MX2007008317A

MX2007008317A - Gasificador por microondas.

Info

Publication number: MX2007008317A
Application number: MX2007008317A
Authority: MX
Inventors: Antonio Leon Sanchez
Original assignee: Aba Res Sa De Cv
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2009-02-26
Also published as: WO2009008693A1; US20100219062A1; EP2163597A1; EP2163597A4

Abstract

Un sistema capaz de lograr la gasificación y transformación físico-química de los componentes de las materias orgánicas o carbonaceas (sean en estado sólido, liquido o gaseoso) con la aplicación de microondas y aporte de hidrogeno por adición de vapor de agua, en un reactor activado por microondas y plasma de microondas, creando un gas combustible de síntesis capaz de generar calor en su posterior combustión. Por medio de la aplicación de microondas, que al ser irradiadas, serán las aportadoras de energía y que al estar estas en confinamiento y por efecto de su amplificación, logren la generación de un plasma con características físicas suficientes como para obtener el incremento necesario de la temperatura para que dicha materia orgánica o carbonacea logre la reacción físico-química deseada y enriquecer esta mezcla con la adición de vapor de agua, el cual aportara el suficiente oxigeno e hidrogeno para lograr dicha reacción, generando un gas combustible de síntesis compuesto principalmente por moléculas de monóxido decarbono, hidrocarburos ligeros e hidrogeno, tendiente a una relación de uno a uno. Lograr la transformación a gas de materias orgánicas toxicas, de desechos urbanos e industriales y materias orgánicas en general, así como la transformación a gas combustibles de materias carbonaceas básicas ( Carbones, Cokes, Lodos de hidrocarburos, etc. ) y/o complejas ( Materias Orgánicas ) en componentes químicos básicos y de cadenas cortas, y en su posterior combustión, generar calor para aplicaciones industriales y generación de energía eléctrica, dando por residuo la emisión de una mezcla de gases compuesta por bióxido de carbono y vapor de agua principalmente.

Description

GASIFICADOR POR MICROONDAS DESCRIPCIÓN OBJETO DE l_A INVENCIÓN Obtener un sistema capaz de lograr la gasificación y transformación físico-química de los componentes de las materias orgánicas o carbonaceas (sean en estado sólido, liquido o gaseoso), en el entendido que materias carbonaceas contempla toda aquella materia que dentro de su estructura molecular contienen átomos de carbono, incluyendo la biomasa, materia orgánica e inorgánica. Con la aplicación de microondas y aporte de hidrogeno por adición de vapor de agua, en un reactor activado por microondas y plasma de microondas, creando un gas combustible de síntesis capaz de generar calor en su posterior combustión. Por medio de la aplicación de microondas, que al ser irradiadas, serán las aportadoras de energía y que al estar estas en confinamiento logren la generación de un plasma con características físicas suficientes como para obtener el incremento necesario de la temperatura para que dicha materia orgánica o carbonacea logre la reacción físico-química deseada y enriquecer esta mezcla con la adición de vapor de agua, el cual aportara el suficiente oxigeno e hidrogeno para lograr dicha reacción, generando un gas combustible de síntesis compuesto principalmente por moléculas "de monóxido de carbono, hidrocarburos ligeras e hidrogeno, tendiente a una relación de uno a uno.

