ES2933510T3 - Dispositivo y método de procesamiento de gas - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo de conversión de metano comprende una cámara de reacción; un sensor para detectar la presencia de metano; medios de soplado para dirigir gases externos a la cámara de reacción cuando el sensor detecta la presencia de metano por encima de un umbral predeterminado; medios de conversión que están configurados para oxidar metano; y medios de posicionamiento para colocar el dispositivo sobre un animal. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo y método de procesamiento de gas
Campo de la invención
La presente invención está relacionada con un dispositivo de procesamiento de gas para oxidar gas metano, particularmente un dispositivo de procesamiento de gas para oxidar gas metano procedente del ganado.
Antecedentes de la invención
Se sabe que el metano es un potente gas de efecto invernadero, con un potencial de calentamiento global considerablemente mayor que el del dióxido de carbono. Se sabe que el ganado es una importante fuente de gas metano, que se libera a través de eructos y flatulencias, y esto puede tener consecuencias económicas directas para los ganaderos, ya que pueden estar sujetos a impuestos en función de su huella de carbono. A tal efecto el documento US 2010/279180 describe un dispositivo que comprende medios de conversión configurados para oxidar metano, medios de soplado configurados para impulsar gas desde el exterior del dispositivo hacia los medios de conversión de metano, y medios de posicionamiento para colocar el dispositivo sobre un animal. La reducción adicional de la huella de carbono sigue siendo un objetivo aún por alcanzar.
Por estas razones, es deseable reducir las emisiones de metano procedentes del ganado.
Compendio de la invención
Por lo tanto, en su forma más general, la presente invención puede proporcionar un dispositivo para reducir el contenido de metano de las emisiones gaseosas de animales como por ejemplo el ganado. Esto se puede lograr proporcionando un dispositivo que pueda llevar puesto el animal y que esté adaptado para aspirar las emisiones gaseosas del animal al interior de una cámara de reacción en la que se proporcionan medios de conversión para oxidar el metano presente en las emisiones. Los principales productos del proceso de oxidación son típicamente dióxido de carbono y agua, que se considera que tienen un potencial de calentamiento global menor que el del metano. En un primer aspecto, la presente invención puede proporcionar un dispositivo de conversión de metano que comprende:
una cámara de reacción;
un sensor para detectar la presencia de metano;
medios de soplado para dirigir gases externos hacia el interior de la cámara de reacción cuando el sensor detecta la presencia de metano por encima de un umbral predeterminado;
medios de conversión que están configurados para oxidar metano; y
medios de posicionamiento para colocar el dispositivo sobre un animal.
Típicamente, los medios de soplado están configurados para dirigir gases externos hacia el interior de la cámara de reacción cuando el sensor detecta la presencia de metano por encima de 100 ppm, posiblemente por encima de 150 ppm. Los medios de soplado se pueden proporcionar mediante por ejemplo un ventilador de flujo axial. Los medios de soplado pueden ayudar a permitir que el metano detectado por el sensor sea capturado por el dispositivo antes de que se disperse en el aire.
La presencia de un sensor para la detección de metano permite que el dispositivo se active solo cuando se detecta un nivel predeterminado de metano. Esto permite un uso eficiente de cualquier fuente de energía (por ejemplo, baterías) que se requieren para alimentar el dispositivo.
En general, la cámara de reacción tiene un volumen inferior a 200 ml, posiblemente inferior a 150 ml. La cámara de reacción se puede proporcionar mediante el escape del dispositivo.
Típicamente, los medios de conversión comprenden un elemento de calentamiento, que puede ser por ejemplo un alambre. En ciertos casos, el alambre tiene una configuración enrollada.
Preferiblemente, el elemento de calentamiento es un elemento metálico de calentamiento por resistencia. El elemento metálico de calentamiento por resistencia comprende típicamente una aleación metálica seleccionada del grupo que comprende: aleaciones de níquel-cromo, aleaciones de níquel-hierro, aleaciones de hierro-cromo-aluminio, acero inoxidable, aleaciones de tungsteno o aleaciones de cobre-níquel. Preferiblemente, el elemento de calentamiento comprende níquel como componente principal. Por ejemplo, el elemento de calentamiento puede ser un alambre de nicromo.
