MX2014001438A - Sistema y metodo para captar dioxido de carbono utilizando calentamiento dielectrico. - Google Patents

Sistema y metodo para captar dioxido de carbono utilizando calentamiento dielectrico.

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Abstract

Un sistema para captar dióxido de carbono a partir de un gas de proceso que incluye un material adsorbente para adsorber moléculas de dióxido de carbono de un gas de proceso, un calentador dieléctrico cerca del material adsorbente, y un recipiente que tiene un volumen interno que encierra el material adsorbente y, opcionalmente, el calentador dieléctrico.

Description

SISTEMA Y METODO PARA CAPTAR DIOXIDO DE CARBONO UTILIZANDO CALENTAMIENTO DIELECTRICO ANTECEDENTES DE LA INVENCION Ciertas moléculas, tales como dióxido de carbono o agua, pueden ser elegidas y captadas desde corrientes de gas para una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, el dióxido de carbono puede ser captado como un producto secundario de procesos industriales y para remover exceso de dióxido de carbono desde un suministro de aire.
El dióxido de carbono puede ser obtenido desde varias fuentes usando varias técnicas. Las técnicas tradicionales para la captación de dióxido de carbono pueden ser muy intensivas en energía, particularmente cuando se llevan a cabo a escala industrial. Los dos requerimientos más demandantes de energía para la captación de dióxido de carbono son típicamente la energía requerida para manejar una corriente de gas pasada o a través de un medio de captación y la energía requerida para regenerar y capturar el dióxido de carbono desde el medio de captación. Por lo tanto, los costos de materiales de dióxido de carbono pueden llegar ser significativos, particularmente cuando son usadas grandes cantidades .
Un método para la captación dióxido de carbono emplea un tamiz molecular para absorber las moléculas de dióxido de Ref. 245637 carbono. La eliminación del dióxido de carbono absorbido requiere una cantidad de energía significativa. Tal energía es usualmente suministrada por calentamiento radiante y/o por jalar las moléculas hacia fuera usando un alto vacío.
Sin embargo, calentar el sistema requiere energía significativa y, por lo tanto, es ineficiente. Esto también requiere que los componentes estructurales del sistema sean diseñados de tal manera que todas las partes componentes puedan irradiar uniformemente calor rápidamente y eficientemente. Esto requiere usualmente un sistema metálico, una pluralidad de calentadores radiantes, y un suministro de energía eléctrica. Adicionalmente desde que mayor tamiz molecular está hecho de materiales cerámicos, que normalmente son aislantes, no conducen fácilmente calor y deben ser diseñados en estrecha proximidad a múltiples fuentes de calor .
Además, desde que tamices moleculares son también materiales porosos que tienen cargas polares, también tienen una afinidad para mantener otras moléculas cargadas. Esto puede hacer al tamiz molecular menos probable de liberar moléculas cargadas, tal como agua. Por lo tanto, ciertas moléculas objetivo pueden requerir incluso mayores temperaturas para ser liberadas, requiriendo así más energía.
Una fuente de energía adicional, tal como un alto vacío, también puede ser requerida para liberar efectivamente las moléculas. Utilizar un vacío añade costos adicionales al sistema por requerir energía adicional para la operación y componentes estructurales adicionales. El tamiz molecular puede ser alojado en una cámara que sea capaz de resistir presiones más bajas, así la cámara deberá ser reforzada y válvulas de vacío y sellos deben ser agregados.
Los sistemas conocidos de captación de dióxido de carbono operan comúnmente por medio de pasar una corriente de gas a través de un lecho de captación para absorber el dióxido de carbono de la corriente de gas. El dióxido de carbono podría entonces tener que ser recuperado, o desorbido, desde el lecho de captación por calor, vacío, o una combinación de los dos. Esto tendría que ser realizado dentro de una cámara que sea capaz de mantener un vacío. Así, una cámara de paredes gruesas de espesor, hecha usualmente de metal, que sea capaz de resistir exposición térmica y alto vacío sin deformación es requerido. Después de un periodo de tiempo, el dióxido de carbono absorbido es liberado hacia dentro de la cámara. El periodo de tiempo requerido depende de varios factores, tales como el gas absorbido y las condiciones usadas para liberar las moléculas. Por ejemplo, a mayor temperatura el tiempo es más rápido, pero es requerida más entrada de energía a un costo operacional más alto. Como otro ejemplo, a menor vacío más rápido el tiempo, pero mayor entrada de energía es requerida a un costo operacional más alto y a un costo más alto para la cámara de vacío y componentes de vacío asociados.
