MXPA06005576A

MXPA06005576A - Aparato y metodo para reducir y retirar particulas oxidadas suspendidas en el aire.

Info

Publication number: MXPA06005576A
Application number: MXPA06005576A
Authority: MX
Inventors: Alexander Vasilievic Borisenko
Original assignee: Alexander Vasilievic Borisenko
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2006-12-15
Also published as: US20050103618A1; CA2545593C; IL175597A0; US7553354B2; US7771670B2; WO2005046877A1; JP5053640B2; JP2007528287A; NZ547092A; AU2004289534A1; KR20060128878A; IL175597A; KR101154603B1; NO20062797L; EP1684910A1; CA2545593A1; AU2004289534B2; US20070144345A1; EP1684910B1; BRPI0416339A

Abstract

Un aparato (10) y metodo para recuperar carbon elemental,. Azufre elemental. Hierro elemental, orto elemental,. Y optros materiales elementales de un flujo de aire que incluye un receptor en forma de embudo (14) y el cuerpo de un nodo de electrodo en forma de cono invertido (12) separado del receptor de embudo, una zona de reaccion en dorma de embudo (45) entre la superficie exterior del cuepro del nodo de electrodo y la superficie interior (60) del receptor para recibir el flujo de aire y una pluralkidad de elctrododos de fuente puntual (36) instalados en el cuerpo del nodo de electrodo (12) yq eu se proyectan hacia la zona de reaccion (45). El cuerpo del nodo de electrodo (12) y el receptor (14) se conecta a tierra y una fuente de voltaje se conecta electricamen al cuerpo del nodo de elctrodo (12). E aparato y el metodo pueden utilizarse para tratar un fujo de aire que contiene contaminantes generados por la combustion de combustibles fosiles, desechos y otros materiales para reducir lo oxidos a materia elemental y aghua y retirar la materia elemental del flujo de aire, para tratr las emisiones de las plantas de nergia operadas con hulla para mejorar su eficiencia a recuperar el carbon de las emisiones de la polnata y reutilizar el carbon recuperado como combstible, para reducir los requerimientos de rellono de tierra al quemar desechos en incineradores y tratar las emisiones del incinerador para recuperar material elemental el cual entonces se rellena en la tierra en bastante menos espacio qe el desecho original no quemado, y producir valioso material elemetal tal como fulerenos.

Description

- - recuperación de materiales elementales útiles a partir de un flujo de aire, tales como el carbón elemental (incluyendo fulerenos) , azufre elemental, hierro elemental, oro elemental, etc. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Nuestro ambiente se está contaminado de manera incrementada debido tanto a una variedad de diferentes fenómenos naturales como debido a la introducción de contaminantes hechos por el hombre en el aire y en el agua por parte de las naciones industriales alrededor del globo. Ejemplos comunes de contaminantes hechos por el hombre introducidos en el aire incluyen las partículas suspendidas en el aire producidas por la combustión en plantas de energía que queman hidrocarburos, incineradores, procesos industriales de varios tipos como las operaciones de fundido, plantas de ácido nítrico y sulfúrico, motores de combustión interna, etc. En su mayoría tales contaminantes comprenden los productos de oxidación del carbón, azufre, nitrógeno, plomo, zinc y otros elementos. Por ejemplo, puesto que la hulla incluye trazas de varias impurezas, incluyendo plomo, zinc, plata, etc., cuando se quema la hulla se oxidan el carbón en la hulla así como estas impurezas. Finalmente, los óxidos de azufre y los óxidos de nitrógeno producidos por la combustión de combustibles que contienen compuestos de azufre y la combustión de combustibles que contienen compuestos de - - nitrógeno forman ácidos que contribuyen a la lluvia ácida, una preocupación ambiental cada vez más significativa. Se han desarrollado muchos procedimiento para tratar los productos de la combustión de las plantas de energía que queman hidrocarburos, incineradores, procesos industriales, motores de combustión interna, etc., para controlar la introducción de partículas suspendidas en el aire desde estas fuentes. Por ejemplo, las plantas de energía que queman hulla emplean frecuentemente procesos de depuración que utilizan compuestos de calcio que reaccionan con los óxidos de azufre para formar yeso. Desafortunadamente, las cantidades substanciales de productos de desecho producidos por tales procesos de depuración presentan serios problemas de eliminación. Donde es posible, se utilizan hullas bajas en azufre en las plantas de energía que queman hulla