ES2907012T3 - Método para la destrucción de gases - Google Patents

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Abstract

Un método para la destrucción de un gas objetivo no combustible, incluyendo el método: a) compresión a una primera presión de una mezcla de aire y gas objetivo para producir una mezcla de gas objetivo comprimida, en donde la concentración de gas objetivo en la mezcla de aire y gas objetivo se mantiene por debajo de aproximadamente 40 g/m3; b) destrucción del gas objetivo mediante la combustión de la mezcla comprimida del gas objetivo con combustible en un motor de combustión interna de inducción forzada (B), a una presión de combustión superior a la primera presión, para descomponer térmicamente el gas objetivo y producir un gas de escape oxidado, produciéndose la combustión mientras se mantiene una carga en el motor con un banco de carga (C); y c) procesamiento del gas de escape oxidado para producir un gas de ventilación para ventilar a la atmósfera donde el gas de ventilación no incluye sustancialmente gas objetivo.

Description

DESCRIPCIÓN
Método para la destrucción de gases
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a la destrucción de gases nocivos o indeseables, que de lo contrario podrían ser ventilados a la atmósfera, denominándose estos gases como gases "objetivo". Un ejemplo particular de un gas objetivo es un fumigante que se ha utilizado para fumigar contenedores de carga y vagones (u otros edificios y estructuras que podrían requerir fumigación), tal como el bromuro de metilo, fluoruro de sulfurilo y fosfina.
En este sentido, el desarrollo de la presente invención ha surgido del trabajo en la destrucción del gas objetivo bromuro de metilo, por lo tanto, gran parte de la siguiente descripción solo se referirá al bromuro de metilo como el gas objetivo para la destrucción. Sin embargo, la invención no debe estar tan limitada.
Antecedentes de la invención
El bromuro de metilo (CHaBr, también conocido como bromometano) se ha utilizado con mucho éxito como pesticida y fumigante durante muchos años. Sin embargo, en un momento se estimó que hasta el 80 % del bromuro de metilo aplicado para estos usos se emitía al aire y, a principios de la década de 1990, se reconoció que el bromuro de metilo contribuía significativamente al agotamiento del ozono estratosférico. En consecuencia, la mayoría de los gobiernos tomaron medidas para reducir el uso de bromuro de metilo, a pesar de que todavía se consideraba un fumigante extremadamente eficaz (con pocos pares), y para la década de los 2000 varios países habían prohibido su uso o habían introducido requisitos de emisión, de recuperación y/o destrucción muy estrictos cuando se sigue utilizando bromuro de metilo.
En consecuencia, se han hecho esfuerzos para desarrollar técnicas para reciclar o recuperar el bromuro de metilo aplicado durante los procesos de fumigación, a menudo con el objetivo de descomponer o destruir el bromuro de metilo después de la fumigación. Por ejemplo, la patente estadounidense 5.505.908 sugiere la recuperación y el reciclado de bromuro de metilo mediante adsorción en un tamiz molecular y después la desorción con gas caliente, mientras que la patente estadounidense 5.904.909 describe la recuperación y la descomposición del bromuro de metilo al ponerlo en contacto con un carbón activado, que posteriormente se pone en contacto con tiosulfato y agua para descomponer el bromuro de metilo en productos de descomposición.
Adicionalmente, la patente estadounidense 7.311.743 ha propuesto el uso de microorganismos que degradan el bromuro de metilo en un aparato de biofiltración, mientras que la patente japonesa 7461329 sugiere incinerar el bromuro de metilo a altas temperaturas (600 °C a 1000 °C) y después tratarlo con una solución de hidróxido de sodio para neutralizar el bromuro de hidrógeno producido.
Posteriormente, es instructivo observar los comentarios en las patentes estadounidenses más recientes 8.585.981 y 9.497.955, ambas describen aparatos para fumigar contenedores de transporte y similares, ambas todavía utilizan bromuro de metilo y, por lo tanto, necesitan incorporar técnicas para reciclar o recuperar el bromuro de metilo utilizado por sus aparatos.
En este sentido, la patente estadounidense 8.585.981 describe el uso de carbón activado para absorber el bromuro de metilo, depurándose después el carbón activado con tiosulfato de sodio, con o sin procesamiento adicional (como la incineración) del carbón activado después de la depuración. Sin embargo, se sugiere un proceso de oxidación química como alternativa, donde el bromuro de metilo se burbujea a través del agua con gas ozono o hidróxido de sodio.
En la patente estadounidense 9.497.955, se describe el uso de un depurador de fumigantes donde el bromuro de metilo es neutralizado/destruido por reacción química, como una reacción de sustitución nucleófila, al igual que el uso de un sistema de captura basado en carbón que nuevamente usa carbón activado para absorber el bromuro de metilo.