En consecuencia, aquellos expertos en la materia continúan con la búsqueda y desarrollo de esfuerzos en el campo de la captación de dióxido de carbono.
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION En una modalidad, el sistema descrito para la captación de dióxido de carbono a partir de un gas de proceso puede incluir un material absorbente para absorber moléculas de dióxido de carbono del gas de proceso, un calentador dieléctrico cerca del material absorbente para desorber el dióxido de carbono del material absorbente, y un recipiente que tiene un volumen interno rodeando el material absorbente.
En otra modalidad, el sistema descrito para la captación de dióxido de carbono a partir de un gas de proceso puede incluir un condensador para remover calor del gas de proceso, una cámara desecante que tenga un material desecante para absorber el agua del gas de proceso para producir un gas sustancialmente seco y un primer calentador dieléctrico para desorber el agua del material desecante, y una cámara de contacto que tiene un material absorbente para absorber dióxido de carbono del gas seco y un segundo calentador dieléctrico para desorber el dióxido de carbono del material absorbente.
En aún otra modalidad, se describe un método para desorber dióxido de carbono captado sobre un material absorbente, el método puede incluir los pasos de: (1) proporcionar un material absorbente; (2) absorber dióxido de carbono sobre el material absorbente, y (3) calentar dieléctricamente el carbono absorbido para llevar a cabo la desorción .
Otros aspectos del sistema descrito y método para la captación de dióxido de carbono serán aparentes a partir de la siguiente descripción detallada, las figuras acompañantes y las reivindicaciones anexas.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La figura 1 es un diagrama de bloque esquemático de una modalidad del sistema descrito para la captación de dióxido de carbono; la figura 2 es un diagrama de bloque esquemático de una modalidad de la cámara desecante descrita; la figura 3 es un diagrama de bloque esquemático de una modalidad de la cámara de contacto descrita; la figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra una modalidad del método descrito para la captación de dióxido de carbono; y, la figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra una modalidad del método descrito para desorber dióxido de carbono captado sobre un material absorbente.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La siguiente descripción detallada se refiere a las figuras acompañantes, las cuales ilustran específicamente las modalidades de la descripción. Otras modalidades que tienen diferentes operaciones y estructuras no se alejan del alcance de la presente descripción. Así mismo, las referencias numéricas pueden referirse al mismo elemento o componente en diferentes figuras.
Refiriendo a la figura 1, una modalidad del sistema descrito para captar dióxido de carbono, designado generalmente 10, puede incluir una fuente de gas 12 y una cámara de contacto 20. Opcionalmente , el sistema 10 también puede incluir una unidad de movimiento de aire 14, un condensador 16 y una cámara desecante 18. Subsistemas adicionales pueden ser incorporados en el sistema 10 sin alejarse del alcance de la presente descripción.
El sistema 10 puede manejar una corriente de gas de proceso 22 a través de series de ambientes controlados hasta que al menos una porción de las moléculas objetivo sea captada a partir del gas de proceso 22 y liberada. Como aquí se describe adicionalmente , ejemplos de moléculas objetivo que pueden ser captadas por el sistema 10 incluyen vapor de agua y dióxido de carbono.
La fuente de gas 12 puede ser una fuente de gas de proceso 22. El gas de proceso 22 puede ser cualquier gas que tenga una o más moléculas objetivo, tal como gas contenedor de dióxido de carbono, gas contenedor de vapor de agua, y similares. Por ejemplo, el gas de proceso 22 puede ser una mezcla gaseosa, y puede incluir dióxido de carbono al igual que otros constituyentes, tales como vapor de agua, nitrógeno, oxígeno, otros gases raros, y similares.
En una implementación, la fuente de gas 12 puede ser una planta de energía y el gas de proceso 22 puede ser el efluente desde la planta de energía. Por ejemplo, la planta de energía puede ser una planta de energía de quemado de hidrocarburo, tal como una planta de energía de gas natural, y el gas de proceso 22 pueden ser los productos secundarios de combustión de la planta de energía de quemado de hidrocarburo. Por lo tanto, el gas de proceso 22 puede estar a una temperatura relativamente elevada con relación a condiciones ambientales, y puede incluir cantidades significativas de dióxido de carbono como un resultado de la reacción de combustión del oxígeno con el hidrocarburo. Como un ejemplo, el gas de proceso 22 puede tener una proporción de vapor de agua a dióxido de carbono igual o menor que uno (1) por peso.
