ES2639664A1 - Procedimiento para la oxidación parcial de combustibles, dispositivo para aplicar dicho procedimiento y gas obtenido con dicho procedimiento - Google Patents

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

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Abstract

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

Claims (32)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- PROCEDIMIENTO PARA LA OXIDACIÓN PARCIAL DE COMBUSTIBLES del tipo de los que comprenden una reacción de reducción-oxidación de un fluido entrante caracterizado por que:
    1. En una primera etapa el fluido entrante (4), que comprende fluido combustible 5 (9) y fluido oxidante (10), se introduce en el dispositivo y al llegar al cuerpo principal (2), entra de una forma tangencial al chorro de gas ionizado (5) iniciándose un vórtice con el fluido entrante (4).
  2. 2. En una segunda etapa el vórtice dicho empieza a discurrir a lo largo del foto-reactor por el espacio existente entre el lecho fijo (7) y el lecho circulante (6). 10
  3. 3. En una tercera etapa, al discurrir el vórtice con el fluido entrante (4), su lado exterior colisiona con el lecho fijo (7), que comprende un catalizador, mientras que su lado interior colisiona con las moléculas del lecho circulante (6), tomando así las características de un fluido que discurre en espiral con turbulencia expansiva. 15
  4. 4. En una cuarta etapa, el fluido en espiral con turbulencia expansiva induce a rotación al lecho circulante (6) llegando a formar un solo gas mezclado, altamente ionizado y con distribución molecular homogénea, que se denomina gas mezclado.
  5. 5. En una quinta etapa el gas mezclado absorbe el calor intenso del chorro de gas 20 ionizado existente en el lecho circulante, teniendo lugar en dicho gas mezclado una reacción química de reducción-oxidación dando como resultado el gas obtenido.
  6. 2.- PROCEDIMIENTO PARA LA OXIDACIÓN PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme 25 reivindicación 1 caracterizado por que comprende además una fase en la que un sistema de antorcha de plasma proyecta rayos ultravioleta generando efectos catalíticos, que se aumentan al interactuar con al menos un catalizador del lecho fijo.
  7. 3.- PROCEDIMIENTO PARA LA OXIDACIÓN PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 1 caracterizado por que el tiempo de residencia del fluido entrante en el 30 interior del cuerpo principal del foto-reactor es inferior a 10 segundos.
  8. 4.- PROCEDIMIENTO PARA LA OXIDACIÓN PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 1 caracterizado por que la oxidación del fluido combustible se produce a una temperatura inferior a 750º centígrados y el consumo energético es menor de 1 kwh por cada kilo de carbono contenido en el fluido combustible
  9. 5.- PROCEDIMIENTO PARA LA OXIDACIÓN PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme 5 reivindicación 1 caracterizado por que comprende además una etapa previa de calentamiento del fluido entrante.
  10. 6.- PROCEDIMIENTO PARA LA OXIDACIÓN PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 1 caracterizado por que comprende además una etapa previa de protonado del fluido oxidante. 10
  11. 7.- PROCEDIMIENTO PARA LA OXIDACIÓN PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 1 caracterizado por que comprende además una etapa previa de desprotonado del fluido combustible.
  12. 8.- PROCEDMIENTO PARA LA OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 1 caracterizado por que el fluido combustible comprende moléculas de al 15 menos un átomo de carbono sin oxidar.
  13. 9.- PROCEDMIENTO PARA LA OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 1 caracterizado por que el fluido oxidante comprende al menos un fluido reactante aportador de oxígeno tal como aire, aire enriquecido con oxígeno, oxígeno, dióxido de carbono, vapor de agua o, preferiblemente agua protonada. 20
  14. 10.- PROCEDMIENTO PARA LA OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 1 caracterizado por que el catalizador del lecho fijo (7) comprende al menos uno de los siguientes elementos: hierro II y III, cobre, níquel, alúmina, dióxido de titanio, dióxido de silicio, cuarzo, molibdeno, cobalto, vanadio y tungsteno.
    25
  15. 11.- DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES caracterizado por que comprende un foto-reactor, que comprende:
    1. Un cuerpo principal (2) con uno más orificios de entrada y uno o más orificios de salida, teniendo dicho cuerpo principal estructura de conducto.
  16. 2. Un componente que produce un chorro de gas ionizado (5).
  17. 3. Un lecho circulante (6) con un gas ionizado.
  18. 4. Un lecho fijo (7) unido a la pared interna del cuerpo principal del foto-reactor. 5
  19. 5. Uno o más catalizadores en el lecho fijo.
