,
1976).
Como ya se ha dicho, estas técnicas no están
orientadas a la producción masiva de H_{2}, aunque se obtiene
este material, sino a la producción de agregados de C de interés
para la industria química.
En la descomposición de los hidrocarburos hay
otra línea de investigación basada en la catálisis, pues los
catalizadores permiten reducir sustancialmente la temperatura
requerida para producir la descomposición. Los catalizadores suelen
ser sustancias especialmente preparadas, a base de Ni, Mg, Cu, y
otros metales (así como óxidos de ellos). Presentan la enorme
ventaja teórica ya dicha, y el enorme inconveniente técnico de que
se desactivan por envenenamiento y recubrimiento de la superficie
por carbón y compuestos del mismo. La necesaria regeneración de los
catalizadores para que el sistema siga funcionando es uno de los
inconvenientes principales para la explotación industrial de estas
técnicas catalíticas. No obstante, son numerosas las instituciones
y empresas que se dedican a las catálisis en general, y a la de
hidrocarburos en general, pero la invención aquí presentada no
requiere catalizador de ningún tipo, pues busca la robustez y
operatividad industrial del equipo, ahondando en los aspectos
esencialmente térmicos.
La invención se basa en disponer un sistema
térmico de alto rendimiento en el aprovechamiento del calor de alta
temperatura, disponible a partir de cualquier fuente de energía,
para propiciar la descomposición termolítica de hidrocarburos. Para
ello, se inyectan hidrocarburos gaseosos, precalentados tanto como
se pueda aprovechando calores residuales del propio sistema. El
calentamiento final se verifica dentro del reactor químico que está
encerrado dentro del horno de alta temperatura (unos 1000ºC, aunque
otras temperaturas de funcionamiento también son posibles).
El dibujo nº 1 expone todos los elementos
básicos de la invención, consistente en un reactor químico,
delimitado exteriormente por las paredes 1, que se encuentra
embebido en un horno con un conducto anular, 2, por el que circula
el gas de calentamiento, que a su vez va guiado por una pared
exterior, 3, de alta capacidad aislante térmicamente hablando.
El gas de calentamiento es aportado al horno por
la boca superior, 4, y emerge por los colectores inferiores, 5. Por
un tubo interior a dichos colectores, así como en los tramos
anteriores a ellos, se produce el calentamiento previo de los
hidrocarburos gaseosos que se aportan al reactor a través de las
boquillas 6. La fase de calentamiento previo de los hidrocarburos
gaseosos aportados al reactor químico no forma parte de la
invención, y se entiende que puede realizarse en un intercambiador
de calor o conjunto de intercambiadores, preferiblemente en la
modalidad denominada equilibrada, en la que el aumento de
temperatura del fluido que se calienta coincide con el enfriamiento
del fluido que se enfría.
Cabe añadir que el gas de calentamiento aportado
a través del colector 4 puede proceder de diversas fuentes y ser de
diversa composición: puede ser humo procedente de combustión
química, o un gas (nitrógeno, o dióxido de carbono, por ejemplo)
calentado por un reactor nuclear o por un colector solar de alta
concentración.
Merced a situar el reactor químico, 1, dentro
del horno de paredes altamente aislantes, 3, se consigue que el
interior del reactor alcance temperaturas muy elevadas, próximas a
la de inyección del gas de calentamiento que entra a través del
colector 4. En el reactor se inyectan los hidrocarburos (ya
precalentados) a través de unas boquillas, 6, que proporcionan al
gas un movimiento ciclónico ascendente. Dicho ascenso se verifica
por el exterior del barrilete interno del reactor, 7, llegando en
la ascensión a la parte superior, donde un disco, 8, deflecta el
gas hacia abajo por el interior del barrilete, aunque la fracción
más ligera, rica en H_{2} por la descomposición térmica sufrida,
asciende hacia el colector superior, a través del orificio, 9,
existente en el centro del disco 8. Dicho disco se fija al interior
del reactor merced a un apoyo tipo ménsula, 10.