El gas de proceso 22 puede estar a una temperatura elevada relativa a las condiciones ambientales de modo que el gas de proceso 22 contenga exceso de calor. En una expresión, el gas de proceso 22 puede estar a una temperatura de por lo menos 25°C. En otra expresión, el gas de proceso 22 puede estar a una temperatura de por lo menos 50°C. En otra expresión, el gas de proceso 22 puede estar a una temperatura de por lo menos 100 °C. En otra expresión, el gas de proceso 22 puede estar a una temperatura de por lo menos 200 °C. En otra expresión, el gas de proceso 22 puede estar a una temperatura de por lo menos 300°C. En otra expresión, el gas de proceso 22 puede estar a una temperatura de por lo menos 400°C. En aún otra expresión, el gas de proceso 22 puede estar a una temperatura de por lo menos 500 °C.
En otra implementación, la fuente de gas 12 puede ser aire ambiental seco, frío. En una expresión, el gas de proceso 22 puede estar a una temperatura de al menos 5°C. En otra expresión, el gas de proceso 22 puede estar a una temperatura de al menos 10°C. En otra expresión, el gas de proceso 22 puede estar a una temperatura de al menos 20°C.
La unidad de movimiento de aire 14, aunque es opcional, puede facilitar la transferencia del gas de proceso 22 de la fuente de gas 12 a través del sistema 10. La unidad de movimiento de aire 14 puede ser un ventilador, un soplador o similar, y podría controlar el flujo (por ejemplo, velocidad de flujo) del gas de proceso 22 al condensador 16. El uso de múltiples unidades de movimiento de aire 14 es también contemplado .
Opcionalmente , dispositivos separadores (no mostrados), tales como depuradores, pueden ser usados entre la fuente de gas 12 y el condensador 16 para remover contaminantes (por ejemplo, metales) del efluente antes de que el gas de proceso 22 entre al sistema 10.
El condensador 16 puede recibir el gas de proceso 22 y puede condensar el vapor de agua en el gas de proceso 22 para sacar un gas parcialmente (sino es que totalmente) seco 24. Varias configuraciones y tipos de condensadores pueden ser utilizados, y el uso de un condensador multietapa o de una sola etapa 16 es también contemplado.
El condensador 16 puede condensar el vapor de agua en el gas de proceso 22 por medio de enfriar el gas de proceso 22. Opcionalmente , el calor extraído del gas de proceso 22 por medio del condensador 16 durante el enfriamiento puede ser transferido al montaje de transferencia de calor 26 para uso térmico adicional.
Así, el condensador 16 puede disminuir la temperatura del gas de proceso 22. En una expresión el condensador 16 puede disminuir la temperatura del gas de proceso 22 por al menos 10 °C. En otra expresión el condensador 16 puede disminuir la temperatura del gas de proceso 22 por al menos 20°C. En otra expresión el condensador 16 puede disminuir la temperatura del gas de proceso 22 por al menos 30°C. En otra expresión el condensador 16 puede disminuir la temperatura del gas de proceso 22 por al menos 40°C. En otra expresión el condensador 16 puede disminuir la temperatura del gas de proceso 22 por al menos 50°C. En otra expresión el condensador 16 puede disminuir la temperatura del gas de proceso 22 por al menos 100°C. En otra expresión el condensador 16 puede disminuir la temperatura del gas de proceso 22 por al menos 150°C. En aún otra expresión el condensador 16 puede disminuir la temperatura del gas de proceso 22 por al menos 200°C.
Opcionalmente , cualquier agua 28 removida del gas de proceso 22 por medio del condensador 16 puede ser captada como un producto secundario del sistema 10. El agua 28 puede ser captada en una cámara de captación de agua 30 y puede entonces ser reutilizada para cualquier propósito adecuado. Alternativamente, el agua 28 puede ser descargada a un drenaje.
Refiriendo a la figura 2, la cámara desecante 18 puede recibir el gas parcialmente seco 24, ya sea desde la fuente de gas 12 o desde el condensador 16, y puede sacar un gas sustancialmente seco 32. La cámara desecante 18 puede incluir un material desecante 34 seleccionado para remover sustancialmente toda el agua restante en el gas parcialmente seco 24, al menos un calentador dieléctrico 36, un recipiente cerrado 38 que define un volumen interno hueco 40 para encerrar el material desecante 34 y, opcionalmente el calentador dieléctrico 36.
Varios materiales desecantes 34 pueden ser usados en la cámara desecante 18 para elegir como blanco primeramente moléculas de agua sin alejarse del alcance de la presente descripción. En una implementación particular el material desecante 34 puede ser (o puede incluir) un material absorbente, tal como un material de tamiz molecular. Como un ejemplo, el material desecante 34 puede ser (o puede incluir) un material cerámico poroso. Como otro ejemplo, el material desecante 34 puede ser (o puede incluir) un material de tamiz molecular con una estructura de metal alcalino sílico-aluminoso, el cual puede tener un tamaño de abertura de poro efectiva de aproximadamente 2 a aproximadamente 5 angstroms (Por ejemplo, aproximadamente 3 angstroms) . Como aún otro ejemplo, el material desecante 34 puede ser (o puede incluir) un material de zeolita, tal como zeolita 3A.