En la patente estadounidense 5.692.458, los compuestos orgánicos volátiles se reducen a dióxido de carbono y agua en un motor de combustión interna. El motor de combustión interna está conectado a un generador eléctrico para generar electricidad.
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un método alternativo para la destrucción de gases objetivo nocivos o indeseables como el bromuro de metilo.
Sumario de la invención
Como se anticipó anteriormente, la invención encuentra uso en relación con la destrucción de cualquier gas objetivo nocivo o indeseable (no solo bromuro de metilo) que pueda oxidarse en la fase de combustión de un motor de combustión interna, y también se refiere a la destrucción de cualquier gas objetivo que pueda ser combinado con suficiente aire para formar una mezcla oxidable.
Con esto en mente, la presente invención proporciona un método para la destrucción de un gas objetivo de acuerdo con la reivindicación 1.
El motor de combustión interna puede ser cualquier tipo de motor de combustión interna, incluidos los motores de combustión intermitente, como los motores de pistón de dos y cuatro tiempos y los motores rotativos Wankel, y los motores de combustión continua, como las turbinas de gas, motores a reacción y muchos motores de cohetes. Los motores pueden ser alimentados con combustibles fósiles como el gas natural, derivados del petróleo (gasolina, gasóleo o fuel-oil), o combustibles renovables como el biodiésel. En una forma preferida, el motor de combustión interna es un motor de combustión interna de ciclo diésel, y gran parte de la siguiente descripción general se referirá a dicha realización.
El banco de carga puede ser cualquier forma habitual de banco de carga que proporcione una carga adecuada a un motor de combustión interna, para ayudar en la prevención de cosas como la combustión incompleta del combustible, la formación de condensación dentro del motor, la formación de cristales del orificio del cilindro, y para ayudar a elevar las temperaturas de combustión a través de mayores volúmenes de mezcla de aire/combustible en la cámara de combustión. La carga puede ser cualquiera de una carga eléctrica, una carga neumática o una carga hidráulica, pero será preferentemente una carga eléctrica.
El uso de un banco de carga eléctrico con el motor de combustión interna de ciclo diésel preferido es particularmente ventajoso porque se puede programar a través de un sistema de control electrónico para aplicar una carga de trabajo constante del 75 al 80 % a un motor diésel, independientemente de cualquier otra carga constante o intermitente que puede aplicarse a través de otros componentes eléctricos del sistema. Estas mayores cargas del motor en un motor diésel evitan la formación de cristales de los cilindros, que impide que los anillos del pistón se sellen adecuadamente contra las paredes del cilindro en detrimento de las presiones de compresión del cilindro, velocidades de consumo de combustible y aceite, y conduce a una disminución general en el rendimiento del motor.
El calor generado por el banco de carga se puede utilizar para facilitar la desorción del gas fumigante cuando el gas objetivo es un fumigante que se destruye después de su uso en un proceso de fumigación. Por ejemplo, en esta última forma, el calor generado por el banco de carga puede usarse para elevar la temperatura del aire ambiente en un espacio fumigado para permitir una desorción más rápida del fumigante del producto fumigado, tal como pasando aire atmosférico a través del banco de carga antes de que entre en ese espacio. Dicho gas calentado se puede canalizar directamente desde el banco de carga hasta el espacio que se fumiga a través de tuberías fijas o flexibles.
En este sentido, lo más probable es que el gas objetivo que se debe destruir por el método de la presente invención provenga de un proceso de fumigación, pero no es necesario. Por tanto, el gas objetivo puede ser bromuro de metilo, fosfina o fluoruro de sulfurilo. De cualquier manera, también se pueden proporcionar sistemas de prefiltración, antes o después de la mezcla de gas objetivo con el aire, para eliminar partículas gruesas indeseables o exceso de humedad del gas objetivo y/o de la mezcla de gas objetivo antes de la compresión. Además, se pueden proporcionar sensores atmosféricos y de gas objetivo fijos en el flujo de gas antes de la compresión para medir constantemente las respectivas concentraciones de gas entrante y transmitir datos a dispositivos de medición y otros sistemas de control de procesos según sea necesario, incluyendo válvulas de control y mezcladores para ajustar los caudales y las proporciones del gas objetivo al aire atmosférico. Esto ayuda a garantizar que se mantengan proporciones de mezcla óptimas con las especificaciones operativas preferidas.