En ciertas realizaciones, el elemento de calentamiento puede ubicarse dentro de la cámara de reacción.
En estas realizaciones, el dispositivo puede comprender medios de filtración que están configurados para impedir la entrada de una o más especies gaseosas distintas del metano en la cámara de reacción (es decir: algunos de los gases externos, pero no necesariamente todos, son dirigidos hacia el interior de la cámara de reacción por los medios de soplado). Esto ayuda a incrementar la concentración de metano en la cámara de reacción hasta un nivel por encima del límite inferior de explosividad del metano (este es típicamente aproximadamente el 4% por volumen de aire, dependiendo de la temperatura y de la presión), de modo que el metano se oxida a medida que pasa por encima del elemento de calentamiento Los medios de filtración pueden comprender uno o más de los siguientes: carbón vegetal, carbón activado, o una base fuerte como el hidróxido de potasio. Estos medios de filtración impiden principalmente el paso de dióxido de carbono, pero se pueden proporcionar otros medios de filtración que impidan el paso de otras especies gaseosas.
En otras realizaciones, el dispositivo puede comprender medios de atrapamiento que están configurados para atrapar metano antes de que entre en la cámara de reacción, por ejemplo mediante absorción del metano. Estos medios de atrapamiento típicamente permiten el paso de nitrógeno y oxígeno al interior de la cámara de reacción. De esta manera, algunos pero no todos los gases externos son dirigidos hacia el interior de la cámara de reacción por los medios de soplado.
Estos medios de atrapamiento se pueden proporcionar mediante un material poroso como por ejemplo una zeolita. La presencia de los medios de atrapamiento permite aumentar la concentración de metano antes de que entre en la cámara de reacción. El metano puede liberarse de los medios de atrapamiento mediante la acción de un elemento de calentamiento adicional que está configurado para calentar los medios de atrapamiento. En ciertas realizaciones, se puede proporcionar un filtro de dióxido de carbono entre los medios de soplado y los medios de atrapamiento, a fin de limitar la cantidad de dióxido de carbono que llega a los medios de atrapamiento, para incrementar la capacidad de los medios de atrapamiento para atrapar metano.
Se cree que las zeolitas atrapan el metano de forma más eficaz cuando el metano incide sobre la zeolita a mayor velocidad y, por tanto, a mayor presión parcial. Esto representa un beneficio potencial adicional de proporcionar medios de soplado en el dispositivo.
En otras realizaciones, los medios de conversión pueden comprender adicionalmente un catalizador, estando ubicado el catalizador dentro de la cámara de reacción. Típicamente, el catalizador comprende uno o más de los siguientes: paladio, cobre o sílice.
En estas realizaciones, el catalizador está adaptado para facilitar la conversión de metano en dióxido de carbono y agua. Típicamente el catalizador está en contacto térmico con un elemento de calentamiento, por ejemplo un alambre.
Preferiblemente, el elemento de calentamiento es un elemento metálico de calentamiento por resistencia. El elemento metálico de calentamiento por resistencia comprende típicamente una aleación metálica seleccionada del grupo que comprende: aleaciones de níquel-cromo, aleaciones de níquel-hierro, aleaciones de hierro-cromo-aluminio, acero inoxidable, aleaciones de tungsteno o aleaciones de cobre-níquel. Preferiblemente, el elemento de calentamiento comprende níquel como componente principal. Por ejemplo, el elemento de calentamiento se puede proporcionar mediante un alambre de nicromo.
Típicamente, los medios para colocar el dispositivo sobre el animal están configurados para permitir que el dispositivo se fije a la nariz del animal (para convertir el metano liberado en las exhalaciones del animal). Así, los medios para colocar el dispositivo sobre un animal pueden comprender un anillo para la nariz que está configurado para su fijación a un animal, por ejemplo, a un animal bovino. En otras realizaciones, los medios para posicionar el dispositivo pueden comprender un clip, por ejemplo dos brazos elásticos opuestos que están configurados para retener entre ellos una parte del cuerpo del animal, como por ejemplo el tabique nasal.
