ES2835885T3 - Sistemas y métodos para el procesamiento de materiales sólidos mediante el uso de ondas de choque producidas en un vórtice gaseoso supersónico - Google Patents

Sistemas y métodos para el procesamiento de materiales sólidos mediante el uso de ondas de choque producidas en un vórtice gaseoso supersónico Download PDF

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Abstract

Un sistema para procesar materiales sólidos, el sistema comprende: un alimentador de material sólido; un reactor que tiene una cámara, una entrada de material sólido, una entrada de gas y una salida, el reactor se configura para facilitar las reacciones químicas y/o la trituración del material de alimentación sólido mediante el uso de fuerzas de tensión de ondas de choque creadas en un vórtice gaseoso supersónico dentro de la cámara, el alimentador de material sólido se configura para proporcionar material sólido a la cámara del reactor a través de la entrada de material sólido, el material sólido se procesa dentro de la cámara mediante mecanismos no abrasivos facilitados por las ondas de choque dentro de la cámara, la salida se configura para efectuar un enfriamiento rápido del material sólido procesado que sale del reactor para reducir la aparición de reacciones inversas; una fuente de gas configurada para introducir una corriente de gas a alta velocidad en la cámara del reactor a través de la entrada de gas para efectuar el vórtice gaseoso supersónico dentro de la cámara, en donde la entrada de gas incluye una boquilla de entrada dispuesta dentro de la entrada de gas, la boquilla de entrada se configura para emitir ondas de choque en la corriente de gas de alta velocidad introducida por la fuente de gas por lo que la corriente de gas de alta velocidad se emite hacia dentro de la cámara a una velocidad supersónica; y un almacenamiento configurado para recoger material procesado que se comunica a través de la salida del reactor.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistemas y métodos para el procesamiento de materiales sólidos mediante el uso de ondas de choque producidas en un vórtice gaseoso supersónico
Esta descripción se refiere a sistemas y métodos para procesar materiales sólidos mediante el uso de ondas de choque producidas en un vórtice gaseoso supersónico.
Antecedentes
Los enfoques convencionales para la trituración pueden incluir el uso de molinos de chorro. Los molinos de chorro pueden usarse para triturar una variedad de materiales, particularmente en casos donde el material de alimentación es duro o ya relativamente fino y donde se requieren productos de alta pureza, sin contaminación. La pulverización puede tener lugar en una cámara toroidal central del molino de chorro a medida que el material a procesar se impulsa alrededor del perímetro de la cámara mediante múltiples chorros de aire o vapor. No pueden usarse medios de molienda. La reducción de tamaño por desgaste puede ser el resultado de colisiones de alta velocidad y fuerzas de compresión resultantes entre las partículas del propio material de proceso y/o entre las partículas del material a procesar y las paredes interiores de la cámara. El documento US 2003/024806 describe un aparato y un método en donde un reactor de trituración de energía cinética de torbellino de plasma usa un fluido de chorro de plasma de alta velocidad para crear un torbellino de plasma para triturar la materia mientras la materia reacciona químicamente. El documento WO 96/28577 describe un reactor de plasma de enfriamiento rápido para fabricar sólidos en donde una boquilla convergente-divergente ubicada coaxialmente dentro del extremo de salida de la cámara enfría rápidamente la corriente gaseosa convirtiendo la energía térmica en energía cinética debido a la expansión adiabática e isoentrópica a medida que la corriente fluye axialmente a través de la boquilla.
El documento GB 877917 describe un método y un dispositivo para pulverizar materiales orgánicos e inorgánicos a través de ondas de choque que viajan a velocidad supersónica y que tienen una frecuencia superior a 2000 vibraciones por segundo.
Resumen
De acuerdo con la invención, se proporciona un sistema para procesar materiales sólidos, el sistema comprende: un alimentador de material sólido;
un reactor que tiene una cámara, una entrada de material sólido, una entrada de gas y una salida, el reactor se configura para facilitar las reacciones químicas y/o la trituración del material de alimentación sólido mediante el uso de fuerzas de tensión de ondas de choque creadas en un vórtice gaseoso supersónico dentro de la cámara, el alimentador de material sólido se configura para proporcionar material sólido a la cámara del reactor a través de la entrada de material sólido, el material sólido se procesa dentro de la cámara mediante mecanismos no abrasivos facilitados por las ondas de choque dentro de la cámara, la salida se configura para efectuar un enfriamiento rápido del material sólido procesado que sale del reactor para reducir la aparición de reacciones inversas;
una fuente de gas configurada para introducir una corriente de gas a alta velocidad en la cámara del reactor a través de la entrada de gas para efectuar el vórtice gaseoso supersónico dentro de la cámara, en donde la entrada de gas incluye una boquilla de entrada dispuesta dentro de la entrada de gas, la boquilla de entrada se configura para emitir ondas de choque en la corriente de gas de alta velocidad introducida por la fuente de gas por lo que la corriente de gas de alta velocidad se emite hacia dentro de la cámara a una velocidad supersónica; y
un almacenamiento configurado para recolectar material procesado que se comunica a través de la salida del reactor
Un aspecto de la descripción se refiere a un sistema que usa un reactor configurado para facilitar las reacciones químicas y/o la trituración de materiales de alimentación sólidos mediante el uso de fuerzas de tensión de ondas de choque creadas en un vórtice gaseoso supersónico. Una o más implementaciones del sistema que usa un reactor como se presenta en la presente descripción pueden ser particularmente ventajosas sobre las soluciones convencionales en donde se pueden emplear molinos de chorro. Por ejemplo, una o más implementaciones del sistema presentado en la presente descripción pueden producir ventajosamente solo un desgaste mínimo en los componentes del sistema. Esto puede deberse al menos en parte a que el procesamiento de materiales sólidos se ve facilitado principalmente por las fuerzas de tensión de las ondas de choque dentro del reactor en comparación con las técnicas de procesamiento de trituración y/o pulverización usadas en soluciones convencionales. Una o más implementaciones del sistema presentado en la presente descripción pueden facilitar un mayor rendimiento de material sólido en comparación con una o más soluciones convencionales. Una o más implementaciones del sistema presentado en la presente descripción pueden facilitar el procesamiento de material sólido con mayor eficiencia energética en comparación con una o más soluciones convencionales.
En una o más implementaciones, el sistema puede comprender uno o más de un alimentador de material sólido, un reactor, una fuente de gas, almacenamiento y/u otros componentes. El reactor tiene una cámara, una entrada de material sólido, una entrada de gas y una salida. El reactor puede configurarse para facilitar las reacciones químicas y/o la trituración del material de alimentación sólido mediante el uso de fuerzas de tensión de ondas de choque creadas en un vórtice gaseoso supersónico dentro de la cámara. El alimentador de material sólido puede configurarse para proporcionar material sólido a la cámara del reactor a través de la entrada de material sólido. El material sólido puede procesarse dentro de la cámara mediante mecanismos abrasivos y/o no abrasivos facilitados por las ondas de choque dentro de la cámara.
La fuente de gas está configurada para introducir una corriente de gas a alta velocidad a la cámara del reactor a través de la entrada de gas. La corriente de gas de alta velocidad puede producir el vórtice gaseoso supersónico dentro de la cámara.
El almacenamiento está configurado para recolectar material procesado que se comunica a través de la salida del reactor.