Más específicamente en relación con estas proporciones de mezcla óptimas, el gas objetivo se mezcla con aire atmosférico antes de la compresión a la primera presión mencionada anteriormente para garantizar, entre otras cosas, que están presentes niveles apropiados de oxígeno para la combustión subsiguiente. En una forma preferida, la concentración del gas objetivo en la mezcla de gas objetivo se mantendrá por debajo de aproximadamente 40 g/m3, o por debajo de aproximadamente 35 g/m3, o por debajo de aproximadamente 30 g/m3, o por debajo de aproximadamente 25 g/m3, o por debajo de aproximadamente 20 g/m3. Esta mezcla preferentemente ocurre como un proceso en línea en un mezclador de gas objetivo y está controlada por un sistema de control de proceso que controla la proporción de gas objetivo a aire para formar la mezcla de gas objetivo deseada. En este sentido, el sistema de control del mezclador de gas objetivo preferentemente también podrá controlar la concentración y composición del gas objetivo entrante para ayudar con, por ejemplo, la nivelación de cualquier pico de concentración que de lo contrario podría causar un problema en las siguientes etapas de combustión y procesamiento.
La mezcla de gas objetivo y el aire se comprime idealmente a una primera presión de entre aproximadamente 110 y 124 kPa (16,0 y 18,0 psi/1,10 y 1,24 bar) en condiciones operativas normales y carga para producir la mezcla de gas objetivo comprimida.
Esta mezcla comprimida de gas objetivo y aire se introduce en el cilindro del motor diésel, preferentemente a través de la inducción forzada provocada por presiones positivas generadas por un turbocompresor o sobrealimentador o similar, y posteriormente se somete a una compresión de precombustión en la cámara de combustión del motor a una segunda presión dentro del intervalo de 2.500 kPa a 3.500 kPa (25 a 35 atm/25 a 35 bar), elevando la temperatura de la mezcla de aire/gas objetivo a al menos 550 °C. Esta segunda presión de compresión previa a la combustión en la cámara de combustión inicia el proceso de decaimiento térmico de la mezcla de gas objetivo, elevando la temperatura por encima de la temperatura de decaimiento térmico del gas objetivo, extendiendo el tiempo necesario para lograr la destrucción térmica y ayudando con la eficiencia del proceso de combustión en la siguiente etapa. También se suma a la eficiencia y eficacia generales de la destrucción del gas objetivo.
La mezcla de gas objetivo comprimida se quema entonces idealmente con la inyección de combustible en la cámara de combustión del motor (preferentemente combustible diésel en un motor diésel) a una presión (la presión de combustión) más alta que la presión en la compresión previa a la combustión (la segunda presión) para producir el gas de escape oxidado. Preferentemente, la mezcla de gas objetivo se quema en la cámara de combustión del motor a una presión de combustión dentro del intervalo de 5.100 a 6.600 kPa (50 a 65 atm/51 a 66 bar).
En una forma, este proceso de combustión da como resultado temperaturas de llama en la cámara de combustión que alcanzan entre aproximadamente 2600 y 2700 °C, con temperaturas de la cámara de combustión que alcanzan preferentemente el intervalo de 600 a 700 °C, continuando el decaimiento térmico de la mezcla de gas objetivo y dando lugar a que se puedan lograr valores de destrucción de aproximadamente el 97 % (preferentemente por encima de aproximadamente el 99 %, más preferentemente por encima del 99,99 % y lo más preferentemente del 100 %) con un solo ciclo de compresión/combustión.
Se apreciará que las reacciones de oxidación en la cámara de combustión dan como resultado la conversión de los compuestos dañinos o indeseables en la mezcla de gas objetivo en otros compuestos, dejando solo una cantidad muy pequeña del gas objetivo originalmente indeseable, especialmente con niveles de destrucción superiores al 99 %. Dependiendo del gas objetivo, la combustión convierte los compuestos dañinos o indeseables en gases que contienen hidrógeno y el elemento base del químico que fue destruido, tal como el bromo en el bromuro de metilo formando bromuro de hidrógeno, y el flúor del fluoruro de sulfurilo formando fluoruro de hidrógeno. También se forman vapor de agua y dióxido de carbono.
Bajo estas condiciones operativas preferidas, el aire es forzado en la cámara de combustión del motor que, cuando se comprime y con la adición del combustible, se enciende y quema mucho más ferozmente que en los motores de inducción de aire no forzado o atmosférico estándar, asegurando que se mantengan temperaturas de gas y presiones de combustión más altas durante un período de tiempo más largo de lo que es posible en la incineración atmosférica normal (1 atm) o en un motor de inducción no forzado convencional. El efecto de la presión en el proceso de combustión es tal que al duplicarse la presión bajo la cual se produce la incineración, se duplica la velocidad de la reacción química. Preferentemente, esta reacción ocurre en un intervalo de presiones de combustión entre 5.100 a 6.600 kPa (50 y 65 atm/51 y 66 bar), lo que conduciría a tiempos de destrucción de 50 a 60 veces menores que el tiempo de residencia de 0,75 segundos requerido para una incineración a 600 °C de bromuro de metilo (u otros gases objetivo) a la presión atmosférica normal de 100 kPa (1 atm).
