ES2288197T3

ES2288197T3 - Metodo y dispositivo para convertir un combustible.

Info

Publication number: ES2288197T3
Application number: ES02795006T
Authority: ES
Inventors: Thomas Hammer; Thomas Kappes; Wolfgang Schiene
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2008-01-01
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: ATE366228T1; EP1456118B1; EP1456118A2; DE50210428D1; AU2002360902A8; AU2002360902A1; DE10162244A1; WO2003051766A3; WO2003051766A2

Abstract

Método para la conversión de un combustible gaseoso o líquido que contiene carbono, donde el combustible reacciona con un agente de oxidación, que tienen los siguientes pasos de método: - del agente de oxidación se genera una corriente primaria de gas, - a esta corriente primaria de gas se alimenta en al menos dos etapas de tratamiento una parte del combustible en forma de una corriente secundaria de gas, - en aquel rango de mezcla de ambas corrientes de gas en el cual la relación molar entre el agente de oxidación y el combustible es esencialmente mayor que la proporción molar en el proceso total, se genera un plasma no térmico para la generación de partículas reactivas desde el agente de oxidación.

Description

Método y dispositivo para convertir un combustible.

La invención se refiere a un método para la conversión de un combustible, gaseoso o líquido, que contiene carbono, según el concepto general de la reivindicación 1.

Usando un plasma no térmico pueden iniciarse determinadas rutas de reacción dentro de una mezcla de gas que se compone al menos de dos gases. De ese modo es adecuado un método particularmente para la conversión de un combustible gaseoso o líquido que contiene carbono alimentando un agente de oxidación gaseoso o líquido. El agente de oxidación es por ejemplo vapor de agua, dióxido de carbono, oxígeno o aire. Al usar un combustible líquido o un medio de oxidación líquido, estas sustancias deben pasarse a la fase gaseosa en un vaporizador, por ejemplo.

El objeto de la transición es particularmente la generación de:

-: hidrógeno

-: una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono - hidrocarburos superiores

-: metanol.

La reformación de hidrocarburos gaseosos se aplica en la actualidad a escala industrial mediante métodos catalíticos convencionales para la generación de gas de síntesis, una sustancia fundamental importante para la industria química o para la obtención de hidrógeno. En este proceso el gas natural, con metano como componente principal, se transforma junto con vapor de agua con ayuda de un catalizador a temperaturas en el rango de 850ºC y presiones elevadas de cerca de 20 bar en una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno:

(1)CH_{4} + H_{2}O \rightleftharpoons CO + 3H_{2};

\hskip0.5cm

\DeltaH^{0} = 206 KJ

La demanda de calor de esta reacción (1) fuertemente endotérmica, que se denomina reformación de vapor, debe cubrirse mediante una fuente externa como, por ejemplo, la combustión de una parte del combustible. Las altas temperaturas y presiones imponen altos requerimientos a los materiales utilizados.

Además, se debe tomar en consideración que mediante una realización adecuada del proceso se evita la formación de carbón sólido (hollín), la cual conduce a la desactivación del catalizador. El gas natural contiene típicamente impurezas que contienen azufre, las cuales pueden conducir también a la desactivación del catalizador y por eso deben eliminarse del combustible por medio de dispositivos adecuados.

Además del método de reformación por vapor, se conocen la oxidación parcial y la pirólisis según las ecuaciones (2) y (3):

(2)C_{n}H_{m} + n/2 O_{2} \rightleftharpoons n CO + m/2 H_{2}

(3)C_{n}H_{m} \rightleftharpoons n C(s) + m/2 H_{2}

Estos procesos se usan particularmente en materias primas que se evaporan con dificultad o que tienen muchas impurezas.

