ES2907149T3 - Un sistema de plasma fuera de equilibrio para refinar gas de síntesis - Google Patents
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Abstract
Un sistema de plasma fuera de equilibrio para refinar gas de síntesis, comprendiendo el sistema: - un reactor que comprende: una cámara hueca (224) que tiene un primer extremo y un segundo extremo; teniendo la cámara una salida de gas (212) próxima al segundo extremo y una entrada de gas próxima al primer extremo en donde la entrada de gas está configurada para introducir gas en la cámara hueca (224); - un electrodo de alta tensión (204); y - un electrodo de puesta a tierra (223) separado del electrodo de alta tensión (204) por un hueco de inicio de arco (205), en donde el sistema está configurado para crear un arco eléctrico que produce plasma fuera de equilibrio tras la aplicación de un potencial de alta tensión a través del hueco de inicio de arco (205), caracterizado por que la entrada de gas comprende un primer colector cilíndrico excéntrico (202) para la entrada de agente gasificante; y un segundo colector cilíndrico excéntrico (207) para la entrada de gas de síntesis; estando los colectores excéntricos primero y segundo localizados en planos diferentes; en donde cada colector cilíndrico excéntrico (202, 207) comprende un primer cilindro que tiene un primer diámetro (R21) y un segundo cilindro que tiene un segundo diámetro (R22), en donde el centro del primer diámetro y el centro del segundo diámetro definen un desplazamiento (L30), de tal manera que cada uno de los colectores excéntricos primero y segundo forman un único colector de entrada; en donde los colectores cilíndricos excéntricos (202, 207) están configurados para promover un patrón de flujo axialmente simétrico y turbulento, y están configurados de tal manera que el gas de síntesis, el agente de entrada gasificante y el arco de plasma se juntan simultáneamente en el reactor.
Description
DESCRIPCIÓN
Un sistema de plasma fuera de equilibrio para refinar gas de síntesis
Campo de la invención
La presente invención pertenece al campo del refinado de gas de síntesis. En particular, se refiere a un sistema y un método para refinar gas de síntesis usando plasma fuera de equilibrio.
Antecedentes de la invención
El gas de síntesis producido a través de la gasificación de materia prima carbonácea a menudo incluye un componente de alquitrán significativo. El componente de alquitrán puede incluir benceno, tolueno, naftalina, pireno e indeno, entre otros. Estos alquitranes suponen una gran preocupación en las instalaciones comerciales de gasificación, ya que obstruyen y ensucian los equipos aguas abajo.
La destrucción y/o eliminación de alquitranes contaminantes puede ser difícil debido a que la eficacia de las estrategias de eliminación de alquitrán depende de los parámetros de proceso y de las moléculas individuales. Se han revisado en la literatura simulaciones de conversión térmica del benceno, el tolueno y el naftaleno, y sugieren que tanto los tiempos de residencia significativos como las temperaturas elevadas (hasta 1250 °C, aproximadamente 1523 K) son necesarios para obtener altos niveles de conversión de alquitrán.
Una serie de estudios han examinado el uso de plasma para craquear alquitrán. Para los procesos de conversión de energía, tales como la conversión de hidrocarburos en gas de síntesis, los mejores resultados se han obtenido en sistemas de plasma no térmico (NTP) que utilizan plasmas de arco deslizante "calientes", con temperaturas de gas en el intervalo de 2.000 K- 4.000 K.
El reformado con plasma de alquitranes, modelado normalmente con naftaleno o tolueno, se ha estudiado usando una diversidad de descargas que incluyen descargas de microondas, de corona y de arco deslizante. Aunque estos estudios demostraron altas eficiencias de eliminación, sus atributos no deseados, es decir, alta entrada de energía específica, gas de entrada poco realista, baja concentración de alquitrán, bajo caudal y baja eficiencia energética, los hace no deseables para aplicaciones industriales.
Los sistemas de plasma fuera de equilibrio son conocidos en la técnica e incluyen los descritos en las patentes de Estados Unidos 8.603.403; 8.110.155; 7.867.457; 8.618.436; 5.960.026; 6.924.608; y 7.417.385, así como la patente china 201722188 y la patente francesa FR2775864.
El documento WO 2012/023858 A1 desvela un aparato para producir hidrógeno que comprende un colector excéntrico con una pluralidad de puertos de entrada, en donde puede producirse un grado de plasma fuera de equilibrio pulsando una fuente de alimentación de CC entre dos electrodos.
T. Nunnally et al, "Gliding arc plasma oxidative steam reforming of a simulated syngas containing naphthalene and toluene", International Journal of Hydrogen energy, 39 (2014), desvela una configuración para experimentos de reformado de alquitrán con un plasma de arco deslizante fuera de equilibrio que comprende seis entradas de gas tangenciales que proporcionan un flujo de gas de vórtice progresivo.
Sumario de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema de plasma fuera de equilibrio (NEP) para refinar gas de síntesis. Este objeto se logra proporcionando un sistema de plasma fuera de equilibrio para refinar gas de síntesis de acuerdo con la reivindicación 1. Las realizaciones preferidas de la presente invención se definen en las reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con otro aspecto de la presente divulgación que no forma parte de la invención reivindicada, J se proporciona un método para refinar un gas de síntesis, que comprende introducir gas de síntesis y un agente gasificante en un reactor, de tal manera que haya un patrón de flujo axialmente simétrico y turbulento; en donde el reactor tiene un electrodo de alta tensión; y un electrodo de puesta a tierra y está configurado para crear un arco eléctrico que produce plasma fuera de equilibrio tras la aplicación de un potencial de alta tensión a través de un hueco de inicio de arco entre el electrodo de alta tensión y el electrodo de puesta a tierra; aplicando un potencial de alta tensión a través del hueco de inicio de arco creando de este modo el plasma fuera de equilibrio.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se describirán unas realizaciones de la invención, solo a modo de ejemplo, por referencia a las figuras adjuntas, en donde:
La figura 1 ilustra un sistema de plasma fuera de equilibrio (NEP) para el refinado de gas de síntesis configurado de tal manera que el gas de síntesis, el uno o más agentes gasificantes y el arco eléctrico que produce plasma se juntan simultáneamente en el reactor. En particular, la figura 1 muestra el gas de síntesis crudo (A), el plasma fuera de equilibrio (B), el agente gasificante (C), el punto de mezcla (D), el recipiente de reactor (E) y la salida de gas de síntesis refinado (F).
La figura 2 ilustra una vista en 3D de una realización del sistema de plasma fuera de equilibrio para refinar gas de síntesis, detallando el tubo de entrada de reactor 222 y la expansión de tronco de la antorcha, que aloja el electrodo de puesta a tierra 223.