Asimismo, el mantenimiento de una carga mínima del 75 al 80 % en el motor a través de un banco de carga garantiza que se creen y mantengan temperaturas y presiones de combustión del motor constantemente altas durante todo el proceso de destrucción del gas objetivo. A cuanta más carga esté expuesto un motor, más combustible se requerirá para mantener un nivel constante de revoluciones (que en la forma preferida con el motor diésel se gobernaría a 1500 o 1800 revoluciones por minuto dependiendo de la frecuencia eléctrica elegida del alternador del motor diésel) y mayor será la temperatura y presión de combustión resultantes.
Esta combinación de alta temperatura y presión excede los parámetros de destrucción conocidos para tales gases objetivo y, en combinación con tiempos de residencia reducidos de presión como se describe anteriormente, da lugar a valores de destrucción que se alcanzan por encima del 97 % (y preferentemente por encima del 99 % y más preferentemente por encima del 99,99 %, y más preferentemente del 100%) dentro de un único ciclo de compresión/combustión, dejando muy poco gas objetivo para ser procesado (eliminado) por cualquier sistema de depuración que siga el ciclo de destrucción.
En una forma preferida, los gases de escape oxidados (calientes) salen preferentemente del motor a través de un turbocompresor, que a su vez impulsan la turbina en el lado de inducción del turbocompresor y después salen del turbocompresor a una temperatura más baja (preferentemente por debajo de aproximadamente 570 °C).
En un aspecto del método, los gases de escape oxidados que salen del motor (o un turbocompresor por el que pasan los gases de escape) pueden enfriarse a una temperatura inferior a 100 °C antes del procesamiento posterior para evitar una evaporación excesiva durante ese procesamiento posterior, manteniendo la temperatura por encima del punto de condensación de los gases para evitar la formación de ácidos indeseables en los equipos y líneas de procesamiento. Si se utiliza dicho enfriamiento, el enfriamiento de los gases de escape puede efectuarse mediante el uso de un ventilador de enfriamiento puesto en funcionamiento termostáticamente para aumentar el flujo de aire sobre la tubería de escape, siendo la tubería de escape una tubería lisa o con aletas.
El procesamiento de los gases de escape oxidados puede incluir tanto una etapa de depuración en húmedo como una etapa de desalinización. La etapa de depuración en húmedo idealmente utiliza una pluralidad de depuradores a base de agua, junto con un sistema de enfriamiento diseñado para mantener la solución de depuración a una temperatura óptima de entre aproximadamente 50 °C y 60 °C para minimizar la evaporación y maximizar las velocidades de reacción química que ocurren durante la depuración. En este sentido, durante la depuración, y en contacto con el agua, los gases de escape oxidados entrantes se convierten en formas ácidas del gas base, que incluirán no solo los gases objetivo, tal como el bromuro de hidrógeno que forma ácido bromhídrico y el fluoruro de hidrógeno que forma ácido fluorhídrico, sino también gas dióxido de carbono que forma ácido carbónico. Estos ácidos forman parte de la solución de depuración.
A continuación, estos ácidos se neutralizan preferentemente de manera sustancial con una reacción ácido-base al pasar la solución de depuración a través de un lecho agregado que contiene virutas de mármol de carbonato de calcio (CaCO3 ) que después reacciona selectivamente con los ácidos objetivo para formar sales de los ácidos objetivo. Una vez mencionado esto, se apreciará que el ácido carbónico no reacciona significativamente con CaCO3 , y en gran parte no se ve afectado por este proceso. Las sales típicas formadas serían bromuro de calcio (a partir de ácido bromhídrico) y fluoruro de calcio (a partir de ácido fluorhídrico) y similares.
La absorción de dióxido de carbono en la solución de depuración continúa preferentemente hasta el momento en que la solución de depuración se satura. Después de este punto, idealmente, todo el dióxido de carbono que entra en los depuradores simplemente pasará a través para ser ventilado a la atmósfera con los gases de ventilación, sin efecto perjudicial sobre la capacidad de procesamiento de los sistemas de los ácidos objetivo.
Los componentes gaseosos restantes en los depuradores proceden idealmente a través de un flujo ascendente a través de otro lecho de agregados con una corriente de solución de depuración en contracorriente que amortigua aún más la solución.