Lograr la transformación a gas de materias orgánicas toxicas, de desechos urbanos e industriales y materias orgánicas en general, así como la transformación a gas combustibles de materias carbonaceas básicas ( Carbones, Cokes, Lodos de hidrocarburos, etc. ) y/o complejas ( Materias Orgánicas ) en componentes químicos básicos de cadenas cortas, y en su posterior combustión, generar calor para aplicaciones industriales y generación de energía eléctrica, dando por residuo la emisión de una mezcla de gases compuesta por bióxido de carbono y vapor de agua principalmente. ANTECEDENTES Actualmente, los sistemas capaces de hacer reaccionar las materias orgánicas o carbonaceas para su transformación en gas de síntesis, se soportan principalmente en hacer reaccionar estas materias con una mezcla de oxigeno suplementario dentro de una cámara de reacción a altas temperaturas, logradas estas a partir de la combustión de dichas materias y que posteriormente por saturación de materias carbonosas logran una reacción química inversa, de tal manera que su producto sea una mezcla de gases, compuestos principalmente por bióxido de carbono, monóxido de carbono e hidrogeno. Comúnmente en este tipo de reactores, el agua en cualquier estado físico presenta el problema de tender a sofocar la combustión y en consecuencia detener la reacción. Existen diversos sistemas para este propósito, llamados; Sistemas de Lecho Fluidizado, Sistemas a Contra flujo, Sistemas a Flujo, etc., Pero en esencia, todos son comunes en la necesidad de adicionar un combustible capaz de mantener una combustión controlada para su posterior reacción química.