La figura 3 es una vista en sección transversal de la realización del sistema de plasma fuera de equilibrio mostrado en la figura 2 al nivel de la entrada de gas de síntesis, mostrando el tubo de entrada de reactor 222, la cámara de reacción 224 y el flujo de gas 225.
La figura 4 muestra una representación esquemática de una realización de la entrada de gas de síntesis que muestra los cilindros excéntricos con diferentes diámetros R21 y R22. El desplazamiento entre los centros diametrales de los dos cilindros está representado por L30.
La figura 5 muestra una vista del gas de síntesis que fluye a través o alrededor del extremo de electrodo, que puede tener diferentes geometrías, tales como un anillo, unas puntas, un pasador, una horquilla, un alambre, una bobina o unas palas (alas).
Las figuras 6A-6F muestran perfiles de la zona de combustión a alta temperatura formada dentro de una realización del sistema de plasma fuera de equilibrio y aguas abajo del mismo. Las figuras 6A-6F comienzan secuencialmente en la parte superior de la antorcha y se mueven gradualmente hasta la parte inferior de la antorcha, mostrando los perfiles de temperatura de sección transversal de cada capa gradual. Se puede observar que el perfil de temperatura es estable de arriba a abajo.
Las figuras 7 y 8 muestran vistas en 3D del primer extremo cónico de una realización del sistema de plasma fuera de equilibrio que detallan el puerto de entrada de gas de síntesis crudo 206 y el puerto de entrada de agente gasificante 201, pudiendo proporcionarse uno o unos puertos de entrada de aire o aditivos adicionales (no mostrados). También se muestra en la figura 7 el aislamiento térmico y eléctrico de alta temperatura 211.
Las figuras 9 y 10 desvelan una sección vertical de una realización del sistema de plasma fuera de equilibrio que muestra su perfil de temperatura.
La figura 11 es una vista en sección transversal parcial de una realización del sistema de plasma fuera de equilibrio que detalla el cuerpo de electrodo de alta tensión 209 y la localización aproximada del arco de plasma 221, que se desarrolla en la cámara de reacción. También se muestra la región de arco de plasma 221. Esta región es donde se estabiliza y sostiene la llama de aire de gas de síntesis.
La figura 12 ilustra una vista en sección transversal detallada del primer extremo del sistema de plasma fuera de equilibrio de las figuras 1 a 4 que detalla el puerto de entrada de gas de síntesis crudo 206, la empaquetadura/aislamiento eléctrico 211 y la sección en forma de tronco del reactor con el electrodo de puesta a tierra 223. También se ilustra el aumento gradual del área de sección transversal aguas abajo de la región de mezcla de gases 214. También se muestra el anillo de electrodo de alta tensión 204, la pared exterior de reactor 216, el puerto de entrada de agente gasificante 201 y los dos colectores cilíndricos excéntricos (202 y 207). El anillo de electrodo de alta tensión 204, una extensión del cuerpo de electrodo de alta tensión 209, en el que el arco se inicia y se une durante las condiciones operativas normales; el hueco para la iniciación de arco 205; el aislante térmico y eléctrico de alta temperatura 208: una pieza de cerámica que refuerza el aislante principal para la empaquetadura/aislamiento eléctrico 211: un aislante eléctricamente no conductor que se usa también como sellador/junta de gas; también se muestran unidos entre sí por un perno de aislamiento para la brida 210. También se muestra la región de mezcla de gases 214. La región de mezcla de gases es el volumen en el que el aire, el gas de síntesis y, opcionalmente, cualquier aditivo, se mezclan juntos en los volúmenes subestequiométricos deseados. El perno de aislamiento para la brida 210 es el elemento de sujeción que une el cuerpo de electrodo de alta tensión 209 a la sección en forma de tronco del electrodo de puesta a tierra 223.
La figura 13 es una vista en sección de una realización del sistema de plasma fuera de equilibrio que detalla el puerto de entrada de agente gasificante 201, pudiendo las patillas 218 ser separadores de electrodos ahusados o en ángulo que conectan el cuerpo de electrodo al anillo de electrodo de alta tensión 204. También se muestra el hueco de inicio de arco 205, el puerto de entrada de gas de síntesis crudo 206 y la salida de gas refinado 212. La figura 13A muestra una vista ampliada del anillo de electrodo de alta tensión. En algunas realizaciones, las patillas 218 para el anillo de alta tensión 204 están en ángulo para facilitar la obtención de la distancia óptima para el hueco de inicio de arco 205. También se muestra el cuerpo de electrodo de alta tensión 209. También se muestra el aislante térmico y eléctrico de alta temperatura 208. El aislante es una pieza de cerámica que proporciona aislamiento térmico entre el proceso de alta temperatura aguas abajo de la región de mezcla de gases 214 y los
procesos de temperatura relativamente más baja aguas arriba del tubo de entrada de reactivos 222.
Las figuras 14 A-F representan diversas configuraciones de opciones de entrada que pueden emplearse en la invención, que muestran el o los puertos de entrada de gas de síntesis 206 y el o los puertos de entrada de agente gasificante 213.
La figura 15 muestra una vista simplificada de la entrada de gas tangencial (T) a la cámara de reacción, que puede ser un puerto de entrada de agente gasificante 201 o un puerto de entrada de gas de síntesis crudo 206. R1 y R2 son los centros de los dos cilindros parciales excéntricos que comprenden las paredes del colector de entrada.
Las figuras 16 A-D representan diversas configuraciones de opciones de entrada que pueden emplearse con el sistema de plasma fuera de equilibrio. Se muestra el puerto de entrada de gas de síntesis crudo 206, los puertos de entrada de agente gasificante 213 y la región de mezcla de gases 214.
Las figuras 17 A-K representan geometrías ilustrativas de los electrodos de alta tensión para su uso en el sistema de plasma fuera de equilibrio, en donde 17A es cuadrado; 17B es circular, 17C es cuadrado con esquinas redondeadas, 17D es parabólico, 17E representa una forma rectangular orientada verticalmente, 17F representa una forma elíptica u ovalada orientada verticalmente, 17G representa una forma rectangular orientada horizontalmente, cuyo hueco puede ser más pequeño; 17H representa una forma elíptica u ovalada orientada horizontalmente, 171 y 17J representan versiones extendidas orientadas en vertical de 17C y 17D, respectivamente. La figura 17K representa una forma de ala que muestra un anillo aerodinámico para eliminar cualquier zona de recirculación detrás del anillo.