Este ciclo se repite antes de que los gases depurados se liberen a la atmósfera como gases de ventilación. Preferentemente, una serie de sensores de gases objetivo están ubicados en la corriente de gas de ventilación para detectar la presencia de cualquier concentración indeseable de los gases objetivo en el gas de ventilación.
En relación con el posible uso de una etapa de desalinización como parte del procesamiento de los gases de escape oxidados, contigua a la etapa de depuración en húmedo, la desalinización puede ser continua en el sentido de que la solución de depuración cargada de sal se pulveriza sobre una superficie caliente para evaporar el componente de agua de la solución, dejando las sales cristalizadas en la superficie para ser raspadas y recogidas en una tolva lista para su eliminación. El vapor resultante puede recogerse, condensarse en agua y devolverse al proceso de depuración, junto con el componente de dióxido de carbono.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se describirá ahora en relación con una realización preferida tal como se presenta en el diagrama de flujo esquemático de la Figura 1, y un ejemplo práctico de esa realización.
Descripción detallada
En la Figura 1 se ilustra un diagrama de flujo esquemático que muestra un método y aparato de destrucción de gas objetivo, denominado en lo sucesivo Unidad de Destrucción de Gas (GDU). Las funciones centrales se identifican en términos generales de la siguiente manera:
Recuadro A - entrada de gas objetivo 12, con filtrado de gas objetivo
Recuadro B - entrada de aire atmosférico 14, filtrado de aire, mezcla de aire y gas objetivo, motor diésel de inducción forzada
Recuadro C - banco de carga, con salida de calor útil 16
Recuadro D - sistema de depuración, con salida de gas de ventilación 18 a la atmósfera
Recuadro E - refrigeración opcional, con salida de calor útil 20
Recuadro F - desalinización opcional
Con referencia ahora a cada una de estas funciones centrales a su vez, en el Recuadro A se proporciona un conjunto de filtro donde el gas objetivo de, por ejemplo, una cámara de fumigación, entra en la GDU a través de una entrada de tubo flexible 12, que contiene en esta realización elementos de filtro extraíbles de gran volumen para atrapar sólidos y humedad excesiva.
En el Recuadro B con la entrada de aire atmosférico 14 se encuentran las válvulas mezcladoras de aire y objetivo y los sensores fijos de oxígeno, atmósferas explosivas, y el gas objetivo, para medir constantemente las respectivas concentraciones de gas entrante y transmitir datos a lecturas/medidores digitales/analógicos, y en el caso del sensor de oxígeno, proporcionar una señal electrónica a un sistema de control de procesos (PCS) para garantizar que el motor del Recuadro B (véase a continuación) reciba el oxígeno adecuado para permitir una combustión normal, independientemente de los niveles de oxígeno en el gas objetivo que se esté generando, que para algunos gases objetivo será bastante bajo.
Las válvulas de compensación de aire (ACV) también están ubicadas en el motor o junto al mismo en el Recuadro B, controlado por el PCS y accionado por los sensores descritos anteriormente. La apertura de la válvula está totalmente cerrada en condiciones operativas normales y se abrirá y cerrará proporcionalmente en tiempo real para ajustar la mezcla de aire/gas objetivo para compensar cualquier falta de oxígeno correspondiente en el gas objetivo entrante.
Además, en relación con el Recuadro B en la Figura 1, el motor de combustión interna en esta realización es un motor diésel. Los motores diésel adecuados son, por supuesto, de cilindrada variable, lo cual depende en gran medida del tamaño de la cámara de fumigación que deberán evacuar y del tiempo asignado para hacerlo. El motor diésel de esta realización incluye inducción forzada a través de un turbocompresor que comprime la mezcla de gases a una primera presión entre aproximadamente 110 y 124 kPa (16 y 18 psi/1,10 y 1,24 bar), para aumentar la temperatura de combustión aumentando la cantidad de aire en la cámara de combustión disponible para la combustión, dando como resultado temperaturas máximas de llama del orden de 2600 °C a 2700 °C y un intervalo de temperatura de combustión final de 600 a 700 °C a una presión de combustión en la cámara de combustión después de la ignición de preferentemente aproximadamente 6.000 kPa (60 atm), funcionando a una velocidad constante de 1500 rpm.
Las ecuaciones químicas para la cámara de combustión son así:
Figure imgf000006_0001
La combinación del aumento de la temperatura del aire relacionado con la compresión y la combustión de combustible diésel, descompone/quema térmicamente los gases objetivo en la cámara de combustión del motor diésel en un proceso de combustión discreto que es seguro de poner en funcionamiento cuando se trata de atmósferas por debajo de sus respectivos Límites Inferiores de Explosión (LEL). El efecto de la presión sobre la combustión de los gases es tal que al duplicar la presión, se duplica la velocidad de la reacción química.