En otro de los casos, se logra la reacción química por la aplicación de un arco de energía eléctrica (plasma) y por efecto de su elevada temperatura inherente al arco eléctrico, inicialmente provoca la disociación físico-química de los componentes elementales, tales como carbono e hidrogeno, para posteriormente hacerlos reaccionar y formar principalmente una mezcla de monóxido de carbono, hidrocarburos ligeros e hidrogeno. En todos los casos se prefiere una materia de base seca, libre de humedad hasta donde sea posible para no incurrir en la sofocación de la reacción. En la mayoría de los casos, el balance energético tiende a lograr una reacción levemente positiva o con tendencias a ser equilibrada, es decir, se logra extraer una cantidad de energía similar a la requerida para lograr la reacción, producto de quemar el gas combustible de síntesis resultante, por lo general en el mejor de los casos, se logra una tendencia positiva hasta en un treinta por ciento de excedentes energéticos. Normalmente, un gas combustible de síntesis se compone por un porcentaje alto de monóxido de carbono, uno bajo de contenido de hidrogeno y pequeñas trazas de hidrocarburos, siendo lo ideal, una mezcla de los dos primeros con una relación de uno a uno.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención otorga un aparato de gasificación de materias orgánicas y carbonaceas por tratamiento con plasma de microondas y adición de vapor de agua como aportador de hidrogeno y oxigeno, dando por resultado una mezcla de gases de monóxido de carbono, hidrogeno molecular y algunos hidrocarburos (Gas de síntesis), esto con la finalidad de que materias primas de media y altamente contaminantes sean transformadas en productos de cero o casi nula contaminación. Este mismo aparato consta principalmente de una cámara de alimentación de materias carbonaceas la cual por gravedad o mecánicamente alimenta a la cámara de gasificación, que es donde se genera la reacción físico-química para lograr la gasificación de la materia carbonacea o materia orgánica, esta materia inicialmente es radiada por microondas, mismas que se generan a partir de generadores de microondas instalados en dicha cámara, esta materia adquiere suficiente energía hasta ser incandescente por el incremento de su temperatura logrando pirolizar los hidrocarburos volátiles y al agregar vapor de agua súper caliente a esta materia incandescente se logra la reacción química del carbón con el oxigeno del vapor de agua formando entonces una mezcla de monóxido de carbono, hidrogeno molecular y algunos hidrocarburos (Gas de síntesis), esta mezcla de gases en formación es entonces radiada por microondas hasta formar una nube de plasma que súper calienta los componentes del gas de síntesis y asegura una completa transformación de las materia primas, logrando Una transformación de productos de cadena larga a productos químicos básicos, para asegurar el tiempo de residencia de estos productos dentro de la nube de plasma se hace circular una corriente de gas recirculado lo que provoca incrementar el tiempo de estadía de los mismos dentro de dicha nube. Adicionalmente se instala en todo el sistema una cubierta refractaria no metálica de tal manera que esta sea transparente al paso de las microondas. Estos gases de síntesis son entonces expulsados fuera del sistema por algún método mecánico o por presión generada por la reacción físico-química BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS En la figura Numero uno (Fig. - 1) se muestra un corte lateral del aparato donde se muestran sus partes que lo componen, las cuales constan de una tolva de carga (11), un sistema alimentador mecánico (1), seguido de la cámara metálica o cerámica de gasificación (9) la cual a su vez esta recubierta por un material refractario no metálico de tal manera que permita el libre flujo de las microondas generadas por el o los generadores de microondas (2) las microondas serán entonces direcionadas y limitaran su regreso por un acoplamiento y guía onda (12), esta cámara de gasificación contiene las materias primas a tratar (5), además, cuenta con las suficientes entradas alimentadoras de vapor de agua (3) y alimentadoras de aire y/o oxigeno (4), por conveniencia contara con un sistema de empuje del tipo turbo compresores (10) para la conducción y recirculación de los gases generados por la reacción y serán transportados por ductos (8) que estarán acorde a las necesidades de las temperaturas del mismo, la cámara metálica o cerámica de gasificación (9) contendrá al final un sistema de expulsión y extracción de los residuos que no reaccionaron en el proceso (6), los gases resultantes (7) serán entonces expulsados fuera del sistema por los turbo compresores de expulsión (12) La presente invención otorga un aparato de gasificación de materias orgánicas y carbonaceas (5) por tratamiento con plasma de microondas y adición de vapor de agua como aportador de hidrogeno y oxigeno, dando por resultado una mezcla de gases de monóxido de carbono, hidrocarburos ligeros e hidrogeno molecular (Gas de síntesis), los cuales a la vez de su combustión, producen una mezcla de gases de bióxido de carbono y vapor de agua, esto con la finalidad de que materias primas de media y altamente contaminantes sean transformadas en productos de cero o casi nula contaminación. Este mismo aparato consta principalmente de una tolva de carga (11) y un sistema de alimentación mecánica (1) de materias carbonaceas (5) la cual por gravedad o mecánicamente alimenta a la cámara de gasificación (9), que es donde se genera la reacción físico-química para lograr la gasificación de la materia carbonacea o materia orgánica (5), esta materia inicialmente es radiada por microondas, mismas que se generan a partir de generadores de microondas (2) y guiadas por los guía ondas y acopladores (12) instalados en dicha cámara (9), esta materia adquiere suficiente energía hasta ser incandescente por el incremento de su temperatura logrando pirolizar los hidrocarburos volátiles y al agregar vapor de agua (3) súper caliente y aire y/o oxigeno (4) a esta materia incandescente se logra la reacción química del carbón con el oxigeno del vapor de agua formando entonces una mezcla de monóxido de carbono, hidrocarburos ligeros e hidrogeno molecular (Gas de síntesis), esta mezcla de gases en formación es entonces transferida a la segunda recamara por turbo compresores (10) y radiada por microondas hasta formar una nube de plasma que súper calienta los componentes del gas de síntesis y asegura una completa transformación de las materia primas, logrando una transformación de productos de cadena larga a productos químicos básicos y asegurar el tiempo de residencia de estos productos dentro de la nube de plasma. Adicionalmente se instala dentro de todo el sistema de la cámara metálica (9) una cubierta refractaria no metálica, de tal manera que esta sea transparente al paso de las microondas y nos brinde un reflejo térmico hacia dentro de la cámara de gasificación (9) que eficientiza aun más el proceso de refinación de gases. Estos gases de síntesis son entonces expulsados fuera del sistema por los turbocompresores (12). Con el calor resultante de la combustión de dichos gas de síntesis se puede alimentar diversos quemadores, alimentar una turbina de gas y/o calderas para generar vapor de agua para mover una turbina de vapor para la generación de energía eléctrica y calor para procesos industriales.