Otro aspecto de la descripción se refiere al método de procesar materiales sólidos mediante el uso de ondas de choque producidas en un vórtice gaseoso supersónico. El método comprende las etapas de: introducir una corriente de gas a alta velocidad en un reactor que tiene una cámara, una entrada de material sólido, una entrada de gas que comprende una boquilla de entrada y una salida; la corriente de gas a alta velocidad que se introduce en la cámara del reactor a través de la boquilla de entrada que emite ondas de choque en la corriente de gas, y para producir un vórtice gaseoso supersónico dentro de la cámara, el reactor se configura para facilitar las reacciones químicas y/o la trituración del material de alimentación sólido mediante el uso de fuerzas de tensión de ondas de choque creadas en el vórtice gaseoso supersónico dentro de la cámara, proporcionar material sólido en la cámara a través de la entrada de material sólido; recoger material procesado que se comunica a través de la salida del reactor; y/u otras operaciones.
La corriente de gas a alta velocidad se introduce en la cámara del reactor a través de la entrada de gas. La corriente de gas de alta velocidad produce un vórtice gaseoso supersónico dentro de la cámara. El reactor se puede configurar para facilitar las reacciones químicas y/o la trituración del material de alimentación sólido mediante el uso de fuerzas de tensión de ondas de choque creadas en el vórtice gaseoso supersónico dentro de la cámara.
El material sólido que se proporciona a la cámara a través de la entrada de material sólido puede procesarse dentro de la cámara mediante mecanismos abrasivos y/o no abrasivos facilitados por las ondas de choque dentro de la cámara.
Estas y otras características y características de la presente tecnología, así como los métodos de operación y funciones de los elementos de estructura relacionados y la combinación de partes y economías de fabricación, se harán más evidentes al considerar la siguiente descripción y las reivindicaciones anexas con referencia a los dibujos adjuntos, en donde los mismos números de referencia designan partes correspondientes en las diversas figuras. Debe entenderse expresamente, sin embargo, que los dibujos tienen el propósito de ilustrar y describir únicamente y no pretenden ser una definición de los límites de la invención. Tal como se usa en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones, la forma singular de "un", "una" y "el" incluyen referentes en plural a menos que el contexto indique claramente lo contrario.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 ilustra un sistema para procesar materiales sólidos, de acuerdo con una o más implementaciones. La Figura 2 ilustra el sistema de la Figura 1, de acuerdo con una o más implementaciones.
La Figura 3 ilustra una vista superior de un reactor usado en el sistema de la Figura 1, de acuerdo con una o más implementaciones.
La Figura 4 ilustra una vista lateral del reactor de la Figura 3, de acuerdo con una o más implementaciones. La Figura 5 ilustra una vista posterior del reactor de la Figura 3, de acuerdo con una o más implementaciones. La Figura 6 ilustra una vista detallada de una entrada de gas del reactor de la Figura 3, de acuerdo con una o más implementaciones.
La Figura 7 ilustra una vista detallada de una boquilla de entrada de la entrada de gas de la Figura 6, de acuerdo con una o más implementaciones.
La Figura 8 ilustra un método de procesamiento de materiales sólidos, de acuerdo con una o más implementaciones.
Descripción detallada
La Figura 1 ilustra un sistema 100 para procesar materiales sólidos, de acuerdo con una o más implementaciones. El sistema 100 puede incluir uno o más de un alimentador 102 de material sólido, un reactor 104, una fuente de gas 106, almacenamiento 108 y/u otros componentes. A modo de ejemplo no limitativo, el material sólido que puede procesarse mediante el uso del sistema 100 puede incluir uno o más de suelo, carbón, astillas de madera, restos de comida, mineral y/o concentrado de mineral, relaves de minas, arenas bituminosas, pizarra, un material orgánico, un material inorgánico, material celulósico derivado de residuos forestales y/o agrícolas, residuos domésticos y/o industriales, papel cartón y/o trapo, residuos médicos, residuos plásticos, residuos, vidrio, cenizas volantes, subproductos silíceos, residuos de refinerías de metales, residuos de centrales eléctricas, desechos de caucho y/u otros materiales. En la presente descripción se presentan varios ejemplos ilustrativos de implementaciones del sistema 100. Brevemente, el material sólido que se procesa mediante el uso del sistema 100 puede denominarse en este documento como "material sólido", "material de alimentación sólido", "material a procesar", "material para procesar", "material de proceso sólido", "material sólido a procesar", " material para procesar ”,“ material sólido para procesar” y/u otro término que designa un material sólido que puede procesarse de acuerdo con una o más implementaciones presentadas en la presente descripción.
El reactor 104 puede configurarse para facilitar las reacciones químicas y/o la trituración del material de alimentación sólido mediante el uso de fuerzas de tensión de ondas de choque creadas en un vórtice gaseoso supersónico dentro de una cámara 302 del reactor 104. El reactor 104 puede incluir una cámara 302, una entrada de gas 304, una entrada de material sólido 306, una salida 308 y/u otros componentes. El alimentador de material sólido 102 puede configurarse para proporcionar material sólido a la cámara 302 del reactor 104 a través de la entrada 306 de material sólido del reactor 104 para su procesamiento. El material sólido puede procesarse dentro de la cámara 302 mediante mecanismos abrasivos y/o no abrasivos facilitados por las ondas de choque dentro de la cámara 302. El reactor 104 puede ser un reactor configurado para lograr una o más de las funciones previstas del reactor 104 como se presenta aquí. Con fines ilustrativos, se presentan en la presente descripción implementaciones ilustrativas del reactor 104 con referencia a las Figuras 3-7. Sin embargo, los expertos en la técnica pueden reconocer otros reactores y/o tipos de reactores que pueden ser adecuados para los propósitos previstos presentados y anticipados en la presente descripción. En algunas implementaciones, el sistema 100 puede incluir una o más características (por ejemplo, el reactor 104) que es igual o similar a una o más características descritas en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos núm. 14/298,868 presentada el 6 de junio de 2014 y titulada "A Reactor Configured To Facilitate Chemical Reactions And/or Comminution Of Solid Feed Materials”, que se incorpora como referencia en la presente descripción.
La fuente de gas 106 puede configurarse para introducir una corriente de gas a alta velocidad en la cámara 302 del reactor 104. La corriente de gas a alta velocidad puede introducirse a través de la entrada 304 de gas del reactor 104. La introducción de la corriente de gas a alta velocidad puede producir el vórtice gaseoso supersónico dentro de la cámara 302 del reactor 104. En la presente descripción, el gas introducido en la cámara 302 a través de la entrada de gas 304 puede denominarse "gas de proceso", "gas de procesamiento" y/u otro término que designa un gas que se introduce en el reactor como una corriente de gas de alta velocidad de acuerdo con una o más implementaciones presentadas en la presente descripción.
La fuente de gas 106 puede incluir un sistema de conductos, válvulas, sensores y/u otros componentes que se configuran para proporcionar la corriente de gas a alta velocidad desde la fuente de gas 106 al reactor 104 de una manera controlada y/o predeterminada de algún otro modo.
El almacenamiento 108 puede configurarse para recoger material procesado que se comunica a través de la salida 308 del reactor 104.
La Figura 2 ilustra el sistema 100 para procesar materiales sólidos, de acuerdo con una o más implementaciones. De acuerdo con la Figura 1, el sistema 100 puede incluir uno o más del alimentador de material sólido 102, el reactor 104, la fuente de gas 106, el almacenamiento 108 y/u otros componentes. Por ejemplo, el sistema 100 puede incluir un componente de calor 202 configurado para proporcionar calor a la cámara 302 del reactor 104. En algunas implementaciones, el componente de calor 202 puede integrarse con el reactor 104 y puede comprender parte del reactor 104. En algunas implementaciones, el componente de calor 202 puede separarse del reactor 104.