En esta realización, el motor diésel también suministra energía eléctrica al banco de carga del Recuadro C y otras bombas de líquido eléctricas auxiliares (no mostradas) y/o unidades de calentamiento o refrigeración (Recuadro E) si se utilizan. El banco de carga proporciona una carga al motor diésel, en esta realización una carga eléctrica, que evita la formación de cristales en el interior del cilindro y eleva las temperaturas de combustión del motor a través del aumento de los volúmenes de mezcla de aire/combustible en el cilindro/cámara de combustión necesaria para impulsar la carga, y es una fuente de suministro de calor 16 para, por ejemplo, facilitar la desorción del gas fumigante en una cámara de fumigación elevando la temperatura del aire ambiente en esa cámara para permitir una desorción más rápida del gas objetivo (un fumigante) del producto que se acaba de fumigar. El aire caliente se conduce desde el banco de carga hasta el punto de entrada de aire de la cámara de fumigación a través de estructuras de tubería fija o flexible desde la salida 16.
En esta realización, el banco de carga es un aparato que aplica una carga al motor al pasar energía eléctrica a través de una serie de bancos de resistencias de metal (que convierten la energía eléctrica generada por el generador en calor durante el proceso) todo lo cual es preferentemente controlado electrónicamente para tener en cuenta cualquier otra carga eléctrica aplicada al motor diésel, y reducir o aumentar los niveles de resistencia (carga) al motor diésel, en consecuencia para garantizar que solo se aplique la carga preprogramada al motor diésel.
Los gases de escape del motor diésel transportan el calor y los gases residuales del proceso de combustión (que incluye algunos subproductos altamente tóxicos del gas objetivo) a través del tubo de escape 22 a las unidades de procesamiento posteriores (Recuadro D), y específicamente a la primera cámara de depuración 24 ubicada en el tanque de depuración 26. El calor de esta fuente se usa para elevar la temperatura de la solución de depuración en los tanques de depuración entre 50 °C y 60 °C para acelerar las moléculas dentro de la solución de depuración y facilitar la interacción molecular entre los gases de escape y la solución de depuración.
En otra realización, los gases de escape pueden salir de la cámara de combustión a través del turbocompresor, que a su vez impulsa la turbina del compresor que presuriza el aire de inducción al motor diésel y continúa a través de una válvula desviadora que desvía el flujo de gas al sistema de depuración del Recuadro D o a la atmósfera, dependiendo del contenido de gases de escape.
En esta realización, los gases de escape entrantes para el Recuadro D se enfrían a aproximadamente 100 °C (máx.) justo antes de la entrada para minimizar la temperatura del aire entrante y evitar una evaporación excesiva, pero permanecen por encima del punto de condensación de los gases para evitar la formación de ácidos potentes en el tubo de escape. El enfriamiento del escape se puede efectuar mediante el uso de un ventilador de enfriamiento puesto en funcionamiento termostáticamente para aumentar el flujo de aire sobre un tubo de escape descubierto (liso) o con aletas (no mostrado). A continuación, el aire de escape enfriado entra en el sistema de depuración del Recuadro D y se apaga (pulveriza) inmediatamente utilizando una solución de depuración a base de agua que se extrae (bombea) de un depósito de líquido de depuración que ocupa la sección inferior. Una vez más, no obstante, debe tenerse en cuenta que el enfriamiento previo de este tipo es opcional y no es necesario utilizarlo.
El Recuadro D incluye la cámara de depuración 24 y el tanque de depuración 26, que incluyen una serie de chorros en múltiples barras de pulverización, de manera que la solución de depuración enfría los gases de escape entrantes e inicia procesos de depuración líquidos. El enfriamiento rápido del gas también inhibe la producción de óxido nítrico y óxido de nitrógeno, que son ambos importantes gases de calentamiento global. Adicionalmente, la interacción del medio de depuración (agua) a través de la serie de chorros de pulverización permite la conversión de los gases de escape en ácidos de los constituyentes gaseosos. Otros procesos involucrados incluyen el contacto físico con un medio agregado de carbonato de calcio para permitir la transferencia de fase de gas a líquido (ácido) y la reacción ácido/base resultante para neutralizar los ácidos y efectuar la conversión a sales de los constituyentes ácido/base. Los serpentines de intercambio de calor pueden o no estar instalados en el tanque 26 para controlar las temperaturas del líquido de depuración. También se encuentra una trampa de humedad (filtro) sobre el medio del tanque de depuración para minimizar la pérdida de vapor del tanque.