Una combinación de la reformación por vapor y de la oxidación parcial es la tal llamada reformación autotérmica según la ecuación (4):

(4)CH_{4} + 0,445 O_{2} + 0,11 H_{2}O \rightarrow CO + 2,11 H_{2};

\hskip0.5cm

\DeltaH^{0} _{T=350^{o}C} = 0

En este proceso se seleccionan las porciones de oxígeno e hidrógeno de tal manera que se satisface la demanda de calor de la reformación endotérmica por vapor a través de la energía que se libera de la oxidación parcial. Para una realización económica de este método a temperaturas bajas es indispensable también el uso de un catalizador. El riesgo de formación de coque en el catalizador es especialmente alto debido al oxígeno en el gas de partida (educto).

En la generación "on-board" (incorporada) de hidrógeno en vehículos de celda de combustible se emplea con frecuencia metanol líquido debido a las propiedades ventajosas como materia prima. Éste puede transformarse en hidrógeno según la ecuación (5) de manera semejante al metano por medio de reformación catalítica por vapor:

(5)CH_{3}OH + H_{2}O \rightarrow CO_{2} + 3H_{2}

Al usar metanol sí puede garantizarse la pureza de la materia prima de partida, de modo que no se presenta el riesgo de un envenenamiento del catalizador. Sin embargo, no es posible con los catalizadores disponibles actualmente construir un reactor ligero, compacto y con ello económico. Además, no es realizable pasar a otros combustibles líquidos con mayor densidad de energía mediante esta tecnología de catálisis.

Una alternativa para la conversión catalítica ofrecen los métodos en los que se usan los arcos voltaicos térmicos. De esta manera se logran temperaturas por encima de 2000ºC. Estas temperaturas altas de gas provocan altas velocidades de conversión y tiempos de reacción que hacen prescindible el uso de catalizadores. No obstante, las condiciones que se manifiestan en los arcos voltaicos exigen requisitos muy altos para el material usado como electrodo para lograr tiempos de vida útil técnicamente interesantes.

En contraposición con estos métodos térmicos de plasma, en los cuales todas las partículas presentes en el gas (electrones, iones, moléculas neutras de gas) poseen la energía o la temperatura igual, al usar una descarga corona, una descarga de chispa o de una descarga impedida dieléctricamente (DID, del inglés: Dielectric Barrier Discharge DBD) debido a su carácter transitorio se da un desequilibrio entre una energía electrónica promedio muy alta desde 1 hasta 10 eV (1 eV corresponde a una temperatura de 11.600 K) y una temperatura de partículas neutrales apenas elevada en comparación con la temperatura de partida, con lo cual es posible una excitación de las reacciones por impacto de electrones. En tal caso se habla de un plasma no térmico.

Las descargas corona se forman en campos eléctricos muy heterogéneos. Según la polaridad de la alta tensión empleada se habla de descarga corona "positiva" o "negativa". En el rango de las altas intensidades eléctricas de campo (> 40 hasta 50 kV/cm) se forman fenómenos luminosos difusos, descargas en haces o descargas continuas, dependiendo de los parámetros de descarga. La descarga corona se distingue por un flujo de corriente casi continuo, típicamente en el rango de \muA hasta mA.

Las descargas de chispa son fenómenos de descarga que surgen si la tensión entre dos electrodos metálicos se eleva hasta tal punto que se sobrepasen las intensidades de ruptura de campo. El espacio entre los electrodos se vuelve de esta manera capaz de conducir. En el caso de una descarga así, se limita la carga corriente anteponiendo un miembro RC, por ejemplo, apagando luego la chispa después de la descarga completa del condensador. La corriente que fluye por la resistencia R carga al condensador y se obtiene un fenómeno de descarga que se repite. La característica de una descarga así está entre la de una descarga corona no térmica y la de un arco voltaico.

En el caso de una DID, se evita una ruptura eléctrica total del espacio entre los electrodos por medio de una capa dieléctrica aplicada entre los electrodos. En esta forma de descarga, la corriente se produce por cuenta de muchas microdescargas individuales, las cuales se distribuyen por el área total del dieléctrico.

Los valores típicos de una microdescarga así se indican en la tabla I. Las ventajas de esta descarga son la limitación de la corriente máxima de descarga y la distribución homogénea de la descarga por la superficie del dieléctrico. Especialmente la propiedad mencionada de último hace posible la generación sencilla de descargas escaladas mono- o bidimensionales.