El alimentador de material sólido 102 puede comprender un transportador 206. El transportador 206 puede configurarse para recibir y/o extraer materiales de procesamiento sólidos de una fuente 204 de material sólido. El transportador 206 puede configurarse para proporcionar los materiales de procesamiento sólidos al reactor 104 a través de la entrada de material sólido 306. El transportador 206 puede configurarse para hacer avanzar el material sólido desde la fuente 204 de material sólido a través de la entrada 306 de material sólido y hacia dentro de la cámara 302. En algunas implementaciones, el transportador 206 puede estar unido a la entrada de material sólido 306. El accesorio puede configurarse para proporcionar un sello de alta presión con el material sólido alimentado a la entrada de material sólido 306. El transportador 206 puede incluir uno o más de un transportador de cinta, un transportador de tornillo sin fin (por ejemplo, un tornillo sinfín doble), un transportador neumático, un transportador vibratorio, un transportador de cadena, un transportador neumático (por ejemplo, como los que se usan en continua operaciones de disparo de arena y/u otras operaciones), un transportador neumático de doble cámara, un transportador giratorio, una esclusa de aire giratoria, un transportador de cadena y disco, un sistema de ariete alternativo y/u otro tipo de transportador y/o sistema de transporte.
En algunas implementaciones, la fuente de material sólido 204 puede integrarse como parte del alimentador de material sólido 102 (por ejemplo, el transportador 206). En algunas implementaciones, la fuente de material sólido 204 puede estar separada del alimentador de material sólido 102. En algunas implementaciones, la fuente de material sólido 204 puede configurarse de otras formas. La fuente de material sólido 204 puede comprender uno o más de un tanque, un contenedor, un bote, un cargador, un tanque presurizado, un tanque de suspensión, una tolva y/u otra fuente de materiales sólidos (por ejemplo, se puede alimentar material sólido manualmente en el transportador 206 y/o mediante otras técnicas para proporcionar material sólido al transportador 206).
En algunas implementaciones, el transportador 206 puede ser controlado por un controlador 208. El controlador 208 puede ser un controlador de computadora, un controlador de accionamiento de frecuencia variable, uno o más procesadores físicos, un controlador lógico programable (PLC), un controlador que incluye un algoritmo genético y/u otro algoritmo que optimiza el rendimiento y/u otro tipo de controlador y/o sistema controlador. Por ejemplo, los procesadores pueden incluir uno o más de un procesador digital, un procesador analógico, un circuito digital diseñado para procesar información, un circuito analógico diseñado para procesar información, una máquina de estado y/u otros mecanismos para procesar información electrónicamente. El controlador 208 puede configurarse para controlar el transportador 206 para hacer avanzar materiales sólidos al reactor 104 en base a un caudal, capacidad, velocidad predeterminados y/o en base a otros parámetros de control. El controlador 208 puede configurarse para controlar el transportador 206 para hacer avanzar material sólido hacia el rector 104 de una manera que esté de acuerdo con una o más implementaciones de procesamiento mediante el uso del sistema 100 presentado aquí y/u otras implementaciones de procesamiento de materiales sólidos.
En algunas implementaciones, la fuente de gas 106 puede comprender uno o más de un calentador 210, un componente de calentamiento 212, una bomba de fluido 214, un controlador 216 y/u otros componentes. El calentador 210 se puede calentar mediante una fuente de calor proporcionada por el componente de calentamiento 212. El calentador 210 puede comprender uno o más de un horno, una caldera, un sobre calentador, un dispositivo configurado para ser calentado a partir de los gases de escape del sistema 100 y/u otro calentador y/o dispositivo de calentamiento. En algunas implementaciones, el calentador 210 puede comprender un sobre calentador y/u otros componentes. En algunas implementaciones, el calentador 210 puede comprender una caldera y un sobre calentador y/u otros componentes.
El componente de calentamiento 212 puede incluir uno o más de un quemador de gas, una bobina eléctrica, un calentador de inducción, un calentador dieléctrico, un calentador de radiofrecuencia, un calentador de microondas, una camisa de vapor, un baño de sales fundidas, un quemador de combustible pulverizado, una descarga de plasma, un plasma de ondas viajeras, un plasma térmico y/o no térmico y/u otros componentes configurados para proporcionar calor al calentador 210. En algunas implementaciones, el calor proporcionado por el componente de calentamiento 212 puede controlarse de manera que el gas de proceso comunicado desde el calentador 210 al reactor 104 alcance la temperatura deseada. En algunas implementaciones, el calor proporcionado por el componente de calentamiento 212 puede controlarse de manera que el gas de proceso comunicado desde el calentador 210 al reactor 104 alcance un intervalo de temperatura deseado. En algunas implementaciones, el calor proporcionado por el componente de calentamiento 212 se puede controlar de manera que el gas de proceso comunicado desde el calentador 210 al reactor 104 alcance la presión deseada. En algunas implementaciones, el calor proporcionado por el componente de calentamiento 212 puede controlarse de manera que el gas de proceso comunicado desde el calentador 210 al reactor 104 alcance un intervalo de presión deseado.
Puede introducirse un fluido en el calentador 210 que puede usarse para producir el gas de proceso (por ejemplo, la corriente de gas a alta velocidad que se introduce en el reactor 104). Por ejemplo, el fluido puede comunicarse a través del calentador 210 a través de la bomba de fluido 214 mediante el uso de un sistema de conductos y/u otras técnicas de comunicación de fluidos. El fluido se puede suministrar desde una fuente de fluido 215. La fuente 215 de fluido puede ser interna o externa a la fuente 106 de gas. El fluido puede comprender, por ejemplo, gas de carbón, gas de la ciudad, metano, agua (por ejemplo, para producir vapor), vapor, etano, propano, butano, pentano, amoníaco, hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno, cloro, flúor, eteno, sulfuro de hidrógeno, acetileno y/u otro fluido que pueda usarse para producir la corriente de gas a alta velocidad que se introduce en el reactor 104 para facilitar el procesamiento de los materiales sólidos de acuerdo con una o más implementaciones presentadas en la presente descripción. El calentador 210 puede configurarse para elevar la temperatura y la presión del fluido a una temperatura y/o presión deseadas que se determinan para el gas de proceso de acuerdo con una o más implementaciones. La comunicación del gas de proceso desde el calentador 210 al reactor 104 a través de la entrada 304 de gas puede facilitar la corriente de gas a alta velocidad en la cámara 302.
En algunas implementaciones, dependiendo del resultado deseado, en el procesamiento de carbón de lignito, por ejemplo, puede desearse simplemente secar el carbón, y la temperatura del gas de proceso (tal como el vapor) puede estar ligeramente por encima o por debajo de 100 °C, dependiendo del grado de vacío en la cámara colectora. Puede desearse eliminar los volátiles del carbón de lignito, y luego la temperatura del gas de proceso se puede variar hasta aproximadamente 250 °C y/u otra temperatura. En algunas implementaciones, si se desea negro de carbón o Fullerenos, entonces la temperatura puede estar en el rango de 250 °C a 400 °C y/u otro intervalo. Si se desea una gasificación total, entonces la temperatura del gas de proceso puede estar en el intervalo de 400 °C a 700 °C (o más), dependiendo del tipo de carbón y/o del grado de gasificación deseado. Si se desea una mezcla de gases equilibrada para la reacción tipo Fisher-Tropsch y/u otra reacción (por ejemplo, una parte de monóxido de carbono (CO) y dos partes de hidrógeno (2 H2), entonces una mezcla de vapor, metano y/u oxígeno y/o puede usarse aire como gas de proceso para crear una temperatura de autorreacción en el intervalo de 250 °C a 700 °C y/u otro intervalo.