El material desecante 34 en la cámara desecante 18 puede estar estructurado en varias formas. Como un ejemplo, el material desecante 34 puede estar configurado como una estructura monolítica sólida. Como otro ejemplo, el material desecante 34 puede estar configurado como pelotillas, extruidos esféricos y/o de polvo en un lecho fijo.
El material desecante 34 puede llegar a ser agotado después de la captación de una cierta cantidad de agua y, por lo tanto, puede requerir regeneración. Cuando una cantidad suficiente de agua ha sido absorbida sobre el material desecante 34, un proceso de desorción puede ser iniciado para liberar el agua del material desecante 34. El proceso de desorción puede ser efectuado a través de aplicar radiación electromagnética al material desecante 34 para calentar el agua absorbida. El proceso de desorber el agua absorbida del material desecante 34 puede regenerar el material desecante 34, permitiendo por lo tanto el uso adicional del material desecante 34.
El agua absorbida puede ser liberada desde el material desecante 34, dentro de la cámara desecante 18, en respuesta al calentamiento dieléctrico. Cuando se somete el material desecante 34 a calentamiento dieléctrico, radiación electromagnética puede ser dirigida al agua absorbida sobre el material desecante 34 por medio de un calentador dieléctrico 36 para calentar el agua absorbida y para promover la liberación del agua desde material desecante 34. Otras técnicas, tales como aplicar un bajo vacío, pueden también ser usadas para promover la liberación del agua absorbida y regenerar el material desecante 36. Por ejemplo, una fuente de vacío opcional 42 puede ser utilizada para extraer un vacío dentro del volumen interno 40 del recipiente 38. Combinaciones de las técnicas de desorción, tales como calentamiento dieléctrico y vacío, son contempladas.
Cualquier agua 28 (figura 1) removida del gas parcialmente seco 24 en la cámara desecante 18, puede ser captada en la cámara de captación de agua 30 (figura 1) .
Así, el condensador 16 y la cámara desecante 18 pueden remover sustancialmente toda el agua contenida originalmente en el gas de proceso 22. El gas seco resultante 32 puede entonces ser usado para la captación de dióxido de carbono. Mientras que el uso del condensador 16 y la cámara desecante 18 es opcional, un beneficio del sistema descrito 10 es la efectividad de costo de la captación del dióxido de carbono donde la relación de vapor de agua a dióxido de carbono en el gas seco 30 es igual o menor que uno por peso.
Refiriendo a la figura 3, la cámara de contacto 20 puede recibir el gas seco 32, desde la fuente de gas 12, el condensador 16 o la cámara desecante 18, y puede sacar un gas seco sustancialmente libre de dióxido de carbono 44. La cámara de contacto 20 puede incluir un material absorbente 46 seleccionado para absorber sustancialmente todo el dióxido de carbono del gas seco 32, por lo menos un calentador dieléctrico 48, y un recipiente cerrado 50 que define un volumen interno hueco 52 para encerrar el material absorbente 46 y, opcionalmente , el calentador dieléctrico 48. El material absorbente 46 puede absorber dióxido de carbono del gas seco 32.
Mientras se hace referencia a un gas seco sustancialmente libre de dióxido de carbono 44 siendo sacado de la cámara de contacto 20, también se contempla que solo una porción del dióxido de carbono en el gas seco 32 puede ser absorbida en la cámara de contacto 20. Por lo tanto, en una variación, el "gas seco sustancialmente libre de dióxido de carbono" puede no ser sustancialmente libre de dióxido de carbono, sino contener cantidades significantes de dióxido de carbono .
Una variedad de materiales absorbentes 46 pueden ser adecuados para usarse en la cámara de contacto 20 para elegir primariamente como blanco moléculas de dióxido de carbono desde el gas seco 32. Como un ejemplo, el material absorbente 46 puede ser (o puede incluir) un material de tamiz molecular. Como otro ejemplo, el material absorbente 46 puede ser (o puede incluir) un material cerámico poroso. Como otro ejemplo, el material absorbente 46 puede ser (o puede incluir) un material de tamiz molecular con una estructura de metal alcalino sílico-aluminoso, que puede tener un tamaño de abertura de poro efectiva de aproximadamente 8 a aproximadamente 13 angstroms (por ejemplo, 10 angstroms) . Como aún otro ejemplo específico, el material absorbente 46 puede ser (o puede incluir) un material de zeolita, tal como zeolita 13X.