TABLA 1 Características típicas de una microdescarga

Radio del canal de plasma	cerca 100 \mum
Duración	Menos de ns
Energía promedio electrónica	1 hasta 10 eV
Densidad electrónica	10^{14} cm^{-3}

Estos métodos no térmicos de plasma se emplean industrialmente para la generación de ozono. Aplicaciones para degradar compuestos orgánicos volátiles (VOC) y para purificar gases de escape se encuentran en desarrollo.

En el estado de la técnica se trata siempre la mezcla de gases mediante plasma no térmico.

Las investigaciones para la reformación por vapor de metano por medio de DID han demostrado que los componentes de metano del gas de partida se activa preferiblemente mediante la descarga. De esta manera se llega preferiblemente a la formación de hidrógeno y de hidrocarburos superiores, mientras que los componentes oxidados como, por ejemplo, monóxido de carbono (CO) se forman en cantidades muy pequeñas. Por consiguiente, no parece posible una realización eficiente de la reformación de metano por vapor de esta manera. Las investigaciones de la cinética química inducida por medio de plasmas no térmicas confirman que es de naturaleza de principios. Las reacciones iniciales de la reformación de metano por vapor son la disociación de la molécula de metano o de agua mediante impacto de electrones:

\newpage

CH_{4} + e \rightarrow \cdotCH_{3} + H\cdot + e	(6)

H_{2}O + e \rightarrow \cdotOH + H\cdot + e	(7a)

H_{2}O + e \rightarrow \cdotOH + H^{-}	(7b)

A las reacciones por impacto de electrones se agregan temporalmente las reacciones de radicales según la tabla 3:

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TABLA 3 Reacciones de radicales por reformación de metano por vapor de agua

Reacciones radical-molécula

CH_{4} + \cdotOH \rightarrow H_{2}O + \cdotCH_{3}	(8)

CH_{4} + H\cdot \rightarrow H_{2} + \cdotCH_{3}	(9)

H_{2}O + \cdotCH_{3} \rightarrow CH_{4} + \cdotOH	(10)

H_{2}O + \cdotH \rightarrow \cdotOH + \cdotH_{2}	(11)
Reacciones radical-radical

\cdotCH_{3} + \cdotCH_{3} \rightarrow C_{2}H_{6}	(12)

\cdotCH_{3} + H \rightarrow CH_{4}	(13)

\cdotOH + \cdotOH \rightarrow H_{2}O_{2}	(14)

\cdotOH + \cdotOH \rightarrow H_{2}O + O\cdot	(15)

\cdotOH + H \rightarrow H_{2}O	(16)

\cdotH + \cdotH \rightarrow H_{2}	(17)

\cdotCH_{3} + \cdotOH \rightarrow H_{2}O + CH_{2}	(18)

\cdotCH_{3} + \cdotOH \rightarrow CH_{3}OH	(19)

Los radicales CH_{3} surgidos por la disociación del metano se recombinan muy rápido según la ecuación de reacción (12) en dirección de C_{2}H_{6}. Los radicales H reaccionan o bien por la ecuación de reacción (9) formándose un radical metilo o bien mediante recombinación directa según la ecuación de reacción (17) en dirección de H_{2}. Las reacciones radical con agua según las ecuaciones de reacción (10) y (11) son claramente improbables en su totalidad.

Las velocidades de reacción VRi y las conversiones alcanzables así de las reacciones por impacto de electrones (6) hasta (7b) y de las reacciones de radical (8) hasta (19) resultan según la siguiente ecuación:

(21)RG_{i} = K_{i} \cdot n_{1} \cdot n_{2}

ki significa aquí uno de los participantes en la reacción y de las condiciones de reacción como, por ejemplo, de la energía electrónica promedio en el caso de las reacciones por impacto de electrones o de la temperatura en el caso de las magnitudes dependientes de reacciones de radical. Ambas magnitudes n_{1} y n_{2} indican las concentraciones de las especies que participan en la reacción.