En algunas implementaciones, la bomba de fluido 214 puede ser controlada por el controlador 216. El controlador 216 puede ser un controlador de computadora, un controlador de accionamiento de frecuencia variable, uno o más procesadores físicos y/u otro tipo de controlador y/o sistema controlador. Por ejemplo, los procesadores pueden incluir uno o más de un procesador digital, un procesador analógico, un circuito digital diseñado para procesar información, un circuito analógico diseñado para procesar información, una máquina de estado y/u otros mecanismos para procesar información electrónicamente. El controlador 216 puede configurarse para controlar la bomba de fluido 214 para hacer avanzar el fluido a través del calentador 210 y al reactor 104 en base a un caudal, temperatura, presión, volumen, velocidad y/u otro parámetro de control predeterminados. El controlador 216 puede configurarse para controlar la bomba de fluido 214 para hacer avanzar el fluido al rector 104 de una manera que esté de acuerdo con una o más implementaciones de procesamiento de materiales sólidos mediante el uso del sistema 100 como se presenta en la presente descripción.
En algunas implementaciones, la fuente de gas 106 puede incluir una red de conductos, sensores, válvulas, controladores, válvulas de retención y/u otros componentes que están conectados a la bomba de fluido 214, el calentador 210, el quemador 212 y/o la entrada de gas 304 del reactor 104 que están configurados para llevar a cabo una o más de las características y/o funciones atribuidas a la fuente de gas 106 como se presenta en este documento. Por ejemplo, puede disponerse una válvula de retención de no retorno en una parte del conducto que comunica entre la bomba de fluido 214 y el calentador 210 para garantizar que el fluido no refluye hacia la bomba de fluido 214. Pueden emplearse otras configuraciones de conductos, válvulas, controladores y/u otros componentes.
En algunas implementaciones, una o más características y/o funciones de la bomba de fluido 214 pueden atribuirse a uno o más de otros componentes. Por ejemplo, en algunas implementaciones, la bomba de fluido 214 puede omitirse y reemplazarse por una válvula controlada por ordenador (no mostrada). En tales implementaciones, el fluido suministrado desde la fuente de fluido 215 puede suministrarse en base a uno o más de una presión, caudal, volumen y/u otros parámetros. La válvula controlada puede configurarse para controlar la presión, el caudal, el volumen y/u otro parámetro del fluido que se introduce en el calentador 210 mediante la apertura y/o cierre cooperativo de la válvula en cantidades y/o frecuencias predeterminadas con el fin de lograr un control similar al descrito para la bomba de fluido 214 (por ejemplo, con el control facilitado por el controlador 216).
En algunas implementaciones, el almacenamiento 108 puede comprender un tanque 218 y una fuente de vacío, como una bomba de vacío 220. El tanque 218 puede estar en comunicación de fluido con la fuente de vacío (por ejemplo, la bomba de vacío 220). En algunas implementaciones, la bomba de vacío 220 puede comprender una bomba de anillo líquido y/u otra bomba. En alguna implementación, la bomba de vacío 220 puede ser una bomba turbo molecular y/u otra bomba. La fuente de vacío puede configurarse para crear una presión de vacío dentro del tanque 218. Una presión de vacío dentro del tanque 218 puede facilitar la extracción del material procesado de la salida 308 del reactor 104 durante el procesamiento. En algunas implementaciones, la presión de vacío puede estar en el intervalo de 20 mm de mercurio a 760 mm de mercurio (por ejemplo, 3 KPa a 101 KPa) y/u otro intervalo.
En algunas implementaciones, la bomba de vacío 220 puede incluir un tanque de fluido 222. El tanque de fluido 220 puede incluir fluido refrigerante para la bomba de vacío 220. El fluido refrigerante puede ser agua y/u otro fluido. El tanque de fluido 222 puede comprender un tanque de agua. En algunas implementaciones, el tanque de fluido 222 puede comprender un depósito de fluido para la bomba de vacío 220. En algunas implementaciones, el tanque de fluido 222 y/o la bomba de vacío 220 pueden configurarse para proporcionar un mecanismo para apagar cualquier gas de escape y/o condensar vapor y/o volátiles. Sin embargo, en algunas implementaciones del sistema 100, puede que no haya necesidad de una presión negativa en la salida 308 del reactor 304, de modo que la fuente de vacío, como la bomba de vacío 220 y/o el tanque de fluido 222, se pueden omitir del sistema 100. En algunas implementaciones, la bomba de vacío 220 y/o el tanque de fluido 222 pueden omitirse del sistema 1000 para evitar la humedad en el proceso y puede emplearse un estilo diferente de fuente de vacío. En algunas implementaciones, se puede lograr una presión de vacío baja mediante un ventilador de extracción/escape acoplado operativamente al tanque 218 y/o la salida 308 del reactor 304. En algunas implementaciones, los gases de escape se pueden apagar mediante la provisión de una torre de enfriamiento y/u otro equipo de limpieza de gases empleado con el sistema 100. Se contemplan otras configuraciones de una fuente de vacío y/o un sistema de enfriamiento.
En la presente descripción, el material que ha sido procesado a través del sistema 100 (por ejemplo, gas de proceso y material de proceso sólido) puede denominarse "materiales procesados" y/u otros términos que designan materiales que han pasado por uno o más procedimientos de procesamiento (por ejemplo, fluidos y sólidos). Como tal, los materiales procesados pueden incluir sólidos procesados y gases procesados (por ejemplo, gases de escape). Los materiales procesados se pueden comunicar en el tanque 218 en donde los sólidos procesados se pueden eliminar (por ejemplo, separar) de los gases de escape. Los materiales sólidos pueden mantenerse en el tanque 218 y/o retirarse posteriormente del tanque 218 mediante una salida de material sólido del tanque 218. Los gases de escape pueden pasar a través de la bomba de vacío 220 y pueden enfriarse en el fluido presente en el tanque de fluido 222. En algunas implementaciones, los gases de escape pueden redirigirse al calentador 210 para quemarse.
De acuerdo con una o más implementaciones del sistema 100, el gas de proceso se puede calentar a una temperatura y/o presión predeterminadas y pasar al reactor 104 a velocidades supersónicas para facilitar la corriente de gas a alta velocidad dentro de la cámara 302. Pueden proporcionarse materiales sólidos en el reactor 104 (por ejemplo, cámara 302) en donde los materiales sólidos interactúan con la corriente de gas a alta velocidad. Pueden ocurrir reacciones químicas y/o trituración de los materiales sólidos.
De acuerdo con una o más implementaciones, el sistema 100 se puede emplear para una o más de la producción de carbono, metales como aluminio, magnesio, titanio y/u otros metales, volátiles, fullerenos, nanotubos de carbono, grafeno, grafito, bolas Bucky, nanotubos de silicio (SNT), siliceno, bolas de silicio Bucky, nanotubos de carbono magnéticos, nanotubos de silicio magnéticos, cualquiera o todos los elementos como carbono, silicio, germanio, estaño, plomo, flerovio y/u otro elemento que pueda tener el potencial de formar nano estructuras de naturaleza similar a los fullerenos, nano estructuras y/o cristales formados a partir de otros elementos y/o una combinación de los mismos, cemento Portland, silicatos, SNT dopados con metal, carbono metalúrgico, hidrógeno, silicatos de sodio, silicatos de calcio, silicatos de potasio, y/u otros silicatos, azúcares de materiales celulósicos, alcoholes de materiales celulósicos, carbón activado, negro de humo, hidrocarburos fluorados y/u otros materiales y/o productos. En algunas implementaciones, el sistema 100 se puede emplear para procesos tales como uno o más de generación de energía libre de dióxido de carbono, producción de gas a partir de carbón para transporte, procesamiento de petróleo de esquisto y/o arenas bituminosas, craqueo de hidrocarburos de cadena larga, conversión de hidrocarburos a baja temperatura en gas de producción, combustión / gasificación de combustibles con alto contenido de azufre y/o cloro, producción en una sola etapa de polvo (s) metálico, reducción directa de silicio, procesamiento de relaves refractarios, recuperación de recursos y/o gasificación de desechos domésticos, recuperación de metales a partir de desechos, destrucción de contaminantes orgánicos persistentes (POP), bifenilos policlorados (PCB), hidrocarburos poliaromáticos (PAH), desechos de guerra química y/u otros contaminantes, gasificación de bandadas de automóviles y/ recuperación de metales, procesamiento de neumáticos, desechos de madera y/o gasificación de desechos agrícolas, eliminación de metales pesados de sitios contaminados, conversión de asbesto, recuperación de material como vertederos, desechos de palma, desechos forestales, desechos de vidrio, cemento y/o desechos de productos de cemento, aguas residuales y/u otros desechos, producción de hidrógeno y/o para otros procesos y/o procedimientos.