El material absorbente 46 en la cámara de contacto 20 puede estar estructurado en varias formas. Como un ejemplo, el material absorbente 46 puede estar configurado como una estructura monolítica sólida. Como otro ejemplo, el material absorbente 46 puede estar configurado como pelotillas, extruidos esféricos y/o de polvo en un lecho fijo.
El material absorbente 46 puede llegar a ser agotado después de la captación de una cierta cantidad de dióxido de carbono y, por lo tanto, puede requerir regeneración. Cuando una cantidad suficiente de dióxido de carbono ha sido absorbida dentro de un material absorbente 46, un proceso de desorción puede ser iniciado para liberar dióxido de carbono del material absorbente 46. El proceso de desorción puede ser efectuado a través de aplicar radiación electromagnética al material absorbente 46 para calentar el dióxido de carbono absorbido. El proceso de desorber el dióxido de carbono absorbido del material absorbente 46 puede regenerar el material absorbente 46, permitiendo por lo tanto el uso adicional del material absorbente 46.
El dióxido de carbono absorbido puede ser liberado desde el material absorbente 46, dentro de la cámara de contacto 20, por medio del calentador dieléctrico 48. Cuando se somete el material absorbente 46 a calentamiento dieléctrico, la radiación electromagnética puede ser dirigida al dióxido de carbono absorbido sobre el material absorbente 46 por el calentador dieléctrico 48 para calentar el dióxido de carbono absorbido y promover la liberación de las moléculas de dióxido de carbono del material absorbente 46. Otras técnicas, tales como una aplicación de vacío, pueden también ser usadas para liberar el dióxido de carbono capturado y regenerar el material absorbente 48.
Por ejemplo, una fuente de vacio 54 puede ser utilizada para arrastrar un bajo vacío dentro del volumen interno 52 del recipiente 50. La cámara de contacto 20 puede ser sustancialmente sellada al flujo de gas, y un vacío puede ser arrastrado en la cámara de contacto 20 por medio de la fuente de vacío 54. Por lo tanto, el vacío aplicado puede facilitar el proceso de desorber dióxido de carbono desde el material absorbente 48. Combinaciones de técnicas, tales como un calor dieléctrico y vacío, son contempladas.
Así, la cámara de contacto 20 puede remover una mayoría (si no es que sustancialmente todo) del dióxido de carbono originalmente contenido en el gas de proceso 22. Opcionalmente , el dióxido de carbono gaseoso 56 removido por la cámara de contacto 20 puede ser liberado y captado en la cámara de captación de dióxido de carbono 58 (figura 1) . La fuente de vacío 54 también puede asistir en la captación de dióxido de carbono gaseoso 56 en la cámara de captación de dióxido de carbono 58. El dióxido de carbono gaseoso 56 captado y el gas libre de dióxido de carbono resultante 44 pueden entonces ser enviado para su almacenamiento o transporte a un sitio de trabajo.
El dióxido de carbono gaseoso 56 puede ser transicionado a un sólido usando cualquier técnica adecuada. Por ejemplo, una superficie enfriada, tal como un dedo frío, puede ser posicionado corriente abajo de la cámara de contacto 20 para hacer contacto con el dióxido de carbono gaseoso 56. La superficie enfriada puede ser enfriada por una bomba criogénica que circula un líquido frió a través de la superficie enfriada. La superficie enfriada puede ser enfriada a una temperatura que sea lo suficientemente baja para causar que el dióxido de carbono gaseoso 56 se solidifique en la superficie enfriada. Otras técnicas para solidificar el dióxido de carbono son también contempladas. El dióxido de carbono solidificado puede ser extraído usando cualquier método de captación adecuado. Por ejemplo, el dióxido de carbono solidificado puede ser captado, ya sea como un sólido o por transicionar el dióxido de carbono de regreso a un gas (por ejemplo, con calor) .
Los calentadores dieléctricos 36, 48 pueden proporcionar una radiación electromagnética de microondas, ondas de radio o campo alterno de alta frecuencia para calentar las moléculas objetivo absorbidas (por ejemplo, agua; dióxido de carbono) . Las moléculas objetivo absorbidas pueden ser polarizadas por un campo eléctrico aplicado producido por los calentadores dieléctricos 36, 48. El calentamiento puede ser causado por una rotación dipolar molecular dentro de las moléculas objetivo absorbidas.