Las figuras 18 y 19 muestran trayectorias de enfriamiento opcionales que pueden incorporarse en el electrodo de alta tensión del sistema de plasma fuera de equilibrio, donde un refrigerante fluye 215 a través de un canal entre la pared interior de electrodo de alta tensión 219 y la pared exterior de electrodo de alta tensión 233. La figura 18 también muestra el espacio interior 217 y las patillas 218, mientras que la figura 19 muestra el cuerpo de electrodo de alta tensión 209.
La figura 20 muestra una realización del sistema de plasma fuera de equilibrio en donde la alta tensión comprende un electrodo rotatorio 228. La figura muestra además el cuerpo de electrodo de alta tensión 209, el árbol rotatorio 203, el sello prensaestopas para el árbol rotatorio 229, que proporciona un sello mecánico entre el cuerpo de electrodo y los gases de proceso entregados a través de los puertos 201, 206.
Las figuras 21A-C muestran una sección transversal simplificada del electrodo rotatorio 228 que detalla geometrías alternativas del electrodo rotatorio 228. La figura 21A muestra una geometría de pasador. Las figuras 21B y 21C muestran geometrías espirales y triangulares, respectivamente.
Las figuras 22 A-E representan múltiples configuraciones de puntas de electrodo que pueden usarse con el diseño de rotación y las figuras 22 A'-E' muestran sus vistas desde arriba.
La figura 23 muestra una vista en sección transversal parcial de una realización del sistema de plasma fuera de equilibrio configurado para producir una caída de presión más baja para los gases de proceso, que se logra usando unos canales de derivación de flujo 220.
Las figuras 24 A-B muestran una vista parcial de una realización del sistema de plasma fuera de equilibrio con un pasador rotatorio conectado operativamente a un motor de puesta a tierra 234 que proporciona par para hacer rotar el árbol 203 y el electrodo de alta tensión 230. La figura 24A muestra la tensión eléctrica que se transfiere desde el electrodo de alta tensión 230 al árbol rotatorio 203 a través de un acoplamiento magnético 226. La figura 24B muestra la transferencia de tensión eléctrica desde el electrodo de alta tensión 230 al árbol 203 a través de un cepillo de alambre contra el árbol a medida que gira, donde están los cepillos de alambre 227. Ambas figuras 24 A-B muestran el electrodo rotatorio 228 y el sello prensaestopas para el árbol rotatorio 229.
La figura 25 muestra una vista parcial de una realización del sistema de plasma fuera de equilibrio donde el electrodo de alta tensión 230 tiene la forma de una horquilla metálica rotatoria. En la figura 25-A, la horquilla es recta y su distancia desde la parte en forma de tronco 223 aumenta cuanto más desciende el arco por la antorcha. En la figura 25-B, la distancia entre el electrodo de alta tensión en forma de horquilla 230 y la parte en forma de pared/tronco de reactor interior 223 se mantiene constante.
Las figuras 26 A-B muestran una vista parcial de una realización del sistema de plasma fuera de equilibrio que tiene el diseño de pasador rotatorio para el electrodo de alta tensión. También se muestra el motor de puesta a tierra 234 que proporciona par para hacer rotar el árbol 203 y el electrodo de alta tensión 230. La figura 26A muestra unos engranajes planetarios 231 en una caja, como el método de transferencia de tensión desde el electrodo de alta tensión 230 al árbol rotatorio 203. En la figura 26B, los engranajes 231 pueden estar biselados para una mejor estabilidad y una mayor vida útil. La figura 26C muestra una vista de los engranajes planetarios 231 desde arriba, con el árbol 203 en el medio y estando la corona dentada exterior estacionaria conectada por los engranajes
planetarios que rotan entre los dos.
La figura 27A muestra una vista parcial de una realización del sistema de plasma fuera de equilibrio que tiene un árbol rotatorio 203 equipado con un collar de movimiento vertical 232, que puede usarse para ajustar la altura del electrodo de alta tensión a medida que rota. El electrodo rotatorio es 228. El ajuste de altura puede hacerse manual o automáticamente (oscilando o ajustando hacia arriba/abajo en función de las características de tensión), véase la figura 27B.
La figura 28 muestra una vista parcial de una realización del sistema de plasma fuera de equilibrio que tiene un conducto para el flujo de refrigerante no conductor 215 hacia abajo por el centro del árbol rotatorio 203 del electrodo rotatorio 228.
Las figuras 29A-C ilustran una realización en donde el ángulo del electrodo rotatorio 228 puede ajustarse usando un sistema mecánico simple basado en palanca internamente contenido.
Las figuras 30A-B ilustran una realización, donde el electrodo rotatorio 228 es lo suficientemente flexible como para deformar su forma a medida que aumenta la velocidad de rotación.
Las figuras 31A-D ilustran las posibles configuraciones de la sección transversal de la sección posterior al punto de generación del arco de plasma.
La figura 32 muestra una geometría simplificada de una realización del sistema de plasma fuera de equilibrio compuesta por un cuerpo de electrodo de alta tensión 209 y un extremo de electrodo de alta tensión 200. También se muestran el puerto de entrada de agente gasificante 201, el puerto de entrada de gas de síntesis 206, la pared exterior 216 y el electrodo de puesta a tierra 223.
La figura 33 muestra una realización, que no es parte de la presente invención, 2 un sistema de plasma fuera de equilibrio con 2 entradas uniplanares 201 y 206 de un solo colector. Las entradas están a 180 grados una de otra, en el mismo plano.
La figura 34 muestra una realización del sistema de plasma fuera de equilibrio con cuatro entradas 201/206, dos en cada plano. Estas realizaciones ilustran que no hay límite para el número de entradas que pueden diseñarse para trabajar con el reactor. Las entradas pueden ser multiplanares o, en las realizaciones que no son parte de la invención, uniplanares pertenecientes a un solo colector. Z
Las figuras 35 A-B ilustran vistas en sección transversal de 2 y 3 configuraciones de entrada uniplanares que no son parte de la presente invención. Z
Las figuras 35A-B muestran el puerto de entrada de gas de síntesis 206 y el o los puertos de entrada de agente gasificante 213.
La figura 36 ilustra una realización de la invención, compuesta por un electrodo de anillo externo de alta tensión 230 y un electrodo rotatorio de alta tensión 228, que rodea un electrodo de anillo interior de baja tensión 223. Las "patillas" 218 de los dos electrodos anulares están desplazadas entre sí y están recubiertas con una capa eléctricamente aislante para mantener la diferencia de potencial entre las mismas.
Descripción detallada de la invención
Definiciones
A menos que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y científicos usados en el presente documento tienen el mismo significado que habitualmente entienden los expertos en la materia a la que pertenece la presente invención.