para reducir los requerimientos de depuración, pero esto aumenta los costos de generación de energía. Alternativamente, se reducen las emisiones de óxido de azufre operando las plantas a temperaturas menores pero esto deja sin extraer una cierta cantidad del valor calorífico de la hulla. Otro procedimiento para tratar tales emisiones ha sido el de utilizar precipitadores electrostáticos para mejorar la remoción de partículas. En este procedimiento se utilizan varios tipos de ionizadores par crear iones que se unen por si mismos a las partículas. Las partículas cargadas resultantes se colectan entonces como tales en un precipitador electrostático. Desafortunadamente, los procedimientos anteriores para controlar la introducción de partículas suspendidas en el aire producidas por la combustión,, han encontrado uno o más problemas serios. Por ejemplo, no han sido capaces de reducir las emisiones en niveles aceptables, han sido excesivamente caras de construir u operar y han sido ineficientes en cuanto a la energía. La presente invención proporciona un aparato y métodos para tratar un flujo de aire que contiene partículas de productos de la combustión para reducirlos a material elemental y agua. El aparato y métodos de la invención proporcionan también los medios para retirar el material elemental, dejando un flujo de aire depurado y grandemente mejorado y haciendo posible recuperar los materiales elementales valiosos cuando se desea. Finalmente la presente invención lógra todos estos objetivos de una manera altamente eficiente en cuanto a la energía. Los fulerenos son uno de los materiales elementales valiosos que pueden recuperarse utilizando el aparato y método de la presente invención. Los fulerenos son una forma muy estimada e industrialmente importante del carbón que comprende una molécula grande de jaula-cerrada compuesta por 60 o más átomos de carbón sp2-hibridizados, dispuestos en hexágonos y pentágonos. Actualmente los fulerenos se conocen en la forma de esferoides ("buckminsterfulereno") y formas cilindricas o toroidales ("nanotubos") . Se conocen varios procesos complejos y costosos para producir fulerenos. Debido a que los procesos son tan complejos, y los rendimientos tan bajos, el producto resultante es muy, muy costoso. La presente invención proporciona un método mucho más eficiente y económico para producir estos materiales. Puesto que el aparato de la presente invención opera únicamente con una pequeña cantidad de energía, cuando se utiliza el aparato para tratar las emisiones de una planta de energía operada con hulla, puede recuperarse el carbón a partir de la chimenea de la planta y repetidamente reutilizarse para la combustión del combustible mejorando la eficiencia de la planta de energía. Finalmente el presente aparato es también útil para reducir los requerimientos de relleno de tierra. Por ejemplo, puesto que la invención es tan eficiente en limpiar el aire, hace posible el uso de incineradores que han sido hasta ahora prohibidos o desalentados debido a la dificultad para controlar efectivamente la contaminación del aire que producen. Por lo tanto muchos materiales que de otro modo serían incinerados, se han rellenado en la tierra, desperdiciando innecesariamente un área de relleno sustancial. Si tales materiales pudieran quemarse en incineradores y tratarse' en el presente aparato, esto reducirla en gran medida el volumen del material restante (principalmente el material elemental recolectado) que entonces podría rellenarse en la tierra, utilizando un área de relleno de tierra substancialmente menor. Además, el material de relleno de tierra ya enterrado puede extraerse, incinerarse, tratarse de acuerdo con la presente invención y regresarse al relleno de tierra para reducir grandemente el volumen de relleno de tierra extraído, extendiendo substancialmente la vida del relleno de tierra. SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención comprende un aparato y método para tratar un flujo de aire que contiene partículas y/o compuestos oxidados de carbón, azufre, hierro y otros elementos. El aparato y método utilizan un receptor que tiene una superficie interna y un nodo de electrodo que tiene un cuerpo con una superficie externa' separada de la superficie interna del receptor para definir una zona de reacción entre la superficie externa del cuerpo y la superficie interna del receptor. Una pluralidad de electrodos de fuente puntual eléctricamente conductivos se proyectan desde el cuerpo del nodo de electrodo hacia la zona de reacción. El nodo