De WO 01/33056 A1 se conoce un convertidor de combustible accionado con plasma en el cual se introduce una mezcla de combustible - aire a una instalación de dos electrodos y al espacio existente entre ellos y se instala una tensión entre 100 V y 40 kV a los electrodos. Allí el oxígeno está presente en exceso, particularmente en la relación de 1,2 hasta 2,5 con la porción de carbono. Pueden conectarse varios convertidores sucesivamente.

A partir del estado más reciente de la técnica un objetivo de la invención es indicar un método mejorado para transformar un combustible gaseoso o líquido que contiene carbono.

El objetivo se logra según la invención mediante las medidas de la reivindicación 1, las modalidades del método de la invención y de los dispositivos correspondientes se indican en las reivindicaciones dependientes respectivas.

El objeto de la invención es un método que produce radicales determinados selectivamente de manera efectiva para iniciar de manera dirigida procesos de reacción en la mezcla de gas. El método de la invención funciona según el principio de que se genera un plasma no térmico en un rango en el cual las densidades de los componentes gaseosos excitados preferiblemente en el plasma están por debajo de aquellas de los que se excitan menos preferiblemente. Para esto se describen dispositivos que permiten un ajuste dirigido de las concentraciones de componentes gaseosos individuales de un plasma no térmico generado en el dispositivo. Con esto es posible según la ecuación (21) influir de manera dirigida en la velocidad de reacción para las reacciones por impacto de electrones y de esa manera iniciar rutas de reacción determinadas.

En general este método puede emplearse en todas aquellas partes de manera razonable donde un tratamiento total de una mezcla de gas mediante un plasma no térmico no conduce a los procesos deseados de reacción. Ventajosamente el método de la invención es adecuado para el tratamiento de una mezcla de combustible - agente de oxidación que consiste de

- un gas combustible que contiene hidrocarburo como, por ejemplo, metano, propano, butano, metanol o

- una mezcla de gases combustibles que contienen hidrocarburos como, por ejemplo, una mezcla de propano-butano o

y

- un gas sencillo oxidante como, por ejemplo, vapor de agua (H_{2}O gaseosa), dióxido de carbono (CO_{2}), oxígeno (O_{2}), aire,

- una mezcla de un gas oxidante,

- un gas sencillo oxidante o una mezcla de gases oxidantes adicionando otro gas no oxidante como, por ejemplo, nitrógeno (N_{2}) o argón (Ar) con el objetivo de

- la generación de hidrógeno

- la generación de una mezcla de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H_{2})

- el enriquecimiento del gas combustible con hidrógeno

- la modificación de la relación C/H en el gas combustible

- la generación de metanol

- la generación de hidrocarburos superiores,

y también son realizables combinaciones de estos objetivos.

Otras singularidades y ventajas de la invención se producen de la siguiente descripción de figuras, de ejemplos de realización por medio del dibujo en conexión con las reivindicaciones. En la figura 1 se muestra una representación del método de la invención;

la figura 2 muestra el uso de una etapa intermedia para la separación de componentes de producto en el método según la figura 1,

la figura 3 muestra el uso de una etapa intermedia para la separación de una sustancia de partida no convertida con reciclaje en el método según la figura 1,

la figura 4 muestra la estructura principal de una planta para la reformación por vapor de un combustible según el método de la figura 1, y

la figura 5 muestra la estructura coaxial de un dispositivo de tratamiento para un combustible de cuatro etapas, según el principio de una descarga bloqueada dieléctricamente.

En adelante se describe un método para la generación selectiva de partículas reactivas y su realización en aparatos por medio de cuerpos para la reformación por vapor de metano que actúa para combustibles gaseoso que contienen carbono o combustibles líquidos que contienen carbono, a partir de los cuales se produce una corriente de gas combustible por medio de vaporización previa. En este caso el metano representa aquellos componentes gaseosos que se activa preferiblemente en comparación con el vapor de agua en un plasma no térmico. Estos componentes gaseosos activados preferiblemente se denominan de aquí en adelante componentes gaseosos secundarios.