Como se usa en el presente documento, la expresión "gas de síntesis crudo" significa, en general, un gas generado durante el proceso de gasificación que no se ha tratado.
Como se usa en el presente documento, el término "alquitrán" significa hidrocarburos de alto peso molecular que se definen, en general, como el componente de hidrocarburo condensable aguas abajo en el gas producto.
Como se usa en el presente documento, la expresión plasma fuera de equilibrio (NEP) o plasma no térmico (NTP), o "plasma frío" o "plasma de baja presión" significa plasma que tiene un ligero componente térmico en el gas; mientras que, principalmente, tiene un efecto catalítico en los componentes de gas/partículas. El plasma fuera de equilibrio se genera en un campo eléctrico de alta tensión. De manera adicional, el plasma fuera de equilibrio tiene una distribución de energía muy superior a los electrones, que tienen una temperatura de aproximadamente 10.000 Kelvin, mientras que las partículas pesadas tienen una temperatura en el intervalo de 300-4000 Kelvin. Algunos ejemplos de descarga de plasma fuera de equilibrio incluyen: descarga de barrera dieléctrica, descarga de corona pulsada y descarga de
arco deslizante. Todas estas descargas de plasma tienen unas propiedades tales que la energía de los electrones (temperatura) es significativamente superior a la energía (temperatura) de otras partículas de plasma; por lo tanto, es una descarga fuera de equilibrio.
Como se usa en el presente documento, la expresión "agente gasificante" significa aire, O2 , aire enriquecido, vapor, CO2 , O3 , H2S, H2O2 y combinaciones de los mismos.
Descripción general del sistema
La presente invención proporciona un sistema Z de plasma fuera de equilibrio (NEP) para refinar gas de síntesis J.
De acuerdo con las realizaciones, el sistema de plasma fuera de equilibrio comprende un reactor con una cámara hueca que tiene uno o más colectores de entrada que están configurados para promover un patrón de flujo axialmente simétrico y turbulento en el gas introducido. El gas de síntesis crudo y uno o más agentes gasificantes se introducen para su procesamiento dentro del reactor a través de la una o más entradas. El sistema comprende además un electrodo de alta tensión; y un electrodo de puesta a tierra y está configurado para crear un arco eléctrico que produce plasma fuera de equilibrio tras la aplicación de un potencial de alta tensión a través de un hueco de inicio de arco entre el electrodo de alta tensión y el electrodo de puesta a tierra. El sistema está configurado además de tal manera que el gas de síntesis, el uno o más agentes gasificantes y el arco eléctrico que produce plasma se juntan simultáneamente en el reactor.
La divulgación también proporciona, como ejemplo que no es parte de la invención reivindicada, un método para refinar gas de síntesis usando el sistema de plasma fuera de equilibrio de la presente invención que combina el gas de síntesis, el aire y el arco de plasma en la misma región, que coexistirán en la misma localización.
De acuerdo con la invención, el sistema de plasma fuera de equilibrio comprende dos colectores cilíndricos excéntricos configurados para formar un único colector de entrada para la entrada de gas de síntesis. El sistema de la invención comprende además un conjunto similar de dos colectores cilíndricos excéntricos, en un plano diferente que forma el colector de entrada para la alimentación de aire al reactor.
Aunque la mayor parte de la descripción hará referencia a las dos realizaciones de entrada, debe entenderse que el sistema puede configurarse para incluir más de dos entradas. En unas realizaciones, cuando el colector de entrada de plasma fuera de equilibrio comprende más de dos entradas, se contemplan configuraciones excéntricas o concéntricas.
La invención proporciona un sistema de plasma fuera de equilibrio (NEP) para refinar gas de síntesis crudo. El sistema de plasma fuera de equilibrio está configurado para promover un patrón de flujo axialmente simétrico y turbulento en el reactor, en el que se introduce gas de síntesis crudo y agentes gasificantes para su procesamiento. El gas de síntesis crudo, el o los agentes gasificantes y el plasma se juntan simultáneamente dentro del reactor.
El patrón de flujo axialmente simétrico y turbulento se proporciona por la configuración de los sistemas de plasma fuera de equilibrio. El sistema de plasma fuera de equilibrio comprende un reactor o cámara de reactor que tiene uno o más colectores de entrada configurados para promover un patrón de flujo axialmente simétrico y turbulento, en el que se introduce gas de síntesis y uno o más agentes gasificantes para su procesamiento dentro del reactor, un electrodo de alta tensión; y un electrodo de puesta a tierra. Durante la operación del sistema de plasma fuera de equilibrio, la distribución de temperatura y el campo de flujo dentro del reactor son axialmente simétricos y/o uniformes, evitando o reduciendo de este modo las tensiones térmicas y/o la distorsión debida a la diferencia de temperaturas.
En algunas realizaciones del sistema de plasma fuera de equilibrio, el sistema está configurado de tal manera que la temperatura de la pared de reactor es más baja que su punto de fusión con una zona de reacción de temperatura más alta localizada hacia el núcleo del reactor. En algunas realizaciones, la pared del reactor está protegida por una película delgada de corriente de reactivo a temperatura más baja, lo que elimina la necesidad de usar otros esquemas y/o fluidos de enfriamiento para mantener la estabilidad de la pared. En algunas realizaciones, pueden emplearse medios alternativos para enfriar las paredes del reactor. Opcionalmente, el enfriamiento termoiónico se utiliza para minimizar o eliminar los requisitos de enfriamiento externo.
En una realización, el puerto de entrada del sistema de plasma fuera de equilibrio está canalizado y comprende dos colectores cilíndricos excéntricos para el puerto de entrada de gas de síntesis crudo y las entradas para introducir el agente gasificante; se mezclan en el reactor en proporciones subestequiométricas.
De acuerdo con las realizaciones, el sistema de plasma fuera de equilibrio está configurado para proporcionar un arco de plasma fuera de equilibrio estable y/o una larga vida útil del electrodo a caudales de proceso variables. Opcionalmente, el sistema de plasma fuera de equilibrio incluye un bajo mantenimiento de los canales de gas y/o está diseñado para proporcionar una baja caída de presión del proceso para la operabilidad y para aumentar la eficiencia del proceso.
De acuerdo con algunas realizaciones, el sistema está configurado para reducir o eliminar una mayor caída de presión del gas de proceso, la inestabilidad de la antorcha y la pérdida de unión del arco a flujos más altos, y una distancia de hueco desigual a lo largo de una carrera, lo que empuja a la antorcha hacia el régimen térmico. Los expertos en la materia apreciarán que el electrodo de puesta a tierra y el electrodo de alta tensión pueden tener sus dimensiones y geometría para crear el hueco de inicio de arco.