de electrodo y el receptor se encuentran eléctricamente aislados entre sí y la superficie interna del receptor se conecta a tierra. Una fuente de voltaje se encuentra eléctricamente conectada al nodo de electrodo. Finalmente se proporciona un medio para introducir un flujo de aire en la zona de reacción para tratar el flujo de aire para retirar las partículas y compuestos oxidados . El aparato y método pueden utilizarse para una variedad de propósitos diferentes. Por ejemplo el aparato y método pueden utilizarse par tratar un flujo de aire que contiene contaminantes generados por la quema de combustibles fósiles, desperdicios y otros materiales para reducir los óxidos a material elemental y agua y para retirar el material elemental del flujo de aire. El aparato y método pueden también utilizarse para tratar las emisiones de las plantas de energía operadas con hulla, para mejorar su eficiencia recuperando el carbón a partir de las emisiones de la planta y reutilizar el carbón recuperado como combustible. El aparato y método pueden utilizarse para reducir los requerimientos de relleno de tierra al quemar el desecho en incineradores y tratando las emisiones del incinerador para recuperar el material elemental que se rellena entonces en tierra en un espacio mucho menor que el desecho no quemado original. Adicionalmente el aparato y método pueden utilizarse con material extraído del relleno de tierra que se incinera, se trata para recuperar el material elemental y se - - regresa al relleno de tierra como material elemental recuperado de un volumen bastante reducido. Finalmente, el aparato y método pueden utilizarse para producir material elemental valioso tal como los fulerenos . BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las características de esta invención que se consideran son novedosas, se exponen con particularidad en las reivindicaciones adjuntas. La invención, junto con sus - objetivos y ventajas, puede comprenderse mejor con referencia a la siguiente descripción, tomada en conjunto con los siguientes dibujos, en los cuales los números de referencia iguales identifican elementos iguales en las diversas figuras y en las cuales : La Figura 1 es una vista en elevación frontal de un aparato para tratar un flujo de aire que contiene partículas oxidadas suspendidas en el aire de acuerdo a la presente invención; La Figura 2 es una vista de planta superior del aparato de la Figura 1; Las Figuras 3A y 3B son respectivamente una vista en elevación frontal y una en elevación lateral de un bloque hueco de hule del cuerpo del nodo de electrodo del aparato de la Figura 1; Las Figuras 4A, 4B y 4C son representaciones diagramáticas de las diferentes y posibles formas preferidas _ - (Figura 4A) del cuerpo del nodo de electrodo y receptor correspondiente (Figuras 4B y 4C) ; La Figura 5 es una representación diagramática de una modalidad de la invención en la cual el flujo de aire tratado se recircula para mejorar la efectividad del sistema; y La Figura 6 ilustra modalidades alternativas de la punta del electrodo de fuente puntual. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN Volviendo primero a las Figuras 1 y 2, se ilustra un aparato 10 de acuerdo con la presente invención. El aparato 10 incluye un cuerpo de nodo de electrodo 12 que tiene una forma de cono invertido, suspendido encima y separado del receptor en forma de embudo 14. El cuerpo del nodo de electrodo y el receptor se encuentran fijos a una estructura de soporte 16 ubicada alrededor del cono y embudo, que comprende inter alia, una serie de vigas de soporte 16A-16E y miembros generalmente horizontales que incluyen las vigas 16F-16H y otros miembros de unión, según seá apropiado, para sostener en su lugar el cuerpo del nodo del electrodo, el receptor y otros componentes del sistema. Una serie de tres barras de soporte generalmente horizontales 16I-16K se unen al interior del cuerpo del nodo de electrodo 12 a lo largo de su periferia interior superior 18. Las tres barras - 0 - de soporte se unen también a un centro común 20 (Figura 2) desde el cual un soporte central 22 se proyecta hacia abajo hacia el interior del cuerpo del nodo de electrodo y se une a la parte posterior de la punta distal 24 del inyector. Las barras de soporte 16I-16K y el soporte central 22 se hacen de un material eléctricamente conductivo. El cuerpo del nodo de electrodo 12 se encuentra eléctricamente aislado del sistema suspendiendo el cuerpo de miembros horizontales 16F, 16G y 16H por medio de una serie de aisladores 26 que se encuentran