La rotación molecular puede ocurrir en las moléculas objetivo absorbidas cuando las moléculas polares se alinean por sí mismas con el campo electromagnético producido por el calentador dieléctrico 36, 48. Cuando el campo electromagnético es oscilante, las moléculas polares rotan, alineándose así continuamente por sí mismas con el campo electromagnético (es decir, rotación dipolar) . Mientras que el campo electromagnético alterna, las moléculas dan dirección marcha atrás. Las moléculas rotatorias empujan, jalan, y chocan con otras moléculas distribuyendo la energía a moléculas adyacentes, produciendo así energía que se muestra como calor.
Por ejemplo, los calentadores dieléctricos 36, 48 pueden incluir una fuente de energía de alto voltaje (por ejemplo, un transformador o un convertidor de energía electrónico) , el cual pasa energía a un magnetrón de cavidad. Un condensador de alto voltaje puede ser conectado al magnetrón y a la fuente de energía. El magnetrón puede convertir energía eléctrica de alto voltaje a energía electromagnética (por ejemplo, radiación por microondas) . Un circuito de control (por ejemplo, un micro-controlador) puede ser usado para controlar al magnetrón. Un emisor puede ser usado para dirigir la energía electromagnética hacia el material desecante 34 y/o al material absorbente 46. Una guía de onda también puede ser usada para controlar la dirección de la energía electromagnética eligiendo como blanco el material desecante 34 y/o el material absorbente 46. Los recipientes cerrados 38, 50 de la cámara desecante 18 y la cámara de contacto 20, respectivamente pueden actuar como una cámara de calentamiento. Una superficie interior de las paredes del recipiente 58 (figuras 2 y 3) pueden ser alineadas con metal para reflejar la energía electromagnética.
En una implementación el calentador dieléctrico 36, 48 puede producir ondas electromagnéticas que tengan campos eléctricos de alta frecuencia y longitudes de onda cortas (por ejemplo, microondas) . Por ejemplo, las ondas electromagnéticas pueden ser de 2.45 gigahertz (GHz) con una longitud de onda de 122 milímetros. En otro ejemplo, las ondas electromagnéticas pueden ser de 915 megahertz (MHz) con una longitud de onda de 328 milímetros. Las microondas pueden ser lanzadas en el material desecante 34 y/o el material absorbente 46 desde un pequeño emisor y transportadas a través del volumen interno 40, 52 del recipiente 38, 50 al material desecante 34 y al material absorbente 46, respectivamente .
Los calentadores dieléctricos 36, 48 pueden ser operados a un incremento de tiempo y nivel de energía mínimo para liberar el agua absorbida y dióxido de carbono del material desecante 34 y material absorbente 46, respectivamente, con un calentamiento mínimo y bajo un vacio mínimo. Por medio de usar calentadores dieléctricos 36, 48 las moléculas de agua y/o las moléculas de dióxido de carbono pueden ser energizadas a una estado suficiente de modo que sean liberadas rápidamente del material desecante 34 y el material absorbente 46, respectivamente. Por controlar la energía y el tiempo del calentador dieléctrico 36, 48, la cantidad de energía requerida para efectuar el calentamiento necesario puede ser minimizada, conduciendo así a una reducción directa en los costos operacionales .
En un ejemplo del sistema 10, el agua puede ser liberada del material desecante en aproximadamente 3.5 minutos a -0.14 kgf/cm2 (-2 libras por pulgada cuadrada psig) . En otro ejemplo del sistema 10, el dióxido de carbono puede ser liberado del material absorbente en aproximadamente 1.5 minutos a presión atmosférica .
Además, el uso de calentamiento dieléctrico a baja presión de vacío o presión atmosférica también reduce el costo de materiales del sistema 10, particularmente de las paredes 58 (figuras 2 y 3) de los recipientes 38, 50 de la cámara desecante 18 y de la cámara de contacto 20, respectivamente. Las paredes del recipiente 58 pueden ser construidas de un material económico delgado a base de polímero .
Se puede apreciar por un experto en la materia que el uso del condensador 16, montaje de transferencia de calor 26, y cámara desecante 18 puede no ser requerido para usarse en el sistema 10 para captar dióxido de carbono a partir del gas de proceso 22 y el uso de tales componentes puede depender de varios factores, que incluyen características del gas de proceso 22, particularmente de la cantidad de agua y la temperatura del gas de proceso 22.
Como tal, mientras que no se muestra explícitamente, el sistema 10 puede incluir solo la fuente de gas 12 y la cámara de contacto 20, los cuales pueden utilizar el material absorbente 46 para absorber dióxido de carbono a partir del gas de proceso contendor de dióxido de carbono 22, y el calentador dieléctrico 48 para liberar el dióxido de carbono absorbido .