Por otro lado, la corriente mezcla de
hidrocarburos, polvo de C y algo de H_{2}, circula por el
interior del barrilete 7, a través de su canal, 11, que encauza el
material reactivo hacia la zona interior de descenso ciclónico.
Por el lado superior, a través del orificio 9,
el gas más ligero, rico en H_{2}, termina su ascensión
aproximándose a la membrana-tapón 12, que cierra el
interior del horno por arriba. Esta membrana-tapón
es parcialmente permeable al H_{2}, para lo cual ha de
confeccionarse del material apropiado, como pudiera ser paladio, o
un filtro de zeolitas. Este filtro o esta membrana estarían
adheridos a una rejilla sólida, 13, para dotarle de la necesaria
resistencia mecánica. Dicho conjunto (membrana o filtro, más
rejilla) permitiría la extracción del H_{2} hacia el exterior, de
manera continua, por el tubo 14, por el que succionaría la bomba de
H_{2}.
Análogamente, pero en sentido descendente,
habría un tapón, 15, ubicado en la parte inferior del reactor, para
extraer por allí el polvo de carbono depositado por gravedad y por
impulsión del gas circulante, que en parte escapará también por
allí. Este tapón tiene una función reguladora fundamental, tal como
se indica en el apartado siguiente, y es accionado por un vástago,
16, que fija su altura sobre el cono de eyección del reactor, 17,
de modo que se deja mayor o menor sección de paso para el escape de
material. En función de la posición del tapón sobre el cono de
eyección, se tienen dos modos de operación del reactor, como se
explica en el apartado siguiente.
El polvo de carbón así extraído se recogería en
un colector exterior al reactor, junto al gas de arrastre, siendo
recuperable el contenido térmico de ambos, para precalentar los
hidrocarburos, aunque dicho precalentamiento no es objeto de la
invención.
Para el fácil montaje del reactor 1 dentro del
horno 3, la tapa de éste, 18, se configura como pieza
independiente, atracada en la fogonadura del tubo de extracción de
H_{2} mediante el retén 19.
De manera análoga, pero referido al reactor en
sí, su parte superior con el tubo extractor 14, se acopla al cuerpo
cilíndrico del reactor mediante la brida 20, que sirve además para
fijar el tapón-membrana (o filtro) más rejilla (12
más 13) así como el disco deflector 8, que se asienta además sobre
la ménsula 10.
A su vez, el barrilete 7 se asienta en el horno
a través de su parte baja, con una celosía, o conjunto de rejillas,
21, para permitir la recirculación del gas, y la caída de polvo de
carbono desde el espacio anular hacia el cono de eyección 17.
De modo similar, las paredes del reactor 1 deben
estar asentadas en las boquillas, 6, mediante fogonaduras, 22, con
sus retenes correspondientes, 23.
Por otra parte, para dotar de rigidez mecánica
al sistema reactor, 1, y barrilete, 7, se sitúan unas placas
taladradas o rejillas, 24, que además pueden ayudar a configurar el
movimiento ciclónico del gas ascendente. Una función ciclónica
similar tienen las rejillas 25, del canal interior del
barrilete.
La explicación
geométrica-funcional anterior permite comprender que
el efecto de la invención se consigue a través de los mecanismos
siguientes:
La inyección de hidrocarburos se verifica por
varias boquillas, 6, que soplan a cierta velocidad las moléculas de
gas hacia el interior del reactor por su parte anular exterior, en
forma oblicua tal que se comunica una trayectoria de tipo espiral o
ciclónica, que resulta ascendente por el empuje del gas en el
reactor. Esta recirculación se establece subiendo por el exterior
del barrilete, y retorna descendiendo por el espacio interior al
barrilete.
Las características del movimiento del fluido en
el interior del reactor están además condicionadas por la posición
del tapón inferior del cono de eyección del reactor, 15. Esta
posición permite distinguir dos modos de funcionamiento, que
llamaremos
- -
- recirculante, con el tapón cerrado o casi cerrado, y
- -
- extractivo, con el tapón suficientemente abierto, merced al empuje del vástago 16.