En algunas implementaciones, el procesamiento de materiales sólidos con medio gaseoso puede permitir la reducción directa de metales. Por ejemplo, mediante el uso de carbón y/o metano como fuente de carbono, las reacciones químicas que ocurren en la cámara 302 pueden producir una reducción carbotérmica de óxidos y/o sulfatos metálicos a su estado metálico. Como ejemplo ilustrativo, un procedimiento de procesamiento puede incluir óxido de hierro como material de procesamiento sólido y metano como gas de proceso. Puede añadirse aceite al óxido de hierro. El aceite puede ser o no un aceite soluble en alcohol.
Como otro ejemplo ilustrativo, el concentrado de lixiviación de sulfato de plomo (LSLC) puede usarse con un aceite como lubricante como material de procesamiento sólido con metano y/u otro gas como gas de proceso. Los resultados pueden indicar que puede ocurrir una reducción en un solo paso de hasta un 40 % de conversión de sulfato (en las especies objetivo de plomo, cadmio y zinc). Estos y/o procesos similares se pueden ejecutar con el reactor 104 calentado a un intervalo aproximadamente entre 200 °C y 700 °C (y/u otro intervalo) y el gas de proceso a una temperatura entre 300 °C y 600 °C (y/u otro intervalo). Por ejemplo, el reactor 104 puede calentarse por debajo de 670 °C y el gas de proceso puede calentarse por debajo de 500 °C.
En algunas implementaciones, el procesamiento de materiales sólidos mediante el uso del sistema 100 se puede lograr mediante el uso de vapor como gas de proceso. Los procesos de este tipo pueden incluir, sin limitación, desvolatización de carbón, gasificación de carbón, descontaminación de suelos contaminados con hidrocarburos, descontaminación de suelos contaminados con bifenilos policlorados (PCB) y/u otros procesos y/o procedimientos. De acuerdo con una o más implementaciones, se puede bombear agua al calentador 210 y convertirla en vapor como gas de proceso. El vapor se puede calentar hasta temperaturas en el intervalo de 500 °C y 600 °C (y/u otro intervalo). Por ejemplo, el vapor se puede calentar a aproximadamente 550 °C. El vapor de agua a alta temperatura usado como gas de proceso puede introducirse a alta velocidad en el reactor 104 en la entrada de gas 304. Puede proporcionarse material sólido a la cámara 304 en la entrada de material 306. Pueden ajustarse varias otras condiciones del sistema 100 para lograr el producto químico deseado dentro del reactor 104. Por ejemplo, en algunas implementaciones, se pueden añadir metano y/u otros hidrocarburos gases y/o líquidos junto con aire y/u oxígeno para hacer y/o ayudar en la reacción química y/o de atrición.
En algunas implementaciones, puede usarse nitrógeno sobrecalentado como gas de proceso con titanio, por ejemplo, usado como material de alimentación sólido proporcionando polvo de nitruro de titanio como salida. Este procedimiento se puede aplicar a la gama de carburos, siliciuros, boruros y/o nitruros, ya sea con metales simples como aluminio, titanio, tungsteno y/o varios otros metales duros y/o no metales.
De acuerdo con una o más implementaciones, los PCB pueden descomponerse térmicamente debido a las altas temperaturas mediante el uso de una o más implementaciones del sistema 100 aquí presentado. Los niveles de contaminación del material procesado pueden indicar una reducción de la contaminación por PCB. Por ejemplo, la experimentación puede mostrar que la contaminación puede reducirse de 300 ppm a menos de 1 ppm (por ejemplo, esencialmente indetectable) de acuerdo con una o más implementaciones. Los niveles de contaminación de los gases de escape en el tanque de agua 222 en el momento del procesamiento también pueden estar por debajo del nivel detectable. Esto puede indicar que los PCB se destruyen y no simplemente se evaporan. En algunas implementaciones, las temperaturas de reacción pueden ser inferiores a las de la formación de dioxinas, que se pueden producir en la reacción entre cloro y monóxido de carbono a temperaturas aproximadamente superiores a 500 °C. En algunas implementaciones, se pueden evitar uno o más problemas asociados convencionalmente con la destrucción de PCB y/o varios otros materiales tóxicos persistentes, tales como agentes de guerra química.
De acuerdo con uno o más procesos de gasificación, se puede prestar especial atención a la relación de vapor a carbón con el fin de lograr las relaciones CO: H2 deseadas para la generación de energía directa, procesamiento de gas a líquidos y/u otros usos. Se puede lograr una modificación adicional de la relación CO: H2 mediante una reacción de cambio de gas de agua como se representa en la siguiente ecuación:
CO H2O ^ H2 + CO2
En algunas implementaciones, el procesamiento se puede realizar con múltiples pasadas de material a través del sistema 100. Por ejemplo, el hidrógeno molecular (H2) puede ser producido a partir de carbón y/o de otros carbonos que contienen sólidos, de acuerdo con una o más implementaciones. Un material sólido basado en carbono (por ejemplo, carbón) puede procesarse mediante el uso del sistema 100 con agua (por ejemplo, vapor) y/u otro fluido(s) como gas de proceso. Un gas de escape de los materiales procesados después de una primera pasada con vapor puede incluir monóxido de carbono. La reacción química del primer paso puede representarse mediante la siguiente ecuación:
C H2O ^ CO H2
El monóxido de carbono se puede comprimir para su uso durante un segundo paso a través del sistema 100. El monóxido de carbono comprimido puede usarse como gas de proceso en el segundo paso. El segundo paso puede usar óxido de hierro como material de proceso sólido. El segundo paso puede producir un polvo de hierro sólido. La reacción química se puede representar mediante la siguiente ecuación:
FeO CO ^ Fe CO2
Se puede realizar un tercer pase mediante el uso del polvo de hierro como material de proceso sólido y vapor como gas de proceso. El procesamiento puede producir hidrógeno molecular. La reacción se puede representar mediante la siguiente ecuación:
Fe H2O ^ FeO H2
De acuerdo con una o más implementaciones, el sistema 100 puede facilitar la producción de carbonilos y/u otros compuestos organometálicos mediante el uso de polvos metálicos y/o compuestos que contienen metales (incluidos, entre otros, minerales, concentrados, hidruros, sulfatos, sulfuros, óxidos, y/o cloruros) como material de proceso sólido y/o monóxido de carbono y/u otro gas como gas de proceso. Se puede configurar una variación de este proceso de manera que se haga reaccionar óxido de níquel con monóxido de carbono para producir tetracarbonilo de níquel. Este puede ser un líquido transparente e incoloro con un punto de ebullición de aproximadamente 105 °C que puede descomponerse en una superficie caliente produciendo níquel metálico puro. Puede usarse una reacción similar para el hierro y puede producir pentacarbonilo de hierro, sin embargo, puede requerir temperaturas y/o presiones más altas.