Los sistemas de plasma fuera de equilibrio comprenden un reactor o cámara de reactor que tiene uno o más colectores de entrada configurados para promover un patrón de flujo axialmente simétrico y turbulento, en el que se introduce gas de síntesis y uno o más agentes gasificantes para su procesamiento dentro del reactor, un electrodo de alta tensión; y un electrodo de puesta a tierra. El sistema está configurado de tal manera que se produce un arco eléctrico que produce plasma fuera de equilibrio tras la aplicación de un potencial de alta tensión a través de un hueco de inicio de arco entre el electrodo de alta tensión y el electrodo de puesta a tierra. Pueden usarse diversas configuraciones de electrodos en el sistema de plasma fuera de equilibrio. En determinadas realizaciones, el electrodo de alta tensión está configurado para evitar una zona estancada o una zona donde se desarrolla el arco en ausencia de flujo de gas.
En una realización, los sistemas de plasma fuera de equilibrio también comprenden dos o más colectores de entrada, donde las entradas se distribuyen en planos más geométricos.
Opcionalmente, el electrodo de puesta a tierra es el lado de reactor o parte de pared exterior del recipiente o un componente del mismo. En algunas realizaciones, tiene una sección en forma de tronco, que es el punto de unión del arco.
Haciendo referencia a la figura 12, el gas de síntesis se introduce en el reactor desde los procesos ascendentes a través del puerto de entrada de gas de síntesis 206. El puerto de entrada de gas de síntesis 206 está asociado operativamente con el colector cilíndrico excéntrico de gas de síntesis 202. Agentes gasificantes, incluido el aire, se introducen en el reactor a través del puerto de entrada de agente gasificante 201 y se canalizan a través del colector cilíndrico excéntrico correspondiente 207.
Haciendo referencia a las figuras 14 y 16, en algunas realizaciones, hay puertos de entrada de aire o aditivos adicionales 213. El aire o los aditivos adicionales pueden usarse para optimizar las características químicas y electroquímicas del proceso.
En una realización, el sistema de plasma fuera de equilibrio está configurado para ser menos susceptible a la obstrucción. Opcionalmente, esto se logra proporcionando una entrada excéntrica para el puerto de entrada de gas de síntesis.
De acuerdo con algunas realizaciones, el gas de síntesis crudo se inyecta tangencialmente con el fin de generar un flujo de alta turbulencia dentro de la antorcha.
Haciendo referencia a la figura 7, en algunas realizaciones, con el fin de crear el flujo de turbulencia dentro de la cámara, el puerto de entrada de gas de síntesis 206 tiene que diseñarse para introducir el gas en un patrón de flujo creciente que está descentrado del centro geométrico del recipiente de reactor.
Haciendo referencia a la figura 4, de acuerdo con algunas realizaciones, la sección transversal donde se introduce el gas de síntesis comprende dos cilindros excéntricos que tienen dos diámetros diferentes R21, R22. El desplazamiento entre los diámetros está representado por L30 en la figura 4. Las entradas H16, H18 equilibran la excentricidad en el campo de flujo y dan como resultado un eje de flujo simétrico aguas abajo de la entrada. Se usa la misma geometría, en un colector diferente, para la entrada de aire y el aire se inyecta tangencialmente en los cilindros excéntricos R21, R22 que tienen diferentes diámetros.
En alguna realización, el sistema de plasma fuera de equilibrio está configurado para minimizar la caída de presión experimentada por el gas de proceso, opcionalmente, esto puede lograrse permitiendo que la mezcla de gases de síntesis fluya libremente alrededor y a través del anillo de alta tensión y que no quede confinada en la sección entre el anillo y la antorcha (figura 5).
Haciendo referencia a las figuras 12 y 16, en algunas realizaciones se proporciona una o más entradas de aire de proceso de alta temperatura 201 (figura 12) y 213 (figura 16). Se sabe que mezclar el gas de síntesis y el aire corriente arriba del arco de plasma da como resultado una pérdida del efecto sinérgico de tener radicales generados a partir del proceso de conversión parcial que coinciden con las moléculas excitadas y los electrones producidos por el arco de plasma. En consecuencia, en algunas realizaciones, el sistema de plasma fuera de equilibrio está configurado de tal manera que el agente gasificante y el gas de síntesis crudo se juntan en la zona de reacción principal 214 en las proximidades del arco de plasma (figura 12).
En algunas realizaciones, el sistema de plasma fuera de equilibrio está configurado para reducir la pérdida de calor y la tensión térmica. Opcionalmente, el sistema de plasma fuera de equilibrio está configurado para recibir gas de síntesis que no se calienta a altas temperaturas aguas arriba del sistema, evitando de este modo la pérdida de calor
y una gran tensión térmica en la entrada.
En algunas realizaciones del sistema de plasma fuera de equilibrio, el gas de síntesis crudo entra a una temperatura mucho más baja y los productos de combustión a alta temperatura se desarrollan en el centro del reactor o hacia el mismo, lejos de las paredes y de la entrada de gas de síntesis (figuras 6, 9 y 10). En tales realizaciones, las paredes del reactor pueden protegerse de la alta temperatura a través de una capa límite de gas de síntesis a baja temperatura. Esta capa límite finalmente se mezcla con los productos de combustión aguas abajo, lejos del intenso calor de la conversión. La figura 10 muestra que la zona de combustión de alta temperatura se forma lejos de las paredes de los reactores, dentro del reactor y no aguas arriba del reactor.
En tal realización, el sistema no necesita inyectar ningún otro flujo para evitar la acumulación de hollín en el anillo de aislamiento entre los electrodos de alta y baja tensión y excluye la adición de aire frío. La acumulación de hollín se evita usando el aire de proceso como escudo entre el gas de síntesis y la pieza de aislamiento. La invención ha eliminado el uso de la inyección de aire de enfriamiento en el proceso, ya que hacerlo diluye el flujo de gas de síntesis y da como resultado una pérdida de energía y una reducción del poder calorífico inferior (LHV) del gas de proceso. Se ha eliminado el uso de refrigerante líquido debido a que reduce la temperatura del sistema, por lo que se necesita añadir más calor de proceso para mantener la temperatura, reduciendo, en última instancia, la eficiencia del sistema. En otras realizaciones de la invención, tales como las representadas en las figuras 18 y 19, puede emplearse el flujo de refrigerante 215, si fuera deseable.