El gas de ventilación 18 sale del sistema de depuración del Recuadro D, en esta realización con el uso de un ventilador opcional 32 para mantener un aire interno negativo en todo el sistema de depuración, y también a través de un filtro de partículas (no mostrado). Además, los sensores fijos 34 para los gases objetivo están ubicados en la corriente de aire saliente y están vinculados al sistema de control del motor para detener el motor diésel instantáneamente si el sensor detecta una lectura de gas objetivo como fuera de los parámetros preestablecidos.
El Recuadro E opcional incluye un banco de radiador externo que proporciona energía de enfriamiento a un serpentín de intercambiador de calor ubicado dentro del líquido de depuración del tanque de depuración 26 para mantener una temperatura constante de 50 °C a 60 °C para evitar que la solución de depuración hierva. Al igual que con el banco de carga, el calor también se puede canalizar desde la unidad de refrigeración o las salidas de aire 20 del banco de radiador a una cámara de fumigación como se describe anteriormente, particularmente para cámaras de fumigación a gran escala. Si no se requiere esta fuente de calor adicional, el calor simplemente se disipa a la atmósfera.
Por último, el Recuadro F opcional es una unidad de desalinización que desaliniza el fluido de depuración y devuelve el agua desalinizada al tanque de depuración 26, además de secar y cristalizar la salmuera concentrada en variantes salinas inofensivas del gas objetivo. Esta etapa de desalinización es contigua a la etapa de depuración, por lo tanto, se produce un proceso continuo de desalinización mientras se bombea la solución de depuración a través de las boquillas pulverizadoras. Las boquillas pulverizadoras (no mostradas) en el Recuadro F rocían una solución cargada de sal sobre una superficie caliente para evaporar el componente de agua de la solución, dejando las sales cristalizadas en la superficie para ser raspadas y recogidas en una tolva lista para su eliminación. En esta realización con el Recuadro F opcional, el vapor resultante se recoge, se condensa en agua y se devuelve al tanque de depuración 26, y el dióxido de carbono también se desvía hacia el sistema de depuración.
A modo de ejemplo práctico, se probó el siguiente sistema, dando lugar a los datos de la Tabla 1.
El gas objetivo utilizado fue bromuro de metilo al 100% con una concentración de aproximadamente 7.710 ppm (30 g/m3) y una temperatura de descomposición térmica de 537 °C. La mezcla de aire/gas objetivo se estableció para lograr una concentración de gas objetivo entrante de entre 2500 y 5200 ppm a temperatura de aire ambiente.
El motor de combustión interna era un motor diésel turbocomprimido de 4 cilindros de 3,9 l; el generador fue clasificado en 415 V/42 kVa/50 Hz (controlado electrónica o mecánicamente); el banco de carga fue clasificado en 415 V/25 kW / 50 Hz con rampa de carga automática de 3 etapas; y la bomba era una bomba centrífuga de 3 etapas capaz de suministrar un caudal de 200 LPM a 105 kPa.
Con la carga máxima del banco de carga establecida entre el 75 y el 80 % de la capacidad del generador y el generador funcionando a 1500 rpm, la presión de sobrealimentación del turbocompresor estaba en el intervalo de 110 a 124 kPa (16 a 18 psi/1,10 a 1,24 bar), la presión de compresión estaba entre 2.500 y 3.500 kPa (25 y 35 atm/25 a 35 bar), la temperatura de la cámara de combustión estaba en 550 °C, la presión de ignición estaba entre 5.100 a 6.600 kPa (50 y 65 atm/51 a 66 bar), y la temperatura de la llama de ignición estaba entre 2600 y 2700 °C.
El sistema de depuración era un tanque de depuración de 4 cámaras, contracorriente, con una capacidad de agua de 880 l, 1,38 m3 de CaCO3 agregado y un caudal de aire de diseño de 2,5 m3/min. El intervalo de presión de funcionamiento fue de 1 a 4 kPa, el intervalo de temperatura operativa fue de 30 a 60 °C, y el intervalo de pH operativo fue de 6,3 a 6,9. El gas de escape oxidado que salía del motor diésel era la entrada al tanque depurador y contenía bromuro de hidrógeno, dióxido de carbono, monóxido de carbono, óxido de nitrógeno, óxido nítrico y material particulado diésel (DPM). Las salidas del tanque de depuración eran dióxido de carbono, agua, material particulado diésel (DPM) y sal de bromuro de calcio.