  20. 12.- DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación anterior caracterizado por que además comprende un intercambiador de calor, preferiblemente uno que forme parte del foto-10 reactor utilizando el espacio (3) entre la doble chaqueta quedando así incorporado el intercambiador al propio foto-reactor de modo que el gas obtenido cede calor al fluido entrante.
  21. 13.- DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL 15 DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 11 caracterizado por que además comprende un protonador (10), preferiblemente ubicado antes del intercambiador de calor.
  22. 14.- DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL 20 DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 11 caracterizado por que además comprende un desprotonador (9), preferiblemente ubicado antes del intercambiador de calor.
  23. 15.- DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL 25 DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 11 caracterizado por que en el lecho fijo (7) unido a la pared interna del cuerpo principal del foto-reactor existen una serie de protuberancias (8) sujetas a la pared o formando parte de ella.
  24. 16.- DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL 30 DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 11 caracterizado por que el chorro del gas
    ionizado (5) se produce a partir de un gas que preferiblemente comprende vapor de agua desprotonada.
  25. 17.- DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 11 caracterizado por que el cuerpo principal 5 del foto-reactor tiene forma de conducto, preferiblemente cilíndrica o troncocónica encontrándose el inyector del chorro de gas ionizado (5) preferiblemente en el extremo de mayor sección.
  26. 18.- DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL 10 DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 11 caracterizado por que el cuerpo principal del foto-reactor, que tiene estructura de conducto, presenta en su recorrido una sección cuyo promedio de diámetro interno es, por cada kilogramo de carbono contenido en el fluido oxidante, de un mínimo de 0,1 cm y de un máximo de 5 cm, teniendo como rango preferido de 0,4 cm a 1,5 cm. 15
  27. 19.- DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 11 caracterizado por que el cuerpo principal del foto-reactor, que tiene estructura de conducto, presenta por cada kilogramo de carbono contenido en el fluido oxidante, una longitud mínima de 0,4 cm y máxima de 17 20 cm, teniendo como rango preferido de 2 cm a 8 cm.
  28. 20.- DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 15 caracterizado por que las protuberancias (8) deben estar distribuidas de tal forma que completen el perímetro interno del cuerpo 25 principal (2) del foto-reactor sin que exista un canal abierto en línea recta, adyacente y a lo largo de la pared interna del conducto del foto-reactor que comunique su salida con la zona transitada por el fluido entrante.
  29. 21.- DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL 30 DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 15 caracterizado por que la altura de las
    protuberancias (8) es entre 3% y el 40 % del promedio del diámetro interno del conducto del foto-reactor, siendo el rango preferido entre el 15% y el 25%.
  30. 22.- DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 11 caracterizado por que el chorro de gas 5 ionizado (5) proviene preferiblemente de un plasma de arco eléctrico no transferido, a base de corriente directa y que produce un fluido ionizado que comprende al menos uno de los siguientes elementos o compuestos del grupo: aire, oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, helio, argón, dióxido de carbono, monóxido de carbono y agua o vapor de agua preferiblemente protonada. 10
  31. 23.- DISPOSITIVO PARA LA APLICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE OXIDACION PARCIAL DE COMBUSTIBLES conforme reivindicación 11 caracterizado por que el chorro de gas ionizado (5) es producido por inducción a base de corriente alterna y produce un fluido ionizado que comprende al menos uno de los siguientes elementos o compuestos del 15 grupo: aire, oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, helio, argón, dióxido de carbono, monóxido de carbono y agua o vapor de agua preferiblemente protonada.
  32. 24.- GAS OBTENIDO MEDIANTE EL PROCESO DESCRITO caracterizado por que comprende, en volumen, un porcentaje mayoritario en hidrógeno, seguido por un 20 segundo porcentaje menor que puede ser monóxido de carbono o por dióxido de carbono, según la cantidad de fluido oxidante presente en la reacción química “reducción-oxidación” que lo formó, y comprendiendo también otros porcentajes minoritarios correspondientes a subproductos derivados de esta reacción.
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