unidos al lado inferior 28 de los miembros horizontales 16F, 16G y 16H y a las barras de soporte 161, 16J y 16K. El cuerpo del nodo de electrodo 12 comprende una serie de bastidores de aluminio interconectadas 30 de un tamaño y forma apropiados para producir la forma del cuerpo cónico deseada. Los bloques huecos de hule 32 se encuentran instalados en estos bastidores para formar una estructura cónica continua. Se ilustra un bloque hueco representativo 32a en las Figuras 3A y 3B. La superficie frontal 34 de los bloques huecos 32 forman la superficie externa del cuerpo del nodo de electrodo y son generalmente lisas, con una serie de electrodos de fuente puntual en forma de agujas de punta afilada 36 que se proyectan desde la superficie de los bloques huecos. Estas agujas incluyen una punta afilada y puntiaguda 38, un cuerpo 40 y una base expandida 42. Estos - - deben ser eléctricamente conductivos y, se harán preferentemente, de acero inoxidable u otro material eléctricamente conductivo que resista la corrosión y pueda tener y mantener una fina punta afilada 38. En la modalidad actualmente preferida, se utilizan agujas de acero inoxidable propuestas para su colocación en jeringas hipodérmicas. La parte interior del cuerpo del nodo de electrodo 12 se encuentra cubierta con al menos una hoja de un material eléctricamente conductivo tal como una hoja de aluminio. En la presente modalidad, se aplican tres capas de hoja de aluminio 44A, 44B y 44C a la superficie interna del cuerpo del nodo del electrodo, adyacente a la pared posterior 46 de los bloques huecos (y bastidores) con un adhesivo apropiado tal como un pegamento de poliuretano entre las paredes posteriores 46 y el frente de la primera hoja metálica 44A y después entre las sucesivas superficies de contacto de hojas de metal 44A, 44B y 44C. Las agujas 36 se interconectan eléctricamente dirigiéndolas a través de las hojas de metal 44A, 44B y 44C y después a través de los bloques huecos de hule hasta que la base expandida 42 de las agujas hace contacto con la superficie posterior expuesta 48 de la hoja metálica 44C. Puesto que todas las agujas se encuentran unidas dé esta manera se logra la continuidad eléctrica entre todas las agujas y las hojas de metal a través del contacto eléctrico - - entre la base expandida 42 y la hoja metálica 44C así como el contacto eléctrico entre la porción de base 50 del cuerpo de agujas y las tres capas de metal. Durante el ensamblaje del aparato se prefiere que se verifique la continuidad eléctrica entre cada aguja y la hoja metálica con un medidor de conductividad apropiado, para asegurar que todos los electrodos de fuente puntual se encuentren integrados en un circuito eléctrico común. Aunque solamente se muestran algunas agujas sobresaliendo del bloque hueco del inyector 32a, en la practica la superficie externa del cuerpo del nodo de electrodo 12 se encuentre cubierta de innumerables agujas sobresalientes preferentemente separadas de manera uniforme a través de la superficie frontal de cada uno de los bloques huecos. Aunque el espaciamiento real de las agujas puede variar según se desee, es actualmente preferido que un cuerpo del nodo de electrodo tenga una forma de cono invertido con un área de superficie de aproximadamente 22 m2, que tendrá aproximadamente 17,000 agujas dé aproximadamente 0.35 mm de diámetro que se proyectan desde su superficie, espaciadas a aproximadamente 22 mm entre las agujas adyacentes. Aunque pueden utilizarse números menores o mayores de agujas según se necesite, se considera que se logra la mayor eficiencia con el mayor número practico de agujas. Actualmente se considera que un espaciamiento no menos de 20 mm y no mayor - - de aproximadamente 5mm es óptimo. Además en la modalidad ilustrada los bloques huecos tienen aproximadamente 4 cm de espesor y los cuerpos de agujas sobresalen aproximadamente 40 mm de la superficie frontal de bloques huecos. Los electrodos de fuente puntual 36 utilizados en la presente invención ameritan especial atención. Aunque en la modalidad preferida de las Figuras 1-2 estos electrodos de fuente puntual se muestran como agujas hipodérmicas, pueden ser de cualquier estructura que incluya una punta afilada en su extremo distal. El cuerpo puede ser redondo, plano, triangular, rectangular, etc., según se desee. Una selección ilimitada de tales estructuras se muestra en la Figura 6. En todos los casos, al menos el extremo distal del cuerpo tiene una conicidad dirigida hacia arriba hacia la punta y la punta termina en una sola punta