Una reacción de níquel y hierro se puede representar mediante la siguiente ecuación:
Ni 4CO ^ Ni(CO)4
y/o
Fe 5CO — Fe(CO)5
En algunas implementaciones, los carbonilos pueden ser la base de la industria de circuitos integrados donde se usan en un proceso que se denomina genéricamente deposición química de vapor (CVD). La mayoría, si no todos los metales, pueden procesarse en carbonilos y/u otros compuestos organometálicos, ya sea para una mayor purificación y/o como método para depositar el metal de elección. El silicio se puede convertir fácilmente en un carbonilo y luego se puede destilar y/o reducir para dar una pureza muy alta a una fracción del coste de los sistemas de extracción por fusión "Choralski" actuales y/u otros sistemas. Tales sistemas pueden llevar mucho tiempo y/o consumir mucha energía. Algunos o más de los problemas asociados con estos o sistemas similares pueden aliviarse mediante el uso de uno o más procesos de acuerdo con el sistema 100 como se presenta en la presente descripción y/u otras consideraciones.
De acuerdo con una o más implementaciones, el sistema 100 puede facilitar la producción de cemento Portland (silicato de di y/o tri-calcio). El sistema 100 puede emplear piedra caliza como material de proceso sólido y agua (por ejemplo, vapor) como gas de proceso como primer paso del proceso. Sin embargo, en una o más de otras implementaciones, se puede emplear dióxido de carbono u otro gas como gas de proceso, ya que el gas de proceso en este proceso puede simplemente facilitar la transferencia de calor durante la reacción. La reacción se puede representar mediante la siguiente ecuación:
CaCO3 + H2O —— CaO + H2O CO2
En algunas implementaciones, un segundo paso y/u otros pasos pueden combinar tres partes de óxido de calcio con una parte de dióxido de silicio como material de alimentación sólido junto con un gas de proceso de elección que produce un polvo fino amalgamado que tiene la composición de silicato de calcio (por ejemplo, Cemento Portland).
Las Figuras 3, 4 y 5 ilustran respectivamente una vista superior, una vista lateral y una vista posterior del reactor 104, de acuerdo con una o más implementaciones. El reactor 104 puede configurarse para facilitar el procesamiento, incluyendo reacciones químicas y/o trituración de materiales de alimentación sólidos mediante el uso de ondas de choque creadas en un vórtice gaseoso supersónico, de acuerdo con una o más implementaciones del sistema 100. El reactor 104 puede incluir una o más de la cámara 302, la entrada de gas 304, la entrada de material 306, la salida 308 y/u otros componentes.
La cámara 302 puede configurarse para proporcionar un volumen en donde se produce el procesamiento del material. La cámara 302 puede tener una sección transversal sustancialmente circular centrada en un eje longitudinal 310 que es normal a la sección transversal. La sección transversal sustancialmente circular puede facilitar un vórtice que gira dentro de la cámara 302. Una parte 312 de la cámara 302 puede tener forma de cilindro. Un radio de la sección transversal sustancialmente circular de una parte 314 de la cámara 302 puede disminuir continuamente en un extremo de la cámara 302 próximo a la salida 308. La disminución continua del radio de la sección transversal sustancialmente circular de la cámara 302 puede configurarse para provocar una aceleración de la velocidad de rotación del vórtice gaseoso. La parte 314 de la cámara 302 que tiene el radio continuamente decreciente de la sección transversal sustancialmente circular puede tener forma de cono, hemisferio, cuerno (véanse, por ejemplo, las Figuras 3 y 4) y/u otras formas.
La cámara 302 puede estar formada por varios materiales. La cámara 302 puede estar formada por un material estriado. La cámara 302 puede estar formada por un material termoconductor. La cámara 302 puede estar formada por un material eléctricamente conductor. De acuerdo con algunas implementaciones, la cámara 302 puede estar formada total o parcialmente de acero, hierro, aleaciones de hierro, carburo de silicio, zirconia parcialmente estabilizada (PSZ), alúmina fundida, carburo de tungsteno, nitruro de boro, carburos, nitruros, cerámica, silicatos, geopolímeros, aleaciones metálicas, otras aleaciones y/u otros materiales. En algunas implementaciones, una superficie interna 316 de la cámara 302 puede revestirse con uno o más revestimientos. Se puede configurar un revestimiento ilustrativo para evitar el desgaste físico o químico de la superficie interna 316 de la cámara 302. En algunas implementaciones, se puede configurar un revestimiento para promover una reacción química dentro de la cámara 302. Un ejemplo de un recubrimiento que puede promover una reacción química puede incluir uno o más de hierro; níquel; rutenio; rodio; platino; paladio; cobalto; otros metales de transición y sus aleaciones, compuestos y/u óxidos (por ejemplo, la serie de los lantánidos y sus compuestos, aleaciones y/u óxidos) y/u otros materiales.
La entrada de gas 304 puede configurarse para introducir una corriente de gas a alta velocidad en la cámara 302. La entrada de gas 304 puede disponerse y disponerse de modo que se produzca un vórtice de la corriente de gas que circula dentro de la cámara 302. El vórtice puede girar alrededor del eje longitudinal 310 de la cámara 302. La entrada de gas puede disponerse de modo que la corriente de gas se dirija sustancialmente perpendicular al eje longitudinal 310 de la cámara 302. La entrada de gas 304 puede disponerse de modo que la corriente de gas se dirija sustancialmente tangente a una superficie interna de la sección transversal sustancialmente circular de la cámara (véase, por ejemplo, la Figura 5). La entrada de gas 304 puede estar dispuesta próxima a la entrada de material 306.
El gas emitido por la entrada de gas 304 puede incluir cualquier número de materiales gaseosos. En algunas implementaciones, el gas puede incluir un gas reducido, es decir, un gas con un índice de oxidación bajo (o reducción alta), que a menudo es rico en hidrógeno. El gas puede incluir uno o más de vapor, metano, etano, propano, butano, pentano, amoniaco, hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno, cloro, flúor, eteno, sulfuro de hidrógeno, acetileno y/u otros gases. El gas puede ser un vapor. El gas puede recalentarse de acuerdo con una o más implementaciones del sistema 100 aquí presentado. En algunas implementaciones, el gas puede calentarse más allá de un punto crítico y/o comprimirse por encima de una presión crítica de modo que el gas se convierta en un gas sobrecalentado, un fluido compresible y/o un fluido supercrítico.
La Figura 6 ilustra una vista detallada de una entrada de gas 304 del reactor 104, de acuerdo con una o más implementaciones. La entrada de gas 304 puede incluir una boquilla de entrada 602 dispuesta dentro de la entrada de gas 304. La boquilla de entrada 602 puede estar configurada para asegurarse en su sitio mediante roscas y/o mediante otras técnicas de fijación. La boquilla de entrada 602 puede configurarse para acelerar la corriente de gas que se introduce en la cámara 302. En implementaciones ejemplares, la boquilla de entrada 602 puede configurarse para emitir la corriente de gas a una velocidad supersónica. La boquilla de entrada 602 puede configurarse para emitir ondas de choque en la corriente de gas emitida por la boquilla de entrada 602. La entrada de gas 304 puede incluir una cavidad anular 604 dispuesta alrededor de la boquilla de entrada 602. La cavidad anular 604 puede configurarse de manera que la corriente de gas emitida por la boquilla de entrada 602 resuene dentro de la cavidad anular 604.