En una realización de la invención, el aire de proceso empuja el flujo de gas de síntesis crudo lejos de la pieza aislante, que puede ser, por ejemplo, una pieza de Teflon™. Por lo tanto, con el fin de proteger la empaquetadura/aislamiento eléctrico 211, se inserta un aislante térmico y eléctrico de alta temperatura 208 entre el Teflon™ y la sección de inyección de aire (figura 12).
En otra realización de la invención, la sección en forma de tronco del electrodo de puesta a tierra 223 da como resultado una mejor distribución del flujo dentro del reactor. Además, la creación de una zona de recirculación y desaceleración de la velocidad axial del gas de síntesis, reduce la velocidad, donde el arco se estira y es menos estable. En otra realización, la expansión de la sección transversal del reactor da como resultado una pequeña relación de aspecto de longitud a diámetro para el mismo volumen, lo que da como resultado una menor área de superficie lateral para el mismo volumen (tiempo de residencia) y, en consecuencia, una menor pérdida de calor (figura 12).
En otra realización de la invención, el aire de proceso o el agente gasificante se introduce a través de una sección en forma de tronco del electrodo 223, que está conectado a tierra (figura 12).
ELECTRODOS
El sistema de plasma fuera de equilibrio incluye además un electrodo de alta tensión; y un electrodo de puesta a tierra en el que el sistema está configurado para crear una descarga de plasma fuera de equilibrio tras la aplicación de un potencial de alta tensión a través de un hueco de inicio de arco entre el electrodo de alta tensión y el electrodo de puesta a tierra.
En una realización, el anillo de electrodo de alta tensión 204, que proporciona la tensión/corriente para la formación del arco de plasma; está asociado operativamente con el cuerpo de electrodo de alta tensión 209 a través de las patillas 218, y está dimensionado para proporcionar un hueco de inicio de arco y es la localización donde se inicia y se une el arco durante condiciones operativas normales. El lado de reactor o pared exterior 216 sirve como electrodo de puesta a tierra (baja tensión), o la región donde el propio arco se une, y en la realización ilustrada es una sección en forma de tronco 223.
Haciendo referencia a la figura 12, en la realización ilustrada, la distancia crítica para el hueco de inicio de arco 205 es el espacio entre el anillo de electrodo de alta tensión 204 y la pared de reactor 206, la sección en forma de tronco del electrodo de puesta a tierra 223 a través de la que fluye el gas de proceso 225. En esta realización, la geometría de las patillas 218 para el anillo de alta tensión 204 y la dimensión y geometría del anillo y las patillas pueden ajustarse para optimizar el hueco para el inicio de arco 205, para obtener objetivos de rendimiento de proceso específicos (figuras 3 y 12).
El inserto de electrodo del sistema de plasma fuera de equilibrio comprende un material altamente conductor, tal como grafito, acero al carbono o acero inoxidable.
En otra realización, el inserto de electrodo comprende un material de alta emisividad termoiónica, tal como hafnio, circonio, tungsteno, torio, lantano, estroncio o aleaciones de los mismos.
En una realización de la invención, utilizando un electrodo rotatorio 228, el sello prensaestopas 229 para el árbol rotatorio 203 mantiene el gas de proceso en la cámara de reacción 224 y evita su entrada en el cuerpo de electrodo de alta tensión 209.
En una realización, el electrodo esta invertido, de manera que no haya una sección hueca dentro de la antorcha y el arco no pueda desarrollarse dentro del electrodo (figura 11). Por lo tanto, se requiere menos enfriamiento y el arco se utiliza eficientemente forzándolo a desarrollarse en el flujo de gas de síntesis. En otras palabras, no hay una zona estancada en el diseño de antorcha de la invención actual y el arco comienza en el anillo de alta tensión y, a continuación, se empuja aguas abajo a través del flujo de gas de síntesis, proporcionando un uso eficiente de la energía. el flujo de gas de síntesis, proporcionando un uso eficiente de la energía. Las patillas 218 facilitan la formación del arco manteniendo el hueco de inicio de arco deseado 205 entre la pared interior de electrodo 219. El diámetro del anillo de electrodo está diseñado para ser más grande que la parte cilíndrica del electrodo, de manera que el arco siempre se desarrolle en la sección de anillo del electrodo de alta tensión y no en la sección cilíndrica. El hueco entre la sección cilíndrica del electrodo y las paredes de antorcha es aproximadamente el doble que entre el anillo y la pared de antorcha. Además, la parte cilíndrica del electrodo se recubre con una película delgada de material eléctricamente no conductor para garantizar que no se produzca un arco aguas arriba del anillo.
En algunas realizaciones, los sistemas de plasma fuera de equilibrio evitan los electrodos de alta tensión que son discos sólidos o cilíndricos.
En algunas realizaciones, el electrodo de alta tensión está configurado para evitar uno o más de:
1. Caída de presión al comprimir toda la corriente a través de un hueco estrecho, especialmente en el caso de gas de síntesis crudo que contiene altas cargas de materia particulada, tal como hollín, sales y cenizas volantes. 2. El flujo que pasa a través de un hueco estrecho acelerará el flujo axialmente e interrumpirá parcialmente el patrón de flujo turbulento.
3. La velocidad de flujo en el hueco de inicio de arco es mayor que la velocidad de la llama a lo largo de este hueco. Es un desafío mantener una llama a través de este hueco, ya que la velocidad de los gases que atraviesan este hueco se acelera a medida que los gases se comprimen a través del hueco. Esta aceleración en el flujo podría apagar la llama, si se desarrolla aguas arriba del disco.
4. Hacer potencialmente que el disco se derrita o se corroa por los radicales reactivos a la llama. Si se desarrolla una llama aguas arriba del disco y esta llama de alguna manera se mantiene haciendo un hueco más grande, los radicales generados por la combustión corrosiva a alta temperatura aún tendrán que estar confinados dentro de un hueco estrecho que hace que la llama esté junto al disco, haciendo potencialmente que el disco se derrita o se corroa por los radicales reactivos a la llama.
En algunas realizaciones, los electrodos de alta tensión están configurados de la siguiente manera:
• El extremo de electrodo 200 (figura 32) puede ser un electrodo rotatorio o un electrodo fijo y tener diferentes geometrías, tales como un anillo, unas puntas, un pasador, una horquilla, un alambre, una bobina o unas palas (alas).
• La rotación del electrodo de alta tensión es axialmente simétrica y los electrodos rotatorios 228 (figuras 24, 26, 27, 28, 29, 30) comprenden una o más geometrías de longitudes iguales o diferentes. Están desplazados axialmente entre sí.
• El diámetro del extremo de electrodo 200 es mayor que la parte cilíndrica del cuerpo de electrodo de alta tensión 209 (figura 32).