Es beneficioso que el dispositivo se coloque de tal manera que pueda capturar el metano exhalado por la boca del animal (por ejemplo, un animal bovino), ya que típicamente representa la mayor proporción de las exhalaciones de metano de un animal.
En otras realizaciones, el dispositivo puede estar configurado para ser fijado, por ejemplo por pinzado, a la cola del animal, para permitir que el dispositivo procese los gases emitidos a través de las flatulencias.
Los dispositivos de acuerdo con el primer aspecto de la invención pueden proporcionar unos medios para obtener datos sobre la exhalación de metano de animales como por ejemplo los animales bovinos, que pueden ser de importancia para los granjeros, así como para las empresas farmacéuticas, las empresas de nutrición/alimentación y las organizaciones gubernamentales.
En un segundo aspecto, la presente invención puede proporcionar un dispositivo de conversión de metano que comprende:
una cámara de reacción que comprende medios de conversión que están configurados para oxidar metano;
un componente de retención de metano;
medios para hacer que se libere metano desde el componente de retención de metano hacia el interior de la cámara de reacción;
un sensor que está adaptado para detectar la presencia de metano dentro del gas exterior al dispositivo de conversión de metano;
medios de soplado configurados para impulsar gas desde el exterior del dispositivo hacia el componente de retención de metano cuando el sensor detecta la presencia de metano por encima de un umbral predeterminado; y medios de posicionamiento para colocar el dispositivo sobre un animal.
Típicamente, el componente de retención de metano comprende una cámara que contiene un material poroso que está configurado para absorber metano de forma reversible. Típicamente, el material poroso se proporciona mediante un mineral de zeolita.
En general, se proporciona un filtro de dióxido de carbono entre los medios de soplado y el componente de retención de metano, estando configurado el filtro de dióxido de carbono para impedir el paso de dióxido de carbono hacia el componente de retención de metano.
Preferiblemente, los medios para hacer que se libere metano desde el componente de retención de metano hacia el interior de la cámara de reacción comprenden un elemento de calentamiento.
La cámara de reacción, el sensor, los medios de soplado, los medios de conversión y los medios de posicionamiento pueden corresponder a cualquiera de los componentes equivalentes del dispositivo de acuerdo con el primer aspecto de la invención.
Descripción detallada
La invención se describirá ahora a modo de ejemplo con referencia a las siguientes Figuras, en las cuales:
La Figura 1 muestra una vista en alzado frontal esquemática de una primera realización de un dispositivo de conversión de metano de acuerdo con un primer aspecto de la presente invención;
La Figura 2 muestra una vista en alzado posterior esquemática del dispositivo de la Figura 1;
La Figura 3 muestra una vista en sección transversal del dispositivo de la Figura 1;
La Figura 4 muestra una vista en sección transversal de una segunda realización de un dispositivo de conversión de metano de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención.
Haciendo referencia a las Figuras 1-3, un dispositivo de conversión de metano 10 comprende una carcasa 12 en la que se proporcionan una cámara de reacción 14 y un compartimiento para baterías 16. La carcasa comprende además un sensor de metano 18 dispuesto en el lado frontal del dispositivo de conversión y medios de soplado 20 ubicados adyacentes al sensor de metano 18 en el lado frontal del dispositivo de combustión. Los medios de soplado 20 se proporcionan mediante un ventilador de flujo axial que está configurado para impulsar gas desde el exterior del dispositivo hacia la cámara de reacción 14.
Un escape 22 se proporciona en la parte posterior del dispositivo de conversión 10 y está adaptado para canalizar una corriente de gas desde la cámara de reacción 14 hacia el exterior del dispositivo 10.
Dentro de la cámara de reacción 14 está ubicado un lecho catalítico que contiene paladio. El lecho catalítico está en contacto térmico con un elemento de calentamiento 24 de alambre de nicromo.