La Figura 7 ilustra una vista detallada de la boquilla de entrada 602 de la entrada de gas 304, de acuerdo con una o más implementaciones. La boquilla de entrada 602 puede incluir uno o más cilindros resonadores 702. Un cilindro resonador 702 dado puede estar dispuesto dentro de la boquilla de entrada 602 y puede estar orientado perpendicular al flujo principal de gas a través de la boquilla de entrada 602. Un cilindro resonador 702 dado puede estar configurado de manera que los pulsos de presión de gas resuenen dentro del cilindro 702 resonador dado para inducir ondas de choque dentro de la boquilla de entrada 602. Las ondas de choque que ocurren dentro de la boquilla de entrada 602 pueden propagarse fuera de la boquilla de entrada 602 hacia la cámara 302. Los diferentes cilindros resonadores 702 pueden tener diferentes tamaños de modo que las correspondientes frecuencias resonantes diferentes dan como resultado ondas de choque que se producen a diferentes frecuencias. El desplazamiento de un reborde 704 con respecto a otro reborde 706 de un cilindro resonador 702 dado puede inducir el bombeo en el cilindro 702 resonador dado.
De acuerdo con algunas implementaciones, la boquilla de entrada 602 puede configurarse para introducir ondas de choque y/o armónicos en el gas y/o la cámara 302. La boquilla de entrada 602 puede incluir uno o más de un tubo Hartmann-Sprenger, un generador Hartmann, un oscilador Hartmann, una boquilla que usa uno o más transductores piezoeléctricos o magnostrictivos controlados electrónicamente para controlar las ondas de choque y/u otros tipos de boquillas. Un generador Hartmann puede incluir un dispositivo en donde las ondas de choque generadas en los bordes de una boquilla por un chorro de gas supersónico resuenan con la abertura de un pequeño tubo cilíndrico, colocado frente a la boquilla, para producir potentes ondas sonoras ultrasónicas. Un oscilador Hartmann puede incluir un radiador de chorro de gas de ondas sónicas y ultrasónicas. El oscilador puede incluir una boquilla de la que emerge gas a una presión p>0,2 meganewtons por metro cuadrado (1,93 atmósferas) a velocidad supersónica. En el proceso, el chorro de gas puede crear ondas de compresión y enrarecimiento. Si se coloca un resonador en este flujo coaxialmente con la boquilla a una cierta distancia, pueden irradiarse ondas sónicas y ultrasónicas. La frecuencia de la radiación acústica puede ser función de la distancia entre la boquilla y el resonador, así como del tamaño del resonador. Los osciladores Hartmann pueden irradiar hasta varias docenas de vatios de potencia acústica. Si se sopla aire comprimido (de un tanque o compresor) a través de la boquilla, se pueden obtener frecuencias que van desde 5 o 6 kilohercios hasta 120 kilohercios. Al usar hidrógeno en lugar de aire, se pueden alcanzar frecuencias de hasta 500 kilohercios.
Refiriéndonos de nuevo a las Figuras 3, 4 y 5, la entrada de material 306 puede configurarse para introducir material sólido a procesar en la cámara 302. La entrada de material 306 puede estar dispuesta próxima a la entrada de gas 304. La entrada de material 306 puede estar dispuesta sobre una superficie plana 318 de la cámara 302 que es perpendicular al eje longitudinal 310 de la cámara 302. La entrada de material 306 puede disponerse de modo que el material introducido en la cámara 302 se dirija en paralelo al eje longitudinal 310 de la cámara 302. La entrada de material 306 puede acoplarse al alimentador de material sólido 102 (Figuras 1 y 2) que hace avanzar el material a través de la entrada de material 306 hacia la cámara 302.
El sistema 100 puede procesar cualquier número de materiales mediante el uso del reactor 104 y/u otro reactor. De acuerdo con algunas implementaciones, el material a procesar puede incluir un sólido, un fluido, un líquido, un vapor, un gas, un plasma, un fluido supercrítico, una mezcla que incluya uno o más de los materiales antes mencionados y/u otros tipos de materiales. A modo de ejemplo no limitativo, el material que se procesará dentro de la cámara 302 puede incluir uno o más de tierra, carbón, astillas de madera, restos de comida, mineral y/o concentrado de mineral, relaves de minas, arenas bituminosas, pizarra, un material orgánico, un material inorgánico y/u otros materiales presentados en la presente descripción y/u otros materiales.
En algunas implementaciones, el material procesado por el sistema 100 puede procesarse mediante mecanismos no abrasivos facilitados por ondas de choque dentro de la cámara 302. En algunas implementaciones, el material procesado por el sistema 100 puede procesarse mediante mecanismos abrasivos facilitados por ondas de choque dentro de la cámara 302. Por ejemplo, el material puede procesarse mediante fuerzas de tensión provocadas por ondas de choque dentro de la cámara. El material se puede procesar por cavitación en la corriente de gas dentro de la cámara 302.
La salida 308 puede configurarse para emitir el gas de escape y el material procesado desde la cámara 302 y hacia el almacenamiento 108 (Figuras 1 y 2). La salida 308 puede estar dispuesta en un extremo opuesto de la cámara 302 como entrada de gas 304 y entrada de material 306. La salida 308 puede estar dispuesta sobre el eje longitudinal 310 de la cámara 302. A medida que se reduce el tamaño de partícula del material de proceso sólido, esas partículas pueden migrar hacia la salida 308. La salida 308 puede acoplarse al tanque 218 de almacenamiento 108 (Figura 2) configurado para atrapar el material procesado emitido desde la salida 308.
En algunas implementaciones, la salida 308 puede incluir una boquilla de salida dispuesta dentro de la salida 308. La boquilla de salida puede configurarse para presurizar la cámara 302. La boquilla de salida puede configurarse para efectuar un enfriamiento rápido del material procesado que sale de la cámara. De acuerdo con algunas implementaciones, tal enfriamiento rápido puede reducir o minimizar las reacciones de retroceso de metales y/u otros productos químicos susceptibles a reacciones de retroceso. En algunas implementaciones, la boquilla de salida puede incluir un tubo venturi.
En la Figura 4, en algunas implementaciones, el reactor 104 puede incorporar un componente de calentamiento 202 configurado para proporcionar calor a la cámara 302. El componente de calentamiento 202 puede incluir uno o más de un quemador de gas, una bobina eléctrica, un calentador de inducción, un calentador dieléctrico, un calentador de radiofrecuencia, un calentador de microondas, una camisa de vapor, un baño de sal fundida y/u otros componentes configurados para proporcionar calor.
De acuerdo con algunas implementaciones, el reactor 104 puede incluir un componente de ventilación 322 (Figura 4) configurado para ventilar gas de una región que rodea la cámara 302. El componente de ventilación 322 puede incluir uno o más de un ventilador de extracción, un conducto de humos u otro conducto, un reductor venturi, una turbina para recuperar la presión y/o el calor del gas y/u otros componentes configurados para ventilar el gas.
En algunas implementaciones, se puede omitir el componente de calentamiento 202. Por ejemplo. En algunas implementaciones, si un sistema de reacción portátil u otras restricciones limitan el tamaño del sistema 100, entonces se puede añadir aire y/u oxígeno al gas de proceso que puede dar cualquier grado de calor requerido para una reacción. En algunas implementaciones, este calor puede generarse dentro de la cámara de reacción y puede obviar la necesidad de calentamiento externo (por ejemplo, a través del componente de calentamiento 202). El grado de calentamiento puede controlarse fácilmente equilibrando la temperatura del gas de proceso para que esté en un intervalo de 50 °C-1200 °C y/u otro intervalo de temperatura y/o la presión para que esté en un intervalo de 100 KPa-35 MPa y/u otro intervalo.