En el modo recirculante, con el tapón cerrado o
casi cerrado, el gas prácticamente no puede escapar del reactor, o
lo hace a muy baja velocidad, por lo que domina su recirculación.
Este modo se emplea cuando se quiere aumentar el tiempo de
residencia de las moléculas en el rector, si bien tiene el
inconveniente de ir aumentando la presión en el interior del mismo,
lo cual favorece la recombinación de los productos de la
termólisis. En este modo, el gas sube por el espacio anular, y baja
por el canal central, sin que haya otros flujos secundarios.
Durante este régimen, parte del polvo de carbono generado se
deposita en las paredes inferiores del reactor, que están embocadas
hacia el cono de eyección.
Cuando el tapón 15 es empujado suficientemente
por el vástago 16, la sección de paso del paso del gas por el canal
de eyección aumenta mucho, y desde el espacio anular del reactor,
el flujo de gas-micropartículas se bifurca en dos.
Parte del mismo verifica la ascensión, para luego caer por el canal
interior del barrilete, y parte se orienta hacia la zona inferior
del canal anular, por la succión que provoca la apertura del tapón.
En este flujo secundario, el polvo de carbono acumulado en la zona
inferior del barrilete es arrastrado hacia el cono de eyección.
Éste es el modo extractivo de funcionamiento.
La apertura del tapón, en relación con el caudal
insuflado por las boquillas 6, permite ajustar el tiempo medio de
confinamiento de las moléculas de gas en el reactor, lo cual, junto
a la temperatura de funcionamiento y la presión, determina la tasa
de descomposición y de remoción de los productos.
La trayectoria ciclónica sirve para la
separación de las micropartículas de carbono, que han de eliminarse
de la corriente gaseosa, para mejorar sus propiedades de cara a la
descomposición termolítica, dificultando para ello la recombinación
del C con H_{2}. En otras palabras, es fundamental separar y
extraer los productos de la descomposición para que ésta continúe,
pues son sus productos, particularmente el H_{2}, lo que se busca
producir.
Las partículas de C caen por gravedad,
estimulada por los choques producidos en las trayectorias
ciclónicas, y así mismo por arrastre del gas en los flujos
establecidos según el modo de funcionamiento.
Hay que tener en cuenta que el gas no ha de
alcanzar una presión alta en el reactor, pues ésta favorece la
recombinación de C y H. Ello quiere decir que el tapón inferior de
extracción del carbono tendrá que situarse en la posición adecuada
para relajar la presión hasta valores apropiados, y permitir una
fácil extracción del polvo de C, sin que sea excesivo el caudal de
gas fugado por él, que en todo caso se podrá recircular de nuevo al
horno.
Para esto último, se pueden disponer varios
dispositivos que no son objeto de la invención, y que obedecerían a
principios elementales de recuperación del calor. Se trataría de
disponer de uno o varios intercambiadores de calor en los cuales
este flujo pulvuriento de gas cedería su calor a los hidrocarburos
que se irían calentando antes de ser introducidos en el reactor.
Ello se tendría que compatibilizar con el precalentamiento que
realizaría el gas de calentamiento general del sistema, que se
insuflaría en el mismo por los colectores 4, saldría de él por el
escape 5, y conservaría aún muy alta temperatura, que tendría que
aprovecharse en el precalentamiento de los hidrocarburos a
descomponer termolíticamente. Aunque esta fase del proceso no es
objeto de la invención, resulta importante señalar que, para el
funcionamiento óptimo del mismo desde el punto de vista térmico, se
ha de emplear adecuadamente el calor que porta el fluido calorífero
que se insufla en el horno del reactor por el colector 4. Para ello
es importante que se provean los intercambiadores de
precalentamiento necesarios, que preferiblemente serán del tipo
llamado equilibrado, con objeto de minimizar las pérdidas
exergéticas del calor aportado por el fluido calorífero.