Brazos opuestos 28a,b están configurados para retener entre ellos el tabique nasal del animal bovino. Una barra tensora 29 permite tirar de los brazos opuestos 28a,b para acercarlos el uno al otro.
En uso, se colocan los brazos opuestos 28a,b a cada lado del tabique nasal del bovino y se aprieta la barra tensora 29 de modo que los brazos opuestos 28a,b retengan el tabique nasal entre ellos de forma segura. El dispositivo de conversión 10 se orienta de tal manera que el lado frontal del dispositivo mire hacia la boca del bovino. Cuando el sensor 18 detecta una concentración de metano superior a, por ejemplo, 200 ppm, los medios de soplado 20 se activan para dirigir el gas exhalado del bovino hacia el interior de la cámara de reacción 14. El catalizador situado en la cámara de reacción 14 es calentado a una temperatura de, por ejemplo, 600-700 °C por el elemento de calentamiento 24 de alambre de nicromo. El gas metano que pasa por encima del catalizador se oxida para formar principalmente vapor de agua y dióxido de carbono, que se expulsan del dispositivo a través del escape 22.
Por lo tanto, el flujo de gas a través del dispositivo sigue el camino indicado por la flecha A-A.
En la Figura 4 se muestra una realización alternativa del dispositivo de combustión que tiene los mismos rasgos que la realización de las Figuras 1 -3, excepto por que se proporciona un filtro 30 entre los medios de soplado 20 y el escape 32, en lugar de un catalizador. El filtro 30 absorbe gases como el dióxido de carbono que también están presentes en la exhalación bovina, para aumentar la concentración de metano en el gas que se transfiere al escape 32.
En esta realización, la cámara de reacción se proporciona dentro del escape 32. La cámara de reacción comprende un elemento de calentamiento 34 de alambre de nicromo.
Otros rasgos de esta realización alternativa del dispositivo de combustión son iguales que para la realización de las Figuras 1-3, y se indican mediante números similares.
En uso, los brazos opuestos 28a,b se colocan a cada lado del tabique nasal del bovino y se aprieta la barra tensora 29 de modo que los brazos opuestos 28a,b retengan el tabique nasal entre ellos de forma segura. El dispositivo de combustión 10' se orienta de tal manera que el lado frontal del dispositivo mira hacia la boca del bovino. Cuando el sensor 18 detecta una concentración de metano superior a, por ejemplo, 200 ppm, se activan los medios de soplado 20 para dirigir el gas exhalado por el bovino a través del filtro 30 y hacia el interior del escape 32.
El filtro 30 extrae dióxido de carbono de la corriente de gas para incrementar la concentración de metano hasta un nivel por encima del límite inferior de explosividad del metano, que es aproximadamente el 4% por volumen de aire, dependiendo de la temperatura y de la presión. Una vez que la corriente de gas entra en el escape 32, pasa por encima del elemento de calentamiento 34 de alambre de nicromo, que se calienta a una temperatura de 700-800 °C. El elemento de calentamiento 34 hace que el metano existente en la corriente de gas se oxide para formar principalmente dióxido de carbono y vapor de agua, que a continuación son expulsados del dispositivo a través del escape 32.
Por lo tanto, el flujo de gas a través del dispositivo sigue el camino indicado por la flecha B-B.
En una variante de la realización de la Figura 4, el filtro 30 se proporciona mediante una cámara que contiene partículas de zeolita que están adaptadas para atrapar metano y dióxido de carbono, permitiendo al mismo tiempo que el nitrógeno y el oxígeno pasen al interior de la cámara de reacción 32. Una vez que las partículas de zeolita alcanzan el punto de saturación (es decir, no son capaces de absorber más dióxido de carbono o metano), se activa un elemento de calentamiento del filtro (no mostrado). Esto hace que el metano atrapado se libere hacia el interior de la cámara de reacción 32 con una concentración relativamente alta, de modo que pueda oxidarse a medida que pasa por encima del alambre de nicromo 34 calentado. Esta disposición ayuda a garantizar que la concentración de metano en la cámara de reacción 32 esté por encima del límite inferior de explosividad del metano.