El sistema 100 y/o el reactor 104 pueden incluir uno o más sensores 324. Un sensor 324 dado puede proporcionar una señal que transmita información relacionada con uno o más parámetros asociados con el sistema 100 y/o el reactor 104. Puede usarse una señal dada para facilitar la determinación y/o presentación de un parámetro correspondiente. Los parámetros ilustrativos pueden incluir uno o más de una temperatura, una presión, una velocidad (por ejemplo, una velocidad de un vórtice gaseoso dentro de la cámara 302), un caudal de material a través de la entrada de material 306 y/o salida 308, un caudal de gas a través de la entrada de gas 304, una presencia de ondas de choque y/o cavitaciones dentro de la cámara 302, un voltaje, una corriente, un análisis de las especies de gas que salen del reactor y/u otros parámetros asociados con el reactor 104.
La Figura 8 ilustra un método 800 de procesamiento de materiales sólidos. Las operaciones del método 800 que se presentan a continuación están destinadas a ser ilustrativas. En algunas implementaciones, el método 800 puede lograrse con una o más operaciones adicionales no descritas y/o sin una o más de las operaciones discutidas. Además, el orden en que se ilustran las operaciones del método 800 en la Figura 8 y que se describen a continuación no pretenden ser limitantes. En algunas implementaciones, el método 100 puede implementarse mediante el uso de un sistema para procesar materiales sólidos igual o similar al sistema 100 presentado en la presente descripción (mostrado en la Figura 1).
Con referencia ahora al método 800 en la Figura 8, en una operación 802, se puede introducir una corriente de gas a alta velocidad en un reactor. El reactor puede tener una cámara, una entrada de material sólido, una entrada de gas y una salida. La corriente de gas a alta velocidad puede introducirse en la cámara del reactor a través de la entrada de gas. La corriente de gas a alta velocidad puede producir un vórtice gaseoso supersónico dentro de la cámara. El reactor se puede configurar para facilitar las reacciones químicas y/o la trituración del material de alimentación sólido mediante el uso de fuerzas de tensión de ondas de choque creadas en el vórtice gaseoso supersónico dentro de la cámara. En algunas implementaciones, la operación 802 se puede realizar mediante el uso de una fuente de gas y un reactor igual o similar a la fuente de gas 106 y el reactor 104 (mostrado en la Figura 1 y descrito en la presente descripción).
En una operación 804, se pueden proporcionar materiales sólidos para procesamiento en la cámara a través de la entrada de material sólido. El material sólido puede procesarse dentro de la cámara mediante mecanismos no abrasivos facilitados por las ondas de choque dentro de la cámara. En algunas implementaciones, la operación 804 se puede realizar mediante el uso de un alimentador de material sólido igual o similar al alimentador de material sólido 102 (mostrado en la Figura 1 y descrito en la presente descripción).
En una operación 806, se pueden recoger materiales procesados que se comunican a través de la salida del reactor. En algunas implementaciones, la operación 806 se puede realizar mediante el uso de un almacenamiento igual o similar al almacenamiento 108 (mostrado en la Figura 1 y descrito en la presente descripción).

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema para procesar materiales sólidos, el sistema comprende:
un alimentador de material sólido;
un reactor que tiene una cámara, una entrada de material sólido, una entrada de gas y una salida, el reactor se configura para facilitar las reacciones químicas y/o la trituración del material de alimentación sólido mediante el uso de fuerzas de tensión de ondas de choque creadas en un vórtice gaseoso supersónico dentro de la cámara, el alimentador de material sólido se configura para proporcionar material sólido a la cámara del reactor a través de la entrada de material sólido, el material sólido se procesa dentro de la cámara mediante mecanismos no abrasivos facilitados por las ondas de choque dentro de la cámara, la salida se configura para efectuar un enfriamiento rápido del material sólido procesado que sale del reactor para reducir la aparición de reacciones inversas;
una fuente de gas configurada para introducir una corriente de gas a alta velocidad en la cámara del reactor a través de la entrada de gas para efectuar el vórtice gaseoso supersónico dentro de la cámara, en donde la entrada de gas incluye una boquilla de entrada dispuesta dentro de la entrada de gas, la boquilla de entrada se configura para emitir ondas de choque en la corriente de gas de alta velocidad introducida por la fuente de gas por lo que la corriente de gas de alta velocidad se emite hacia dentro de la cámara a una velocidad supersónica; y
un almacenamiento configurado para recoger material procesado que se comunica a través de la salida del reactor.
2. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende:
un componente de calentamiento configurado para proporcionar calor a la cámara del reactor.
3. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el alimentador de material sólido comprende una fuente de material sólido y un transportador que hace avanzar el material sólido a través de la entrada de material sólido a la cámara.
4. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la fuente de gas comprende:
un calentador calentado por una fuente de calor; y
una bomba de fluido configurada para introducir un fluido en el calentador, en donde el calentador está configurado para elevar la temperatura y la presión del fluido, de manera que la comunicación del fluido desde el calentador a la entrada de gas facilita la corriente de gas a alta velocidad.
5. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el almacenamiento comprende un tanque en comunicación de fluido con una fuente de vacío, la fuente de vacío se configura para crear una presión de vacío dentro del tanque para extraer material procesado desde la salida del reactor.
6. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la cámara tiene una sección transversal sustancialmente circular centrada en un eje longitudinal que es normal a la sección transversal.
7. El sistema de acuerdo con la reivindicación 6, en donde un radio de la sección transversal sustancialmente circular de una porción de la cámara disminuye continuamente en un extremo de la cámara próximo a la salida, y en donde la disminución continua del radio de la sección transversal sustancialmente circular de la cámara se configura para provocar una aceleración de una velocidad de rotación del vórtice gaseoso.
8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la entrada de gas del reactor está dispuesta y configurada para producir un vórtice de la corriente de gas que circula dentro de la cámara, el vórtice que gira a una velocidad supersónica alrededor de un eje longitudinal de la cámara.
9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la entrada de gas está dispuesta de modo que la corriente de gas se dirija sustancialmente perpendicular al eje longitudinal de la cámara.
10. Un método de procesamiento de materiales sólidos, el método que comprende:
introducir una corriente de gas a alta velocidad en un reactor que tiene una cámara, una entrada de material sólido, una entrada de gas que comprende una boquilla de entrada y una salida, introduciéndose la corriente de gas a alta velocidad a la cámara del reactor a través de la boquilla de entrada que emite ondas de choque en la corriente de gas, y para producir un vórtice gaseoso supersónico dentro de la cámara, el reactor se configura para facilitar las reacciones químicas y/o la trituración del material de alimentación sólido mediante el uso de fuerzas de tensión de ondas de choque creadas en el vórtice gaseoso supersónico dentro la cámara,
proporcionar material sólido a la cámara a través de la entrada de material sólido, y en donde el material se procesa dentro de la cámara mediante mecanismos no abrasivos facilitados por las ondas de choque dentro de la cámara, la salida se configura para efectuar un enfriamiento rápido del material sólido procesado que sale del reactor para reducir la aparición de reacciones inversas; y
recolectar material procesado que se comunica a través de la salida del reactor.
11. El método de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende:
proporcionar calor a la cámara del reactor.
12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde proporcionar material sólido a la cámara comprende hacer avanzar material sólido a través de la entrada de material sólido hacia la cámara.
13. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde la introducción de una corriente de gas a alta velocidad en la cámara comprende:
calentar un calentador; e
introducir un fluido en el calentador, en donde el calentador se configura para elevar la temperatura y la presión del fluido, de modo que la comunicación del fluido desde el calentador a la entrada de gas facilita la corriente de gas a alta velocidad.
14. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el material procesado se recoge en un tanque que se comunica con una fuente de vacío, la fuente de vacío se configura para crear una presión de vacío dentro del tanque para extraer material procesado de la salida del reactor.
15. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde la cámara tiene una sección transversal sustancialmente circular centrada en un eje longitudinal que es normal a la sección transversal.
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