Refiriendo a la figura 4, también se describe un método, generalmente designado 100, para captar dióxido de carbono. El método 100 puede empezar en el bloque 102 con el paso de proporcionar un gas de proceso contenedor de dióxido de carbono. Como se describió anteriormente, el gas de proceso contenedor de dióxido de carbono puede ser el efluente caliente de una planta de energía, tal como una planta de energía de quemado de hidrocarburo. El uso de otros gases de proceso contenedores de dióxido de carbono también es contemplado .
Como se muestra en el bloque 104, opcionalmente , el calor excedente y agua pueden ser removidos del gas de proceso contenedor de dióxido de carbono. Por ejemplo, el calor excedente puede ser removido usando un condensador, como se describió anteriormente, el cual puede también benéficamente remover algo (si no es que todo) del vapor de agua del gas de proceso contenedor de dióxido de carbono.
Como se muestra en el bloque 106, el agua puede ser removida del gas de proceso contenedor de dióxido de carbono. El paso de remover el agua puede llevarse a cabo usando un material desecante para absorber el agua, como se describió anteriormente .
Como se muestra en el bloque 110, el agua absorbida puede ser desorbida del material desecante por calentamiento dieléctrico. Opcionalmente , un vacío también puede ser aplicado para promover la desorción de agua del material desecante. Entonces, como se muestra en el bloque 112, el agua liberada puede ser captada o descargada al drenaje.
Como se muestra en el bloque 108, el dióxido de carbono puede ser removido del gas de proceso contenedor de dióxido de carbono. El paso de remover el dióxido de carbono puede llevarse a cabo usando un material absorbente, como se describió anteriormente.
Como se muestra en el bloque 114, el dióxido de carbono absorbido puede ser desorbido del material absorbente por calentamiento dieléctrico. Opcionalmente, un vacío también puede ser aplicado para promover la desorción del dióxido de carbono del material absorbente. Entonces, como se muestra en el bloque 116, el dióxido de carbono desorbido puede ser captado .
Refiriendo a la figura 5, también se describe un método, generalmente designado 200, para desorber dióxido de carbono captado sobre un material absorbente. El método 200 puede empezar en el bloque 202 con el paso de proporcionar un material absorbente que comprende una cantidad de dióxido de carbono absorbido. Como se muestra en el bloque 204, calor dieléctrico puede ser aplicado al material absorbente, tal como por un calentador dieléctrico, para desorber dióxido de carbono del material absorbente.
Opcionalmente , un vacío también puede ser aplicado para promover la desorción de dióxido de carbono del material absorbente. Como se muestra en el bloque 206, el dióxido de carbono desorbido puede ser captado.
En consecuencia, los sistemas descritos y métodos pueden usar calentamiento dieléctrico para liberar rápidamente y eficientemente las moléculas objetivo absorbidas, tales como agua o dióxido de carbono, más rápido que los métodos tradicionales y con menos requerimientos de energía costosos y materiales estructurales debido a la carencia de necesidad para altas temperaturas o vacíos.
Aunque varios aspectos del sistema descrito y método para captación de moléculas objetivo han sido mostrados y descritos, se les pueden ocurrir modificaciones a aquellos expertos en la materia tras la lectura de la especificación. La presente aplicación incluye tales modificaciones y se limita solamente por el alcance de las reivindicaciones.
Cláusula 1. Un sistema 10 para captar moléculas objetivo de un gas de proceso 22, dicho sistema comprende: un material absorbente para absorber dichas moléculas objetivo de dicho gas de proceso 22; y un calentador dieléctrico 36 posicionado para calentar dieléctricamente dichas moléculas objetivo absorbidas dentro de dicho material absorbente.
Cláusula 2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, en donde dichas moléculas objetivo son moléculas de dióxido de carbono.
Cláusula 3. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, en donde dichas moléculas objetivo son moléculas de agua.
Cláusula 4, El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, además comprende un recipiente que define un volumen interno 40, en donde dicho material absorbente es posicionado en dicho volumen interno 40.
Cláusula 5. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, en donde dicho calentador dieléctrico 36 es también posicionado en dicho volumen interno 40.
Cláusula 6. El sistema de conformidad con la reivindicación 4 además comprende una fuente de vacío para arrastrar un vacío dentro de dicho volumen interno 40.
Cláusula 7. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, en donde dicho material absorbente comprende un material de tamiz molecular.
Cláusula 8. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, en donde dicho material absorbente comprende un material de zeolita.
Cláusula 9. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, en donde dicho material de zeolita comprende zeolita 13X.