Por otro lado, el H_{2} se extraerá del
reactor por la parte superior, a través de una membrana de un
material fácilmente hidrurable, como paladio, que absorberá el
H_{2} por su cara interior, el cual difundirá por dentro del
material, para salir por la exterior, hacia el canal 14 de baja
presión. La citada membrana metálica no tendría capacidad de
soportar la diferencia de presiones, por lo cual se le dotará de
resistencia y rigidez mecánica merced a una rejilla de material
sólido de mayor espesor y consistencia, resistente a alta
temperatura, como el resto de los componentes estructurales del
reactor y del horno. Un material idóneo a tal efecto puede ser
cuarzo, pero otros varios materiales cerámicos, incluido grafito,
carburo de silicio, óxidos de aluminio e ytrio, y vidrios de
silicatos y borosiliacatos, pueden utilizarse a tal fin. Como
alternativa al material hidrurable, se podría utilizar un filtro de
zeolitas, adherido a la rejilla sólida refractaria, bien por la
parte superior o por la inferior.
Para estimular la difusión del H_{2} a través
de la membrana hidrurable o del filtro, la presión de escape a lo
largo del tubo de extracción debe ser pequeña, por lo que irá
conectado a una bomba de vacío, pero no de alto vacío, pues esto es
innecesario, al tratarse simplemente de extracción de un gas por
desabsorción de una membrana o un filtro.
Para evitar la colmatación de la membrana o
filtro debido al polvo de C, se protege del flujo directo del polvo
de carbono mediante el disco horadado 8.
Gracias a la separación y extracción de los
productos de la descomposición termolítica, que es lo que
proporciona de manera eficiente esta invención, se desequilibra la
reacción en sentido de favorecer la descomposición.
Ya se ha mencionado que el dibujo nº 1 expone
todos los elementos básicos de la invención, consistente en un
reactor químico, delimitado exteriormente por las paredes 1, que se
encuentra embebido en un horno con un conducto anular, 2, por el
que circula el gas de calentamiento, que a su vez va guiado por una
pared exterior, 3, de alta capacidad aislante térmicamente
hablando.
El gas de calentamiento es aportado al horno por
la boca superior, 4, y emerge por los colectores inferiores, 5. Por
un tubo interior a dichos colectores, se aportan los hidrocarburos
gaseosos a través de las boquillas, 6, que proporcionan al gas un
movimiento ciclónico ascendente, que se verifica por el exterior
del barrilete interno del reactor, 7. En la parte superior existe
un disco, 8, que deflecta el gas hacia abajo por el interior del
barrilete. Dicho disco posee un orificio, 9, que permite el flujo
hacia arriba de la fracción más ligera, rica en H_{2}. El disco
se fija al interior del reactor merced a un apoyo tipo ménsula,
10.
El canal central, 11, encauza el material
reactivo hacia la zona interior de descenso ciclónico.
Por el lado superior, la
membrana-tampón o filtro, 12, cierra el interior
del horno por arribe. Este filtro o esta membrana estarían adheridos
a una rejilla sólida, 13, para dotarle de la necesaria resistencia
mecánica. Dicho conjunto (membrana o filtro, más rejilla) permitiría
la extracción del H_{2} hacia el exterior, de manera continua, por
el tubo 14, por el que succionaría la bomba de extracción del
H_{2}.
En la parte inferior del reactor hay un tapón,
15, para extraer por allí el polvo de carbono depositado por
gravedad y por impulsión del gas circulante, que en parte escapará
también por allí. Este tapón es accionado por un vástago, 16, que
fija su altura sobre el cono de eyección del reactor, 17, de modo
que se deja mayor o menor sección de paso para el escape de
material.
La tapa del horno, 18, se configura como pieza
independiente, atracada en la fogonadura del tubo de extracción de
H_{2} mediante el retén 19.
La parte superior del reactor, con el tubo
extractor 14, se acopla al cuerpo cilíndrico del reactor mediante
la brida 20, que sirve además para fijar el
tapón-membrana (o filtro) más rejilla (12 más 13).
También es útil para fijar el disco deflector 8, que se asienta
además sobre la ménsula 10.