En relación con los sensores de gas, muestreo de gas y análisis de gas, los sensores utilizados fueron sensores IR/electroquímicos, 24 V CC con intervalo alto y bajo y capacidad específica de gas (configurado para detección de bromuro de metilo), con acceso remoto y registro de datos. El equipo de muestreo de gas era una bomba dosificadora Drager (X-act 5000) con un conjunto de muestreo a intervalos de 10 minutos. Se utilizaron cuatro tubos de muestra de carbón activado Drager para el análisis y el análisis se realizó mediante cromatografía de gases en laboratorios acreditados independientes. Las cantidades ilustrativas de bromuro de metilo detectadas, observando la concentración inicial de bromuro de metilo de aproximadamente 30 g/m3 fueron:
Figure imgf000008_0001
Tabla 1
A partir de los datos de la Tabla 1, el método de la realización destruye hasta el 100 % del gas objetivo al convertirlo en gases que contienen hidrógeno y el elemento base del producto químico que se destruyó, siendo en este ejemplo práctico bromo de bromuro de metilo, dando como resultado bromuro de hidrógeno en los gases de escape oxidados que salen del motor diésel.
Por último, puede haber otras variaciones y modificaciones hechas a las configuraciones descritas en el presente documento que también están dentro del alcance de la presente invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un método para la destrucción de un gas objetivo no combustible, incluyendo el método:
a) compresión a una primera presión de una mezcla de aire y gas objetivo para producir una mezcla de gas objetivo comprimida, en donde la concentración de gas objetivo en la mezcla de aire y gas objetivo se mantiene por debajo de aproximadamente 40 g/m3;
b) destrucción del gas objetivo mediante la combustión de la mezcla comprimida del gas objetivo con combustible en un motor de combustión interna de inducción forzada (B), a una presión de combustión superior a la primera presión, para descomponer térmicamente el gas objetivo y producir un gas de escape oxidado, produciéndose la combustión mientras se mantiene una carga en el motor con un banco de carga (C); y
c) procesamiento del gas de escape oxidado para producir un gas de ventilación para ventilar a la atmósfera donde el gas de ventilación no incluye sustancialmente gas objetivo.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el motor de combustión interna es un motor de combustión interna de ciclo diésel y el combustible es combustible diésel.
3. Un método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la combustión ocurre mientras se mantiene una carga eléctrica en el motor con el banco de carga (C).
4. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el calor generado por el banco de carga (C) se utiliza para facilitar la desorción del gas fumigante cuando el gas objetivo es un fumigante que se destruye después de su uso en un proceso de fumigación.
5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el calor generado por el banco de carga (C) se usa para elevar la temperatura del aire ambiente en un espacio que se está fumigando para permitir una desorción más rápida del fumigante del producto fumigado.
6. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el gas objetivo es bromuro de metilo, fosfina o fluoruro de sulfurilo y, opcionalmente, la mezcla de gas objetivo deseada incluye un contenido mínimo de oxígeno del 3,5 %.
7. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que incluye el uso de un sistema de prefiltración antes o después de la mezcla de gas objetivo con el aire.
8. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que incluye el uso de sensores atmosféricos y de gas objetivo fijos antes de la compresión para medir constantemente las respectivas concentraciones de gas entrante.
9. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el gas objetivo se mezcla con aire atmosférico antes de la compresión en un mezclador de gas objetivo controlado por un sistema de control de proceso que controla la proporción de gas objetivo a aire para formar la mezcla de gas objetivo deseada, y/o en donde la concentración de gas objetivo en la mezcla de gas objetivo se mantiene por debajo de aproximadamente 35 g/m3, o por debajo de aproximadamente 30 g/m3, o por debajo de aproximadamente 25 g/m3, o por debajo de aproximadamente 20 g/m3.
10. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la mezcla de gas objetivo y el aire se comprime a una primera presión de entre aproximadamente 110 kPa (16 psi/1,10 bar) y 124 kPa (18 psi/1,24 bar).
11. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la compresión de la mezcla de gas objetivo se produce en un turbocompresor.
12. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde la mezcla de gas objetivo se comprime en la cámara de combustión (antes de la combustión) a una segunda presión dentro del intervalo de 2.500 a 3.500 kPa (25 a 35 atm/25 a 35 bar), elevando la temperatura de la mezcla de gas objetivo en la cámara de combustión (antes de la combustión) a al menos 550 °C.
13. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde la presión de combustión en la cámara de combustión durante la combustión está dentro del intervalo de 5.100 a 6.600 kPa (50 a 65 atm/51 a 66 bar) para producir el gas de escape oxidado, y/o en donde las temperaturas de la llama en la cámara de combustión durante la combustión alcanzan entre aproximadamente 2.600 y 2.700 °C.
14. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde las temperaturas de la cámara de combustión están en el intervalo de 600 a 700 °C.
15. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en donde los gases de escape oxidados salen del motor a través de un turbocompresor y salen del turbocompresor a una temperatura más baja, preferentemente a una temperatura por debajo de 570 °C, y/o en donde los gases de escape oxidados se enfrían a una temperatura por debajo de 100 °C antes de la etapa de procesamiento (c).
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