El vapor de agua actúa como un agente de oxidación. Como alternativas se ofrecen dióxido de carbono (CO_{2}), oxígeno puro (O_{2}) o una mezcla de estas sustancias opcionalmente adicionando un gas activo no oxidante como, por ejemplo nitrógeno (N_{2}) o argón (Ar). Estos componentes, capaces de activarse menos fácilmente mediante plasma no térmico, se denominan en lo sucesivo componentes gaseosos primarios.

El principio metódico de la generación selectiva de radicales permite que se realice de las siguiente manera y particularmente tomando como referencia las figuras 1 hasta 3: en la representación esquemática según la figura 1 se distingue 10, 10', ... una corriente primaria de gas a la que se introduce en etapas individuales como, por ejemplo, etapa 1 y etapa 2, corrientes parciales 21, 21', ... de una corriente secundaria de gas 20, 20', .... De manera general es válido: la corriente de gas 10^{n'}que se desborda de cualesquiera etapas forma entonces respectivamente la corriente primaria de gas (10+1)^{n'} de las subsiguientes etapas n+1. En los ejemplos de realización 1 aquí descritos la corriente de gas primaria 10, 10' es, por ejemplo, vapor de agua y la corriente secundaria de gas es, por ejemplo, metano, es decir, gas combustible que contiene carbono.

Según la figura 1 a la corriente primaria de gas 10 ó 10' se alimenta en etapas de tratamiento 1 ó 2 consecutivamente de forma respectiva una parte 21 ó 21' del gas combustible como corriente secundaria de gas. La mezcla de gas que se desborda de la etapa 1 es la corriente primaria de gas de la siguiente etapa de tratamiento 2. Un plasma no térmico se genera respectivamente dentro de las etapas de tratamiento 1 ó 2 en el sector de mezcla de ambas corrientes de gas 10 y 21 ó 10' y 21' de tal modo que dentro de las zonas de plasma 15 ó 15' el vapor de agua se encuentra en relación molar claramente sobre-estequiométrica. Para metano (CH_{4}) en calidad de combustible y agua (H_{2}O) como agente de oxidación en cuyo caso la relación molar estequiométrica es 1:1, es posible un factor de 3 hasta 10, preferiblemente 5. para otras mezclas de combustible/agente de oxidación pueden alcanzarse valores correspondientemente altos con n_{agentes \ de \ oxidación} >> n_{combustible}, que están respectivamente de manera clara por encima de la relación molar en el respectivo proceso total. Puesto que la mezcla de gas se conduce respectivamente sólo con corrientes parciales predeterminadas 21, 21' de la corriente de gas 20 a través de la zona de plasma 15, 15', ..., los radicales generados a partir del agente de oxidación en la corriente primaria de gas 10, 10' ... en el plasma no térmico de las zonas de plasma 15, 15', ... tienen propiedades selectivas para la conversión de combustible.

En el método definido así, el desempeño específico de plasma se selecciona de modo que los componentes de gas combustible alimentados se conviertan casi completamente.

Una modalidad del método consiste en separar determinadas porciones de la corriente de gas respectivamente después de una etapa de tratamiento de gas. Según la figura 2 puede tratarse en tal caso mediante el uso de una etapa de separación 25 de un componente de producto y según la figura 3 mediante el uso de una etapa de separación 35 con la posibilidad de reciclarse de un componente de partida no convertido totalmente. Por componente de producto se define en este caso un componente formado en la etapa de tratamiento, por componente de partida ("educto") se define una porción no convertida de la corriente primaria o secundaria.

Especial en la reformación por vapor de metano se presenta separar el hidrógeno, por ejemplo mediante membranas selectivamente permeables para impedir una oxidación del hidrógeno en las etapas subsiguientes. Una separación de las materias de partida no convertidas, como en el caso de agua mediante condensación, es entonces razonable si está previsto un reciclaje de estos componentes al proceso de conversión. Las combinaciones de ambos métodos de separación son también concebibles.