afilada. El ángulo de la conicidad puede variar pero se prefiere un ángulo de conicidad lo más agudo posible. Se observará en la oscuridad que los electrodos de fuente puntual apropiada producen una descarga luminosa que rodea la punta cuando, como se describe a continuación, se aplica el potencial eléctrico y se coloca la punta en el flujo de aire. Se proporcionan las agujas 36 con un potencial eléctrico conectándolas eléctricamente a una fuente de voltaje tal como un transformador 52 a las barras de soporte eléctricamente conductivas 16I-16K que, a su vez se encuentran eléctricamente conectadas a la parte posterior del inyector, a la hoja metálica y de esa manera a las agujas. Aunque se muestra el conductor negativo del transformador conectado al inyector y el conductor positivo a tierra (lo cual es lo preferido) , estos conductores pueden intercambiarse si asi se desea. Puede utilizarse cualquier transformador eléctrico convencional. Se prefiere que el transformador produzca un voltaje en el rango de aproximadamente 10-3000 kV a través de un rectificador. En la modalidad ilustrada, se utiliza un transformador que produce 300 kV DC y 250 mA. El potencial puede ser constante o puede variar en proporción con la naturaleza de las partículas en el flujo de aire, la velocidad de flujo del flujo de aire, etc. Volviendo ahora al receptor en forma de embudo 14, se observa que el receptor incluye una superficie cónica continua interna inclinada 60. El borde externo 62 del receptor se rodea por un canal anular 64. Se suministra continuamente agua al canal durante la operación del aparato por medio de una bomba 66 que extrae el agua de un deposito 68 y distribuyendo el agua al canal 64 a través de tubos de alimentación 70 y 72 de manera tal que el agua en el canal se derrama sobre el borde externo 62 de receptor que cubre completamente la superficie inclinada interna del receptor con un película continua, 74, de agua. Puesto que se prefiere que toda la superficie del receptor se encuentre cubierta con la película de agua durante la operación del aparato, el receptor se mantiene en una condición tan a nivel como sea posible de manera que la caída del agua sobre el borde externo sea uniforme alrededor de la superficie completa de la forma de embudo. En la operación de la modalidad ilustrada, la bomba 66 surte agua al canal a una velocidad de aproximadamente 600 m3 por minuto. El receptor 14 en la modalidad ilustrada tiene aproximadamente 5 metros a través de su borde externo 62 y aproximadamente 2 metros de altura. La superficie inclinada interna 60 del receptor 14 se encuentra ubicada en un ángulo de aproximadamente 45° y está separada a una distancia ? de aproximadamente 0.5 metros desde la superficie externa del cuerpo del nodo de electrodo en forma de cono invertido 12, creando una región de tratamiento de aire en forma de embudo o zona de reacción 45 entre las superficies de cono y embudo. Este espacio puede ajustarse según sea necesario o se desee para optimizar la operación del aparato 10. En verdad, pueden proporcionarse medios manuales o motorizados convencionales (no mostrados) para mover el cuerpo del nodo de electrodo 12 hacia arriba y hacia abajo con respecto al receptor 14 (y/o el receptor con respecto al cuerpo del nodo del electrodo) para variar este espacio. Adicionalmente, se prefiere que la superficie interna 60 que transporta el agua del receptor, se cubra con un recubrimiento aislante tal como un recubrimiento de epoxia 80 el cual, en la modalidad ilustrada, tiene aproximadamente 6 mm de espesor y se encuentra relleno de partículas dieléctricas. Preferentemente este recubrimiento aislante se extiende alrededor del reborde del borde superior del receptor. Se prefiere además que este recubrimiento sea altamente pulido para facilitar el recubrimiento de la superficie por la película de agua y maximizar la velocidad de flujo de la película de agua hacia abajo de la superficie inclinada interna cónica continua 60 del receptor de embudo. NO obstante este recubrimiento aislante, la película de agua se conecta a tierra eléctricamente como se describirá a continuación. Aunque las configuraciones particulares del cuerpo del nodo de electrodo y del receptor se ilustran en la modalidad de la invención de las Figuras 1-2 (y en las correspondientes representaciones diagramáticas de la Figura 4A) , pueden utilizarse otras configuraciones. Por ejemplo, el cuerpo del nodo de electrodo y el receptor pueden tener forma de cuba como en la representación diagramática de la Figura 4B o pueden