El barrilete 7 se asienta en el horno a través
de su parte baja, con una celosía, o conjunto de rejillas, 21, para
permitir la recirculación del gas, y la caída de polvo de carbono
desde el espacio anular hacia el cono de eyección 17.
Las paredes del reactor 1 se asientan en las
boquillas, 6, mediante fogonaduras, 22, con sus retenes
correspondientes, 23.
Por último, para dotar de rigidez mecánica al
sistema reactor, 1, y barrilete, 7, se sitúan unas placas
taladradas o rejillas, 24, que además pueden ayudar a configurar el
movimiento ciclónico del gas ascendente. Una función ciclónica
similar tienen las rejillas 25, del canal interior del
barrilete.
La invención puede materializarse empleando
diversos materiales resistentes a altas temperaturas, como son los
citados anteriormente, a saber: cuarzo, grafito, carburo de
silicio, óxidos de aluminio e ytrio, vidrios de silicatos y
borosiliacatos, y materiales cerámicos en general. Con ellos se ha
de hacer el cuerpo principal del reactor, 1, las boquillas, 6, el
cilindro del barrilete, 7, el disco de deflexión, 8, la rejilla
soporte del filtro o membrana, 13, y la brida y chimenea que da
forma al canal de extracción del H_{2}, 14. Igualmente se
fabricaría de uno de estos materiales el tapón 15 y su vástago 16.
Por último, de esos mismos materiales habría que fabricar los
retenes, 19 y 23, y las rejillas ciclónicas y de sujeción, 24 y
25.
Las paredes del horno, 3, que engloban la tapa
superior del colector 4, y el cono de eyección inferior, 17, así
como sus paredes adyacentes, se pueden fabricar de material
refractario propio de hornos de alta temperatura.
Para producir el funcionamiento de la invención
harían falta elementos auxiliares que no forman parte de ésta. En
primer lugar, haría falta disponer de hidrocarburos gaseosos o
gasificables, principalmente metano. Estos hidrocarburos se habrían
de impulsar a través de un circuito de inyección en el reactor de
la invención, que debería incluir una etapa de precalentamiento con
el consiguiente conjunto de intercambiadores, bien en serie, bien
en paralelo, que aprovecharan el calor residual del fluido
calorífero de alimentación del horno, y de los efluentes de éste,
tanto la corriente de H_{2} como la del C con su gas de arrastre.
Este gas, una vez enfriado hasta temperatura aceptable (de unos
cientos de ºC), y separado de las partículas de carbón, bien por
filtros de mangas, bien por procedimientos mecánicos o
electrostáticos habituales de temperaturas bajas o intermedias,
puede volver a comprimirse, para inyectarse de nuevo en el reactor
(o en otro similar, pues podrían acoplarse varios de ellos en
cascada, con objeto de maximizar los rendimientos energético y de
descomposición).
El resultado de la invención sería la
descomposición de hidrocarburos en sus dos componentes elementales,
H y C. El H (propiamente H_{2}) es la base de varios procesos de
oxidación, bien electroquímica, bien de combustión, de suma
utilidad en el sector energético. El C puede emplearse en la
elaboración de fibra de carbono y materiales ad hoc, aunque también
puede almacenarse hasta que sea posible su uso energético en
condiciones en que no sea problemática la intensificación del
efecto invernadero atmosférico.
Claims (7)
1. Reactor termolítico de descomposición de
hidrocarburos en el que se emplea una corriente gaseosa de alta
temperatura, procedente de cualquier fuente adecuada, para
descomponer hidrocarburos en sus componentes elementales, H y C,
caracterizado por un reactor de cuerpo cilíndrico, piramidal,
o tronco-cónico inserto en un horno que lo envuelve
completamente, salvo en los tubos de inyección y extracción de
flujos de material, y que a su vez tiene una separación interior
delimitada por un barrilete asimismo cilíndrico, piramidal o
tronco-cónico, para permitir la recirculación de la
fase gaseosa más las micropartículas generadas en la
descomposición, siendo específico de esta invención la
recirculación del material reaccionante para permitir la
descomposición del hidrocarburo, estimulada por la extracción
continuada de los productos de la descarburación, consiguiéndose
dicha extracción de manera selectiva mediante una estructura
interior en la parte inferior del reactor, constituida por un tapón
que se asienta sobre un cono de eyección, a través del cual sale la
fracción pesada (carbonosa) de los productos.