Las etapas de separación 25 y 35 pueden además contener un intercambiador de calor en el que se enfría la corriente de gas que se desborda de la etapa de tratamiento de gas. El calor que se obtiene así puede realimentarse después de vuelta al proceso.

La figura 4 muestra la estructura de principio de un dispositivo para la realización del método: En el ejemplo presente la porción de agua de la mezcla de gas se evapora antes de la primera etapa de tratamiento de gas y después se lleva a la temperatura deseada. El gas combustible se calienta también sobre un intercambiador de calor y se alimenta definidamente a las etapas individuales respectivamente por una unidad de dosificación como, por ejemplo, una válvula de aguja o un regulador de flujo másico. Al usar un combustible líquido, éste se evapora antes del intercambiador de calor.

En la figura 4, 41 significa una instalación de dosificación como, por ejemplo una válvula para gas combustible, 42 un intercambiador de gas con una unidad 42a para calentar, 43 una instalación para dosificar como, por ejemplo, una válvula para agua, y 44 un intercambiador de calor para agua con la unidad 44a para la evaporación de agua y una unidad 44b para sobrecalentar el vapor de agua generado. A una etapa de tratamiento de gas 45 se acomoda una unidad de dosificación 46 y una fuente de energía 47. Sigue una unidad 48 para el post-tratamiento del gas de reacción. La unidad de post-tratamiento 48a es parte de un intercambiador de calor.

En particular, el gas combustible y el vapor de agua se alimentan a la etapa de tratamiento de gas 45 por dos conductos separados. Primero, el agua se transfiere a fase gaseosa en el evaporador 44a y después se lleva a la temperatura deseada por medio del sobre-calentador 44b.

La corriente de gas combustible se conduce antes de la primera etapa a través del intercambiador de calor 42 y se lleva a la temperatura deseada. En tal caso, el intercambiador de calor 42 puede calentarse ya sea por la combustión de una parte del gas combustible como, por ejemplo, en un quemador o mediante electricidad. Los combustibles líquidos se evaporan adicionalmente. La corriente de gas combustible generada puede entonces alimentarse en la cantidad deseada a las etapas individuales de tratamiento de gas por medio de la unidad de dosificación 46, por ejemplo una válvula de aguja o un regulador de flujo másico.

Para evitar pérdidas de energía y condensación, la planta completa se estructura de manera térmicamente aislada. Están presentes medios para la recuperación de calor, lo cual se indica por medio de las flechas 141 y 142. Especialmente si la etapa de post-tratamiento 48a es parte del intercambiador de calor 48, se recicla el calor que se desprende a los intercambiadores de calor 42 y 44. A ambos intercambiadores de calor se alimenta adicionalmente calor desde fuentes externas de calor en correspondencia con las flechas 143 y 144.

En cada etapa de tratamiento de gas 45, por medio de una descarga corona, de una descarga de chispa o de una descarga bloqueada dieléctricamente se genera una zona 45a de plasma no térmico a través de la cual se conduce toda la corriente de vapor de agua con la parte respectivamente mezclada de la corriente de gas combustible.

La figura 5 muestra un reactor para la generación de descargas bloqueadas dieléctricamente (DBD) con estructura coaxial. Para la realización de la etapa de tratamiento de gas 45 de la figura 4, está presente un tubo cerámico 51 de Al_{2}O_{3}, por ejemplo, el cual en el lado externo está provisto de una capa metálica 52 la cual sirve como electrodo de tierra. En el tubo cerámico 51 se presentan, de manera centrada, los electrodos metálicos de alta tensión 53, a los cuales se aplica preferiblemente una alta tensión AC o una alta tensión de pulsos para la generación del plasma.