Claims

REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficiente mi invención, lo considero como una novedad y por lo tanto reclamo como de mi exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas:

1. Gasificador por microondas caracterizado por un aparato de gasificación de materias orgánicas y carbonaceas por tratamiento con plasma de microondas y adición de vapor de agua como aportador de hidrogeno y oxigeno, dando por resultado una mezcla de gases de monóxido de carbono, hidrogeno molecular y algunos hidrocarburos (Gas de síntesis), esto con la finalidad de que materias primas de media y altamente contaminantes sean transformadas en productos de cero o casi nula contaminación. Este mismo aparato consta principalmente de una cámara de alimentación de materias carbonaceas la cual por gravedad o mecánicamente alimenta a la cámara de gasificación, que es donde se genera la reacción físico-química para lograr la gasificación de la materia carbonacea o materia orgánica, esta materia inicialmente es radiada por microondas, mismas que se generan a partir de generadores de microondas instalados en dicha cámara, esta materia adquiere suficiente energía hasta ser incandescente por el incremento de su temperatura logrando pirolizar los hidrocarburos volátiles y al agregar vapor de agua súper caliente a esta materia incandescente se logra la reacción química del carbón con el oxigeno del vapor de agua formando entonces una mezcla de monóxido de carbono, hidrogeno molecular y algunos hidrocarburos (Gas de síntesis), esta mezcla de gases en formación es entonces radiada por microondas hasta formar una nube de plasma que súper calienta los componentes del gas de síntesis y asegura una completa transformación de las materia primas, logrando una transformación de productos de cadena larga a productos químicos básicos, para asegurar el tiempo de residencia de estos productos dentro de la nube de plasma se hace circular una corriente de gas recirculado lo que provoca incrementar el tiempo de estadía de los mismos dentro de dicha nube. Adicionalmente se instala en todo el sistema una cubierta refractaria no metálica de tal manera que esta sea transparente al paso de las microondas. Estos gases de síntesis son entonces expulsados fuera del sistema por algún método mecánico o por presión generada por la reacción físico-química.

2. La secuencia, orden, distribución y proceso del sistema de gasificación.

3. Las aplicaciones de producción de gas y calor subsecuente para usos domésticos, industriales y de producción de energía eléctrica, calorífica y otras transformaciones energéticas.

4. Las aplicaciones de producción de gas como materias primas para la transformación a otros compuestos químicos.

5. El uso de este sistema para la transformación y eliminación de materiales tóxicos, tales como ascareles, dioxinas y furanos, entre otros.

6. La aplicación de energía radiada por microondas y su transformación a plasma para lograr la gasificación de materias orgánicas y materiales carbonaceos. RESUMEN Un sistema capaz de lograr la gasificación y transformación físico-química de los componentes de las materias orgánicas o carbonaceas (sean en estado sólido, liquido o gaseoso) con la aplicación de microondas y aporte de hidrogeno por adición de vapor de agua, en un reactor activado por microondas y plasma de microondas, creando un gas combustible de síntesis capaz de generar calor en su posterior combustión. Por medio de la aplicación de microondas, que al ser irradiadas, serán las aportadoras de energía y que al estar estas en confinamiento y por efecto de su amplificación, logren la generación de un plasma con características físicas suficientes como para obtener el incremento necesario de la temperatura para que dicha materia orgánica o carbonacea logre la reacción físico-química deseada y enriquecer esta mezcla con la adición de vapor de agua, el cual apostara el suficiente oxigeno e hidrogeno para lograr dicha reacción, generando un gas combustible de síntesis compuesto principalmente por moléculas de monóxcdo de carbono, hidrocarburos ligeros e hidrogeno, tendiente a una relación de uno a uno. Lograr la transformación a gas de materias orgánicas toxicas, de desechos urbanos e industriales y materias orgánicas en general, así como la transformación a gas combustibles de materias carbonaceas básicas ( Carbones, Cokes, Lodos de hidrocarburos, etc. ) y/o complejas ( Materias Orgánicas ) en componentes químicos básicos y de cadenas cortas, y en su posterior combustión, generar calor para aplicaciones industriales y generación de energía eléctrica, dando por residuo la emisión de una mezcla de gases compuesta por bióxido de carbono y vapor de agua principalmente.