En una modificación adicional de esta variante, se proporciona un filtro adicional (no mostrado) entre los medios de soplado 20 y la cámara que contiene zeolita 30, estando adaptado el filtro adicional para limitar la cantidad de dióxido de carbono que llega a la cámara que contiene zeolita 30, de modo que se incrementa la capacidad de las partículas de zeolita para atrapar metano.

Claims (20)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de conversión de metano que comprende:
una cámara de reacción que comprende medios de conversión que están configurados para oxidar metano; un componente de retención de metano;
medios para hacer que se libere metano desde el componente de retención de metano hacia el interior de la cámara de reacción;
un sensor que está adaptado para detectar la presencia de metano dentro del gas exterior al dispositivo de conversión de metano;
medios de soplado configurados para impulsar gas desde el exterior del dispositivo hacia el componente de retención de metano cuando el sensor detecta la presencia de metano por encima de un umbral predeterminado; y medios de posicionamiento para colocar el dispositivo sobre un animal.
2. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el componente de retención de metano comprende una cámara que contiene un material poroso que está configurado para absorber metano de forma reversible.
3. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el material poroso se proporciona mediante un mineral de zeolita.
4. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se proporciona un filtro de dióxido de carbono entre los medios de soplado y el componente de retención de metano, estando configurado el filtro de dióxido de carbono para impedir el paso de dióxido de carbono hacia el componente de retención de metano.
5. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios para hacer que se libere metano desde el componente de retención de metano hacia el interior de la cámara de reacción comprenden un elemento de calentamiento.
6. Un dispositivo de conversión de metano que comprende:
Una cámara de reacción;
Un sensor que está adaptado para detectar la presencia de metano dentro del gas exterior al dispositivo de conversión de metano;
Medios de soplado configurados para impulsar gas desde el exterior del dispositivo hacia la cámara de reacción cuando el sensor detecta la presencia de metano por encima de un umbral predeterminado;
Medios de conversión que están configurados para oxidar metano; y
Medios de posicionamiento para colocar el dispositivo sobre un animal.
7. Un dispositivo de conversión de metano de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios de soplado están configurados para impulsar gas hacia la cámara de reacción cuando el sensor detecta la presencia de metano por encima de 100 ppm.
8. Un dispositivo de conversión de metano de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cámara de reacción tiene un volumen inferior a 200 ml.
9. Un dispositivo de conversión de metano de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios de conversión comprenden un elemento de calentamiento.
10. Un dispositivo de conversión de metano de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el elemento de calentamiento comprendido en los medios de conversión es un alambre.
11. Un dispositivo de conversión de metano de acuerdo con la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en el que el elemento de calentamiento comprendido en los medios de conversión es un elemento metálico de calentamiento por resistencia.
12. Un dispositivo de conversión de metano de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el elemento metálico de calentamiento por resistencia comprende principalmente níquel.
13. Un dispositivo de conversión de metano de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el elemento metálico de calentamiento es un alambre de nicromo.
14. Un dispositivo de conversión de metano de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-13, en el que el elemento de calentamiento comprendido en los medios de conversión está ubicado dentro de la cámara de reacción.
15. Un dispositivo de conversión de metano de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el dispositivo comprende medios de filtración que están configurados para impedir la entrada de una o más especies gaseosas distintas del metano en la cámara de reacción.
16. Un dispositivo de conversión de metano de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el dispositivo comprende medios de atrapamiento que están configurados para atrapar metano antes de que entre en la cámara de reacción.
17. Un dispositivo de conversión de metano de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, en el que los medios de conversión comprenden adicionalmente un catalizador, estando ubicado el catalizador dentro de la cámara de reacción.
18. Un dispositivo de conversión de metano de acuerdo con la reivindicación 17, en el que el catalizador comprende paladio.
19. Un dispositivo de conversión de metano de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios para colocar el dispositivo sobre un animal comprenden un anillo para la nariz.
20. Un método para convertir el metano emitido por un animal en otras especies químicas, que comprende los pasos de proporcionar un dispositivo de conversión de metano de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores y colocar el dispositivo sobre un animal.
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