Para establecer exactamente el punto de convergencia de la DBD es razonable proveer los electrodos internos 53 de estructuras con forma de disco en forma de electrodos 55, 55', ... del tipo corte respectivamente. Para favorecer una moderación comparativa de la descarga por el área total del disco y nivelar la tolerancias de fabricación, se recomienda la aplicación de una estructura dentada en la rueda externa de los electrodos 55, 55', .... Una etapa individual de tratamiento de gas puede contener uno o más de tales electrodos 55, 55', ... con forma de corte.

Los valores típicos de tensión para magnitudes de brecha de descarga se encuentran en el rango desde algunos mm hasta cm entre 5 kV y 30 kV. Al usar una alta tensión de AC se usan típicamente frecuencias en el rango de 1 kHz hasta cerca de 100 kHz. Al aplicar fuentes de tensión por pulsos se trabaja con duraciones de pulsos menores de 10 \mus, tiempos de repetición de pulso en el rango de 1 kHz hasta 100 kHz y altos tiempos de elevación de tensión. La energía transmitida por período o por pulso puede variarse por medio de la tensión aplicada. El desempeño promedio se logra a partir del producto de energía por período o pulso y de la frecuencia usada o del tiempo de repetición de pulso. Las densidades de desempeño técnicamente razonables con respecto al volumen de descarga son de 1 hasta 100 W/cm^{3}.

Al electrodo central de alta tensión 53 se integra una conducción con aberturas 58, 58', ... en la estructura según la figura 5, a través de las cuales se conduce el gas combustible. Antes del primer disco de cada unidad de tratamiento de gas sale el gas combustible a través de las aberturas 58, 58', ... al electrodo interno 53 y se mezcla con la corriente de vapor de agua. Después la mezcla corre por la zona de plasma que se forma por toda el área en los vértices de la estructura del disco. Por la magnitud de las aberturas 58, 58', ... y la presión previa del gas combustible puede ajustarse la cantidad de gas deseada y con ello la proporción entre la concentración de vapor de agua y concentración de gas combustible. A través de la variación de la corriente total de gas, del área de corte transversal por el que fluyó y del desempeño del plasma, puede variarse la energía incorporada en un elemento de volumen de gas.

Para la obtención de una conversión de gas lo más alta posible varias de tales etapas de tratamiento que corresponden a la figura 5, pueden disponerse en serie. En la figura 5 se representan cuatro etapas de tratamiento a manera de ejemplo. Sin embargo, es posible ubicar un gran número de tales etapas de tratamiento en un tubo externo individual de cerámica.

Una ventaja especial de la estructura según la figura 5 es la capacidad sencilla de escalamiento por el número de las etapas de tratamiento de gas conectadas en serie así como por el radio del tubo o las estructuras de disco. Otra ventaja de la estructura simétricamente coaxial es el impedimento de efectos de borde y con ello una simplificación del diseño del reactor.

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Documentos indicados en la descripción

Esta lista de los documentos indicados por el solicitante se incorpora exclusivamente para información del lector y no es parte componente del documento de patente europea. Se compiló con el mayor esmero; sin embargo, la OPE no asume responsabilidad alguna por los eventuales errores u omisiones.

\bullet WO 0133056 A1 [0026]

Claims

1. Método para la conversión de un combustible gaseoso o líquido que contiene carbono, donde el combustible reacciona con un agente de oxidación, que tienen los siguientes pasos de método:

- del agente de oxidación se genera una corriente primaria de gas,

- a esta corriente primaria de gas se alimenta en al menos dos etapas de tratamiento una parte del combustible en forma de una corriente secundaria de gas,

- en aquel rango de mezcla de ambas corrientes de gas en el cual la relación molar entre el agente de oxidación y el combustible es esencialmente mayor que la proporción molar en el proceso total, se genera un plasma no térmico para la generación de partículas reactivas desde el agente de oxidación.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el vapor de agua (H_{2}O gaseosa) sirve como agente de oxidación.

3. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el oxígeno (O_{2}) sirve como agente de oxidación.

4. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el dióxido de carbono (CO_{2}) sirve como agente de oxidación.

5. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque una mezcla de gases oxidantes sirve como agente de oxidación.

6. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque se adiciona un componente no oxidante al agente de oxidación.

7. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque el componente gaseoso adicionado es nitrógeno (N_{2}).

8. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque el componente gaseoso adicionado es un gas noble.

9. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque en calidad de agente de oxidación se usa aire, gas de escape o residual de combustión o una mezcla de ambos.

10. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque los componentes de producto que se formaron dentro de una etapa de tratamiento se separan de la corriente de gas.

11. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque los componentes de partida de la corriente primaria o de la secundaria de gas, que después de circular por la etapa de tratamiento no se convirtieron, se separan de la corriente de gas y opcionalmente se reciclan.

12. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el plasma no térmico se genera por medio de una descarga eléctrica de gas.

13. Método según la reivindicación 12, caracterizado porque la descarga eléctrica de gas se realiza por medio de una descarga corona, una descarga de chispa o una descarga bloqueada dieléctricamente.

14. Método según una de las reivindicaciones previas, caracterizado porque se usa una instalación en la que están presentes al menos dos etapas de tratamiento (45), en las que al agente de oxidación como corriente primaria de gas se alimenta una corriente secundaria de gas con el combustible y en las que puede generarse un plasma no térmico para la generación selectiva de partículas reactivas a partir del agente de oxidación en el área de mezcla de ambas corrientes de gas,

- cada etapa de tratamiento contiene una fuente de energía (47) para la generación del plasma no térmico, y

- está presente una unidad de dosificación (46) por etapa de tratamiento (45), con la cual una determinada parte del combustible se conduce a la etapa de tratamiento (45) y allí se mezcla como corriente secundaria de gas con el agente de oxidación como corriente primaria de gas.

15. Método según la reivindicación 14, caracterizado porque en el caso de un agente de oxidación gaseoso se usa una instalación para el calentamiento (44) o en el caso de un agente de oxidación líquido capaz de evaporarse como, por ejemplo, el agua se usa una instalación para la vaporización (44a) y sobrecalentamiento (44b) combinados.

16. Método según la reivindicación 14 o la reivindicación 15, caracterizado porque se usa una instalación para el calentamiento (42) en el caso de un combustible gaseoso, o una instalación para la evaporación y el sobrecalentamiento combinados en el caso de un combustible líquido capaz de evaporarse.

17. Método según la reivindicación 15 y la reivindicación 16, caracterizado porque las instalaciones para el calentamiento (42, 44) o bien para el calentamiento y sobrecalentamiento combinados de la corriente primaria o bien de la secundaria están estructuradas como intercambiadores de calor, las cuales se calientan por medio del calor residual del gas producto o por medio de la combustión de una parte del combustible.

18. Método según la reivindicación 14, caracterizado porque una etapa de tratamiento (45) se usa con una estructura coaxial (50), que tiene un electrodo interno (53) incorporado de manera concéntrica para la generación de una descarga corona, de una descarga de chispa o de una descarga bloqueada dieléctricamente. (Fig. 5).

19. Método según la reivindicación 18, caracterizado porque el electrodo interno (53) es un electrodo hueco y tiene un espacio hueco (54), al cual puede conducirse el gas combustible.

20. Método según la reivindicación 18, caracterizado porque en calidad de electrodo interno se usa un dispositivo con un número de estructuras con forma de disco (55).

21. Método según la reivindicación 18, caracterizado porque en calidad de electrodo interno (53) se usa un dispositivo que tiene aberturas (58) en la región antes de las estructuras con forma de disco (55), a través de dichas aberturas el gas combustible puede salir desde el espacio vacío (53) que se encuentra adentro a la etapa de tratamiento de gas (45).

22. Método según una de las reivindicaciones 18 hasta 21, caracterizado porque se usa un reactor (DBD) para la generación de descargas bloqueadas dieléctricamente que consiste de un electrodo metálico interno de alta tensión (52) y un contra-electrodo metálico (52), encontrándose una capa de aislamiento en forma de un tubo dieléctrico (51) entre el electrodo interno y el contraelectrodo.