• El arco se desarrolla en la región de arco de plasma 221 (figura 11) después del hueco de inicio de arco 205 (figura 12); el tamaño del hueco entre la sección cilíndrica del cuerpo de electrodo 209 y las paredes exteriores de antorcha 216 es aproximadamente el doble del tamaño entre el extremo de electrodo 200, las paredes exteriores 216 y la parte en forma de tronco del electrodo de baja tensión 223 (figura 12).
• La parte cilíndrica del cuerpo de electrodo de alta tensión 209 está recubierta con una película delgada de material eléctricamente no conductor.
• El extremo de electrodo 200 (figura 32) puede ser cuadrado, circular, cuadrado con esquinas redondeadas, parabólico, forma rectangular orientada verticalmente, forma elíptica u ovalada orientada verticalmente, forma rectangular orientada horizontalmente, forma elíptica u ovalada orientada horizontalmente entre otros formatos.
En otra realización, los electrodos comprenden trayectorias de enfriamiento opcionales, donde un refrigerante fluye 215 a través de un canal entre la pared interior de electrodo de alta tensión 219 y la pared exterior de electrodo de alta tensión 233.
En una realización de la invención (figuras 18 y 19) que requiere refrigeración líquida, el cuerpo de electrodo de alta tensión 209 se fabrica en una configuración de doble pared, en donde hay un flujo de refrigerante 215 entre la pared exterior 223 y la pared interior 217.
Anillo
En otra realización de la invención, el anillo de electrodo de alta tensión 204 (figura 12), puede ser de diferentes geometrías, optimizadas para el proceso específico.
Las figuras 17 A-K representan geometrías ilustrativas de estos electrodos de alta tensión en donde 17-A es cuadrado; 17-B es circular, 17-C es cuadrado con esquinas redondeadas, 17-D es parabólico, 17-E representa una forma rectangular orientada verticalmente, 17-F representa una forma elíptica u ovalada orientada verticalmente, 17-G representa una forma rectangular orientada horizontalmente, cuyo hueco puede ser más pequeño; 17-H representa una forma elíptica u ovalada orientada horizontalmente, 17-1 y 17-J representan versiones extendidas orientadas en vertical de 17-C y 17-D, respectivamente.
La figura 17-K representa una forma de ala que muestra un anillo aerodinámico para eliminar cualquier zona de recirculación detrás del anillo, lo cual es importante para evitar la combustión y la recirculación de gases a alta temperatura cerca del anillo que podrían erosionar el anillo.
Electrodo rotatorio
Aunque los electrodos rotatorios ya son conocidos por el estado de la técnica, como lo muestran las patentes US 6.924.608 y US 7.417.385, son diferentes a la presente invención, debido a que el sistema actual usa una fuente de alimentación de CC en lugar de una fuente de alimentación de CA trifásica utilizada por Czernichowski et al. De manera adicional, el sistema actual utiliza el flujo de gas de proceso para controlar el desarrollo y la localización del arco de plasma, mientras que las patentes referidas usan la rotación mecánica como método de control del arco.
La patente FR2775864A1 de Albin Czernichowski también describe un dispositivo usado para estirar mecánicamente un arco deslizante usando un electrodo rotatorio, pero en el sistema actual, el arco se desliza/estira por el impulso del flujo de gas de síntesis y no por el movimiento mecánico de los electrodos unos con respecto a otros.
El fin de hacer rotar el electrodo de alta tensión de la presente invención es evitar que se forme un arco en la misma localización cada vez que se reinicia el arco. La distancia/hueco entre el electrodo de alta tensión y el cuerpo de antorcha de puesta a tierra es siempre constante. La rotación del electrodo de alta tensión es solo para hacer que la localización de inicio del arco cambie continuamente y se distribuya uniformemente alrededor de la circunferencia del cuerpo de puesta a tierra.
Electrodo de punta rotatoria
Se proporciona un nuevo elemento para tener un espaciamiento constante entre el electrodo de alta tensión y el cuerpo de puesta a tierra de antorcha usando un electrodo de punta rotatoria en el sistema, que no restrinja/estrangule el flujo de gas de síntesis o aire o mezcla de gas de síntesis-aire a través de un hueco de inicio de arco.
El nuevo elemento comprende un diseño de electrodo de punta rotatoria, en donde el electrodo de alta tensión será una varilla de pequeño diámetro alineada axialmente o paralela axialmente a la línea central de la antorcha. El extremo de esta varilla se acerca al cuerpo de puesta a tierra de antorcha, a través de una única inclinación o una serie de curvas/inclinaciones o un mecanismo de ángulo variable. La punta de la varilla está a una distancia de cebado/inicio de arco del cuerpo de antorcha.
Con el fin de evitar cebar el arco en la misma localización, cada vez que el cebador intenta reiniciar el arco, la varilla/pasador/punta rotará a una velocidad adecuada. Al implementar este elemento de punta rotatoria, los puntos de inicio de arco se distribuyen aleatoriamente en la circunferencia de la antorcha, teniendo el arco, como consecuencia, un eje distribuido simétricamente dentro del vacío de antorcha.
El electrodo rotatorio puede comprender una o más puntas que tengan igual o diferente longitud. El uso de dos o más puntas que están desplazadas axialmente entre sí, añadirá una segunda dimensión, en la que el punto de inicio de arco puede dispersarse. Como alternativa, para una dispersión continua del área de inicio de arco, el electrodo rotatorio que comprende una o más de una punta también puede vibrar axialmente hacia arriba y hacia abajo. De esta manera, la o las puntas rotan tangencialmente y vibran axialmente. En consecuencia, los puntos de arco se dispersan sobre un área lateral de un cilindro.
Una punta estacionaria dará como resultado una cantidad de puntos de inicio concentrados alrededor de un solo punto, mientras que la aplicación de una punta rotatoria dará como resultado la dispersión de los puntos de inicio sobre la circunferencia de un círculo. El uso de una serie de puntas rotatorias, que están desplazadas axialmente entre sí, dará como resultado una dispersión de los puntos de inicio de arco sobre la circunferencia de un cilindro.
La forma de la punta de electrodo se afila para beneficiarse del fenómeno del efecto de enfriamiento termoiónico, aumentando de este modo la vida útil y el rendimiento del electrodo. Otras formas, tales como extremos hemisféricos lisos, también son posibles y pueden implementarse. Además, la utilización de una punta afilada proporciona enfriamiento termoiónico.
Como se ilustra en la figura 36, puede utilizarse un sistema que comprende una combinación de electrodos rotatorios y electrodos estacionarios para optimizar el rendimiento del sistema en condiciones operativas específicas.