tener otras formas. Se prefiere, sin embargo, que las superficies del cuerpo del nodo de electrodo y del receptor correspondientes sean substancialmente paralelas o equidistantes entre sí y que el cuerpo del nodo de electrodo y el receptor se encuentren dispuestos simétricamente alrededor de un eje común. Además, en modalidades alternativas y actualmente menos preferidas, el cuerpo del nodo de electrodo y el receptor pueden simplemente ser superficies planas (Figura 4C) que llevan innumerables electrodos de fuente puntual como se describió anteriormente con el espacio entre la superficie plana constituyendo la zona de reacción. Después de que el agua pasa hacia abajo de la superficie inclinada interna 60 del receptor, se recolecta en una acanaladura anular 78 y fluye desde la acanaladura a través de una salida 90 hacia el deposito 68 desde el cual se extrae el agua mediante la bomba 66 después de pasar a través de un filtro 92. La acanaladura 78 es eléctricamente conductiva para asegurar que la película de agua se encuentre eléctricamente conectada a tierra. Aunque el filtro 92 se muestra diagramátreamente, puede utilizarse cualquier medio de filtro convencional. Por ejemplo, puede utilizarse un sistema de flotación de aire mediante lo cual los materiales más ligeros que el agua recolectados en el deposito, (como partículas de carbón, fulerenos, etc. ) se desnatan de la parte superior del deposito dejando el agua limpia para su regreso al receptor. En la modalidad ilustrada, el deposito 68 contiene aproximadamente 3000 litros de agua. El presente aparato se propone para tratar un flujo - - de aire que contiene partículas oxidadas que se introducen en una zona de reacción en forma de embudo 45 entre las superficies del cuerpo del nodo de electrodo y del receptor. El flujo de aire puede introducirse en la región de tratamiento de aire desde diferentes ubicaciones en el aparato. Por ejemplo, puede disponerse una cámara de aire anular 96 alrededor del borde externo 94 del canal anular 64. Esta cámara incluirá una o más entradas 100 (Figura 2) preferentemente orientadas, como se muestra, para dirigir el flujo de aire en una forma anular alrededor de la cámara de aire. La cámara de aire 96 tiene en su parte superior 102 una porción saliente anular dirigida internamente de manera radial 104 yuxtapuesta por arriba del canal 64. La parte superior 106 de la cámara de aire anular 96 tiene una abertura anular 98 desde la cual se expulsa el flujo de aire entrante en la cámara de aire 96. Se proporciona un panel deflector 108 que rodea el canal por arriba de la abertura 98. El panel deflector 108 se encuentra separado de la superficie inclinada interna 60 del receptor para proporcionar una abertura anular 110 justo arriba del borde externo 62 del embudo. En la modalidad ilustrada, esta cavidad es de aproximadamente 6 cm. transversalmente . En una modalidad preferida, una protección 112 (mostrada amplificada) se posiciona justo arriba del borde 62 del embudo para evitar que el flujo de aire entrante interfiera - - con el flujo de agua sobre la superficie interna del embudo. Preferentemente se suministra el flujo de aire que contiene las partículas oxidadas a la cámara de aire 96 bajo una carga hidrostática positiva de presión. Se utiliza una bomba de aire (no mostrada) para acelerar el flujo de aire de manera tal que entre en la cámara bajo una presión de columna ¦ de agua de aproximadamente 70mm. En una modalidad alternativa, puede proporcionarse el flujo de aire que contiene las partículas oxidadas a la cámara de aire central 120 que tiene una entrada 122 y una salida 124. Cuando se suministra el flujo de aire a esta cámara de aire central, este entra en la zona de reacción 45 desde la parte inferior del receptor en forma de embudo, preferentemente presurizado como se describió anteriormente. Este flujo de aire se mueve a través de la zona de reacción haciendo contacto con las agujas 36 que se sobresalen desde el cuerpo del nodo de electrodo como se describió anteriormente . En otra modalidad alternativa, se proporcionan los medios para recircular el flujo de aire que pasa a través de la zona de reacción 45 con el fin de mejorar la eficiencia del sistema. Esto puede lograrse, por ejemplo, como se ilustra diagramáticamente en la Figura 5 en donde una porción del flujo de aire ya tratado en la zona de reacción 45 se extrae del fondo del receptor a través de la cámara de aire central 120 bajo la acción de la bomba de aire 126 y se regresa al deposito de aire 96 para la reintroducción