2. Reactor termolítico de descomposición de
hidrocarburos, según reivindicación primera, caracterizado
por unas boquillas de inyección oblicua del gas a descarburar, que
insuflan dicho gas en el espacio anular del reactor, con
trayectoria inicialmente espiral ascendente, en la cual se estimula
su calentamiento desde la pared exterior.
3. Reactor termolítico de descomposición de
hidrocarburos, según reivindicaciones primera y segunda,
caracterizado por unas rejillas, interiores y exteriores al
barrilete del reactor, que dotan al conjunto de rigidez mecánica, y
coadyuvan a imponer a la corriente gaseosa un movimiento espiral o
ciclónico, ascendente por el espacio anular exterior y descendente
por el interior del barrilete.
4. Reactor termolítico de descomposición de
hidrocarburos, según reivindicaciones primera a tercera,
caracterizado por una estructura interior en la parte
superior del reactor constituida por un disco con un pequeño
orificio central, y una tapa consistente en un filtro de zeolitas o
una membrana de material permeable al hidrógeno, a lo que da
rigidez una rejilla de material compacto resistente a altas
temperaturas, tipo cerámico, como el resto de los elementos
constitutivos del reactor y sus partes; estando coronada dicha
estructura por un canal o pequeña chimenea de extracción del
hidrógeno producido en la descomposición, y que traspase la
membrana o el filtro.
5. Reactor termolítico de descomposición de
hidrocarburos, según reivindicaciones primera a tercera,
caracterizado porque a través de el tapón asentado sobre el
cono de eyección, sale el polvo de C y la fracción más pesada de la
corriente circulante en el reactor cuando el tapón está abierto,
siendo regulable la sección de paso de salida en dicha eyección
mediante el empuje de un vástago solidario al tapón, que puede
llegar a cerrar del todo dicha salida en caso necesario, para
favorecer la recirculación del gas en el interior del reactor.
6. Reactor termolítico de descomposición de
hidrocarburos, según reivindicaciones primera a tercera,
caracterizado por una estructura en la parte inferior del
barrilete del reactor, constituida por una celosía que permite el
paso del gas y de la corriente de micropartículas, bien de dentro a
afaera, cuando el tapón inferior está cerrado y domina la
recircu[ación, bien de fuera a adentro, cuando el tapón está
muy abierto y domina la extracción de la corriente de gas y
partículas.
7. Reactor termolítico de descomposición de
hidrocarburos, según reivindicaciones primera a sexta,
caracterizado por un conjunto de retenes que proporcionan al
sistema la estanqueidad elemental de sus diversas partes, que
funcionan a presiones moderadas.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
ES200601130A ES2264400B2 (es) | 2006-05-04 | 2006-05-04 | Reactor termolitico de descomposicion de hidrocarburos. |
Applications Claiming Priority (1)
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ES200601130A ES2264400B2 (es) | 2006-05-04 | 2006-05-04 | Reactor termolitico de descomposicion de hidrocarburos. |
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ES2264400A1 ES2264400A1 (es) | 2006-12-16 |
ES2264400B2 true ES2264400B2 (es) | 2008-04-16 |
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ID=37813913
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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ES200601130A Active ES2264400B2 (es) | 2006-05-04 | 2006-05-04 | Reactor termolitico de descomposicion de hidrocarburos. |
Country Status (1)
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DE3814723A1 (de) * | 1987-05-06 | 1988-11-17 | Bbc Brown Boveri & Cie | Pyrolysereaktor |
NO315744B1 (no) * | 1998-09-30 | 2003-10-20 | Prototech As | Fremgangsmåte for pyrolytisk produksjon av hydrogen og karbon fra metan ogandre organiske gasser |
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2006
- 2006-05-04 ES ES200601130A patent/ES2264400B2/es active Active
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