Método para la conversión y limpieza de gas de síntesis
La presente divulgación devela un método, que no es parte de la presente invención, para la conversión y limpieza de gas de síntesis usando los sistemas de plasma fuera de equilibrio descritos anteriormente. La principal característica del método es usar el sistema desvelado anteriormente y combinar el gas de síntesis, el aire y el arco de plasma formado entre los electrodos en la misma región, que coexistirán en la misma localización. Los electrodos del sistema se enfrían opcionalmente por un refrigerante que fluye 215 a través de un canal entre la pared interior 219 y la pared exterior 233 del electrodo (figura 18).
El método de plasma fuera de equilibrio para refinar gas de síntesis, usando el sistema de la presente divulgación comprende las etapas de:
• introducir gas de síntesis y un agente gasificante en un reactor, de tal manera que haya un patrón de flujo axialmente simétrico y turbulento; en donde el reactor tiene un electrodo de alta tensión y un electrodo de puesta a tierra,
• aplicar un potencial de alta tensión a través del hueco de inicio de arco, creando de este modo un arco eléctrico que produce plasma fuera de equilibrio tras la aplicación de un potencial de alta tensión a través de un hueco de inicio de arco entre el electrodo de alta tensión y el electrodo de puesta a tierra.
Además, el método de plasma fuera de equilibrio para refinar gas de síntesis comprende combinar gas de síntesis y uno o más agentes gasificantes en las proximidades del arco de plasma.
Sistemas combinados
Opcionalmente, en algunos sistemas, la reformulación de plasma fuera de equilibrio se combina con procesos de reformulación de plasma térmico y/o catalítico.
El plasma caliente y los catalizadores adecuados son conocidos en la técnica e incluyen los desvelados en el documento WO2008/138117.
Sistema de control
El sistema puede comprender además un sistema de control. Los sistemas de control adecuados son conocidos en la técnica y pueden incluir los desvelados en el documento WO2008/138117.
Aunque se han desvelado realizaciones específicas en la descripción, esas realizaciones no limitan la invención. El alcance de la presente invención estará determinado por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (10)
1. Un sistema de plasma fuera de equilibrio para refinar gas de síntesis, comprendiendo el sistema:
• un reactor que comprende:
una cámara hueca (224) que tiene un primer extremo y un segundo extremo; teniendo la cámara una salida de gas (212) próxima al segundo extremo y una entrada de gas próxima al primer extremo
en donde la entrada de gas está configurada para introducir gas en la cámara hueca (224);
• un electrodo de alta tensión (204); y
• un electrodo de puesta a tierra (223) separado del electrodo de alta tensión (204) por un hueco de inicio de arco (205),
en donde el sistema está configurado para crear un arco eléctrico que produce plasma fuera de equilibrio tras la aplicación de un potencial de alta tensión a través del hueco de inicio de arco (205), caracterizado por que
la entrada de gas comprende un primer colector cilíndrico excéntrico (202) para la entrada de agente gasificante; y
un segundo colector cilíndrico excéntrico (207) para la entrada de gas de síntesis;
estando los colectores excéntricos primero y segundo localizados en planos diferentes; en donde cada colector cilíndrico excéntrico (202, 207) comprende un primer cilindro que tiene un primer diámetro (R21) y un segundo cilindro que tiene un segundo diámetro (R22), en donde el centro del primer diámetro y el centro del segundo diámetro definen un desplazamiento (L30), de tal manera que cada uno de los colectores excéntricos primero y segundo forman un único colector de entrada; en donde los colectores cilíndricos excéntricos (202, 207) están configurados para promover un patrón de flujo axialmente simétrico y turbulento, y están configurados de tal manera que el gas de síntesis, el agente de entrada gasificante y el arco de plasma se juntan simultáneamente en el reactor.
2. El sistema de plasma fuera de equilibrio de la reivindicación 1, en donde el electrodo de alta tensión (204) es hueco y comprende un inserto y, opcionalmente, medios para hacer circular un fluido refrigerante en dicho interior de electrodo hueco para promover un enfriamiento por convección.
3. El sistema de plasma fuera de equilibrio de la reivindicación 2, en donde el inserto de electrodo está fabricado de un material altamente conductor y en donde el inserto de electrodo comprende un material de alta emisividad termoiónica que comprende hafnio, circonio, tungsteno, torio, lantano, estroncio o aleaciones de los mismos.
4. El sistema de plasma fuera de equilibrio de la reivindicación 1, en donde el electrodo de alta tensión (204) está configurado como un electrodo rotatorio (228) o un electrodo fijo y, opcionalmente, en donde el electrodo de alta tensión comprende un anillo, unas puntas, un pasador, una horquilla, un alambre, una bobina o unas palas.
5. El sistema de plasma fuera de equilibrio de la reivindicación 1, en donde el electrodo de puesta a tierra (223) es un componente del lado de reactor o pared exterior (216) del reactor.
6. El sistema de plasma fuera de equilibrio de la reivindicación 5, en donde el reactor tiene una sección en forma de tronco (223) y en donde el electrodo de puesta a tierra está localizado en la sección en forma de tronco (223).
7. El sistema de plasma fuera de equilibrio de la reivindicación 1, en donde el electrodo de alta tensión (204) comprende un cuerpo de electrodo (209) y un extremo de electrodo (200), y en donde el diámetro del extremo de electrodo (200) es mayor que el cuerpo de electrodo de alta tensión (209).
8. El sistema de plasma fuera de equilibrio de la reivindicación 7, en donde el cuerpo de electrodo de alta tensión (209) está recubierto con una película delgada de material eléctricamente no conductor.
9. El sistema de plasma fuera de equilibrio de la reivindicación 7, en donde el extremo de electrodo (200) está configurado como un anillo y, opcionalmente, en donde el anillo de electrodo tiene una forma seleccionada entre cuadrada, circular, cuadrada con esquinas redondeadas, parabólica, forma rectangular orientada verticalmente, elíptica orientada verticalmente, forma rectangular orientada horizontalmente, elíptica orientada horizontalmente, forma ovalada o forma de ala.
10. El sistema de plasma fuera de equilibrio de la reivindicación 1, en donde el electrodo de alta tensión (204) comprende un extremo de electrodo de alta tensión en forma de anillo, en donde el extremo de electrodo de alta tensión en forma de anillo está dimensionado para proporcionar el hueco de inicio de arco y en donde el extremo de electrodo de alta tensión en forma de anillo está conectado operativamente a un cuerpo de electrodo (209) a través de una o más patillas (218).
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