Cláusula 10. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, en donde dicho material de zeolita comprende zeolita 3A.
Cláusula 11. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, en donde dicho calentador dieléctrico 36 comprende un generador de energía electromagnética.
Cláusula 12. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, en donde dicho calentador dieléctrico 36 es dirigido a dicho material absorbente.
Cláusula 13. Un sistema para captar dióxido de carbono de un gas de proceso 22, dicho sistema com rende: una cámara desecante 18 que comprende un material desecante para absorber agua de dicho gas de proceso 22 para producir un gas sustancialmente seco y un primer calentador dieléctrico 36 para desorber dicha agua de dicho material desecante; y una cámara de contacto que comprende un material absorbente para absorber dióxido de carbono de dicho gas seco y un segundo calentador dieléctrico 36 para desorber dicho dióxido de carbono de dicho material absorbente.
Cláusula 14. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, en donde dicho material absorbente comprende un material de zeolita.
Cláusula 15. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, en donde dicho material desecante comprende un material de zeolita.
Cláusula 16. El sistema de conformidad con la reivindicación 13 además comprende un condensador 16 para remover calor de dicho gas de proceso.
Cláusula 17. Un método para captar una molécula objetivo de un gas de proceso 22 que comprende los pasos de: proporcionar un material absorbente [bloque 202] ; contactar dicho material absorbente con dicho gas de proceso 22, en donde al menos una porción de dicha molécula objetivo en dicho gas de proceso 22 se absorba sobre dicho material absorbente durante dicha etapa de contacto; y calentar dieléctricamente dicho dióxido de carbono absorbido [bloque 204] .
Cláusula 18. El método de conformidad con la reivindicación 17 en donde dicho material absorbente comprende un material de tamiz molecular.
Cláusula 19. El método de conformidad con la reivindicación 17 en donde dicha molécula objetivo es dióxido de carbono .
Cláusula 20. El método de conformidad con la reivindicación 17, en donde dicha etapa de contacto es repetida después de dicha etapa de calentamiento dieléctricamente .
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por el solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:
1. Un sistema para captar moléculas objetivo de un gas de proceso, caracterizado porque comprende: un material absorbente para absorber dichas moléculas objetivo de dicho gas de proceso; y un calentador dieléctrico posicionado para calentar dieléctricamente dichas moléculas objetivo absorbidas dentro de dicho material absorbente .
2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dichas moléculas objetivo son moléculas de dióxido de carbono.
3. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dichas moléculas objetivo son moléculas de agua .
4. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque además comprende un recipiente que define un volumen interno, en donde dicho material absorbente es posicionado en dicho volumen interno.
5. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho calentador dieléctrico es también posicionado en dicho volumen interno.
6. El sistema de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque además comprende una fuente de vacío para arrastrar un vacío dentro de dicho volumen interno.
7. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho material absorbente comprende un material de tamiz molecular.
8. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho material absorbente comprende un material de zeolita.
9. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque dicho material de zeolita comprende zeolita 13X.
10. El sistema de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque dicho material de zeolita comprende zeolita 3A.
11. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho calentador dieléctrico comprende un generador de energía electromagnética.
12. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho calentador dieléctrico es dirigido a dicho material absorbente.
13. Un sistema para captar dióxido de carbono de un gas de proceso, dicho sistema caracterizado porque comprende: una cámara desecante que comprende un material desecante para absorber agua de dicho gas de proceso para producir un gas sustancialmente seco y un primer calentador dieléctrico para desorber dicha agua de dicho material desecante; y una cámara de contacto que comprende un material absorbente para absorber dióxido de carbono de dicho gas seco y un segundo calentador dieléctrico para desorber dicho dióxido de carbono de dicho material absorbente.
14. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque dicho material absorbente comprende un material de zeolita.
15. El sistema de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque dicho material desecante comprende un material de zeolita.
16. El sistema de conformidad con la reivindicación 13 caracterizado porque además comprende un condensador para remover calor de dicho gas de proceso.
17. Un método para captar una molécula objetivo de un gas de proceso, caracterizado porque comprende los pasos de: proporcionar un material absorbente; contactar dicho material absorbente con dicho gas de proceso, en donde al menos una porción de dicha molécula objetivo en dicho gas de proceso se absorba sobre dicho material absorbente durante dicha etapa de contacto; y calentar dieléctricamente dicho dióxido de carbono absorbido .
18. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque dicho material absorbente comprende un material de tamiz molecular.
19. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque dicha molécula objetivo es dióxido de carbono .
20. El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque dicha etapa de contacto es repetida después de dicha etapa de calentamiento dieléctricamente.
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