en la zona de reacción. La operación del aparato procede como sigue: A. El transformador 52 se enciende para producir el voltaje deseado a las agujas 36. B. Se inicia una película de agua continua sobre la superficie interna del receptor al encender la bomba 66. C. Se introduce un flujo de aire que contiene partículas oxidadas que incluyen, por ejemplo, óxidos de carbono, óxidos de azufre, óxidos de plomo, óxidos de zinc, óxidos de hierro y óxidos de plata, a través de las entradas 100. Cuando el aparato 10 se utilice para tratar directamente un flujo de aire a alta temperatura, se prefiere que el flujo de aire se enfríe por cualquier medio convencional a la temperatura de al menos aproximadamente 60°C. D. El flujo de aire llena la cámara de aire anular 96 y sale por la abertura anular 98, viajando a través de la zona de reacción 45 donde el aire se eleva para interactuar con las puntas de las agujas que sobresalen de la superficie externa del cuerpo del nodo del electrodo. El aire que entra en el espacio entre el cuerpo del nodo de electrodo y el receptor, se acelera para mejorar la interacción entre los electrodos de la fuente puntual (puntas de las agujas) y las partículas oxidadas como resultado de la interacción de las partículas oxidadas y los electrodos de la fuente puntual del inyector. Las partículas oxidadas en el flujo de aire se convierten en carbón, azufre, plomo, zinc y plata elementales por medio de la acción de los electrodos de la fuente puntual y caen en la película de agua 74 sobre la superficie inclinada interna 60 del embudo y son transportados al deposito 68. Una vez retirados por el filtro 92 el material elemental puede separarse, desecharse, procesarse, etc., según se desee. E. El aire libre de estas partículas oxidadas se eleva a través de la región de tratamiento de aire y se escapa por el canal 91 para volver a entrar en la atmósfera. El aparato anterior puede operarse en interiores puesto que el flujo de aire que sale se encuentra esencialmente libre de partículas indeseables.

Alternativamente, puede naturalmente operarse al aire libre, preferentemente con una protección apropiada contra la lluvia (no mostrada) que protege el cuerpo del nodo de electrodo, el receptor y otros componentes potencialmente vulnerables del aparato. Adicionalmente dos o más unidades del aparato 10 pueden agruparse o unirse en serie utilizando un toldo para recolectar y recircular la emisión de aire proveniente del canal 91, para actuar como una estructura a prueba de falla en el caso de que una de las unidades fallara. En una modalidad alternativa dos o más aparatos 10 se unen en serie recogiendo la emisión de aire desde un primer aparato utilizando un toldo que se extiende sobre el canal 91 y alimentando la emisión de aire recolectado en las entradas 100 de un segundo aparato. Los fulerenos pueden producirse utilizando el presente aparato y recolectarse del deposito 68. Preferentemente cuando sea deseable producir un fulereno, se quema y se trata una fuente de hidrocarburos muy limpia (tal como turbosina o parafina) por medio del aparato 10 con el fin de minimizar la presencia de impurezas en el producto final del fulereno. Los fulerenos producidos, incluyendo ^o, C7o, C84 y C12or pueden segregarse utilizando medios convencionales . Aunque se considera que los resultados importantes e inesperados obtenidos en el aparato y método de la invención son el resultado de la producción de hidrógeno elemental producido en las puntas de los electrodos de la fuente puntual por medio de la ionización unipolar que muy activamente, reduce las partículas oxidadas, los solicitantes no pretenden limitarse en la cobertura de la presente invención, a ninguna teoría de su operación. Teniendo esto presente, el solicitante sugiere el siguiente mecanismo posible para la reducción del dióxido de azufre de acuerdo con la invención, con otros materiales tales como carbón, - - hierro, plata, cobre, etc. se convierten en su forma elemental por medio de un mecanismo similar. H20=OH~+H+ H++e~=H 40H~-4e~=02=2H20 6H+S02=H2S+2H20 o S02+4H=S +2H20 De manera similar, el dióxido de carbono puede reducirse de acuerdo con el presente mecanismo: C02+8H=CH4+2H20 Todas las referencias, incluyendo publicaciones, solicitudes de patente y patentes citadas en la presente se incorporan en la misma mediante la referencia hasta el mismo grado como si cada referencia se indicara individual y especificadamente para incorporarse mediante la referencia y se expusiera en su totalidad en la presente. El uso de los términos "un" y "unos" y "el" y referentes similares en el contexto de la descripción de la invención (especificadamente en el contexto de las siguientes reivindicaciones) deben considerarse para cubrir ambos el singular y el plural a menos que se indique de otra manera en - - la presente o se contradiga claramente en el contexto. Los términos "que comprende", "que tiene", "que incluye", y "que contiene" deben considerarse como términos de extremos abiertos (i.e., que significan "que incluye pero no se limita a,") a menos que se anote de otra manera. La cita de rangos de valores en este escrito se propone solamente para servir como un método abreviado de referirse individualmente a cada valor separado que cae dentro del rango, a menos que se indique de otra manera en la presente y cada valor separado se incorpora en la especificación como si individualmente se citara en la presente. Todos los métodos descritos en la presente pueden realizarse en cualquier orden adecuado a menos que se indique de otra manera en la presente o se contradiga claramente en el contexto. El uso de cualquiera y todos los ejemplo o lenguaje ej emplificativo (e.g. , "tal como") proporcionado en la presente, pretende solamente iluminar mejor la invención y no poner una limitación en el alcance de la invención a menos que se reivindique de otra manera. Ningún lenguaje en la especificación debe considerarse como indicativo de cualquier elemento no reivindicado como esencial para la práctica de la invención. Las modalidades preferidas de esta invención se describen en la presente, incluyendo el mejor modo conocido por los inventores, para llevar a cabo la invención. Pueden llegar a ser aparentes las variaciones de aquellas - - modalidades preferidas para aquellos de experiencia ordinaria en la técnica después de la lectura de la descripción anterior. Los inventores esperan que los técnicos expertos empleen tales variaciones según sea apropiado y los inventores pretenden que la invención se practique de otra forma a la especificadamente descrita en la presente. De acuerdo con lo anterior, esta invención incluye todas las modificaciones y equivalentes de la materia citada en las reivindicaciones adjuntas a la presente según se permite por la ley aplicable. Además cualquier combinación de los elemento anteriormente descritos en todas las variaciones posibles de los mismos se encuentra abarcada por la invención a menos que se indique de otra manera en la presente o se contradiga claramente en el contexto.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un aparato para tratar un flujo de aire que contiene partículas y/o compuestos oxidados de carbón, azufre, hierro y otros elementos, que comprenden: un receptor que tiene una superficie interna; un nodo de electrodo que tiene un cuerpo con una superficie externa separada de la superficie interna del receptor para definir una zona de reacción entre la superficie externa del cuerpo y la superficie interna del receptor; una pluralidad de electrodos de fuente puntual eléctricamente conductivos que se proyecta desde el cuerpo del nodo de electrodo hacia la zona de reacción; el nodo de electrodo y el receptor que se encuentran eléctricamente aislados entre sí y la superficie interna del receptor que se conecta a tierra; una fuente de voltaje eléctricamente conectada al nodo de electrodo; y medios para introducir el flujo de aire en la zona de reacción.
2. El aparato de la reivindicación 1 en el cual el cuerpo del nodo de electrodo comprende una serie de bastidores eléctricamente conductivos interconectados .
3. El aparato de la reivindicación 2 en el cual los bloques huecos conductivos se instalan sobre los bastidores para producir una estructura en forma de cono.
4. El aparato de la reivindicación 3 en el cual los electrodos de la fuente puntual se proyectan desde las superficies de bloques huecos hacia la zona de reacción.
5. El aparato de la reivindicación 1 en el cual el cuerpo del nodo de electrodo tiene una superficie interna que se encuentra recubierta de material eléctricamente conductivo .
6. El aparato de la reivindicación 5 en el cual el material eléctricamente conductivo es una hoja metálica de aluminio .
7. El aparato de la reivindicación 1 en el cual los electrodos de 'la fuente puntual se encuentran integrados en un circuito eléctrico común.
8. El aparato de la reivindicación 1 en el cual los electrodos de la fuente puntual son electrodos de aguja.
9. El aparato de la reivindicación 8 en el cual el espacio entre las agujas adyacentes es no menor de aproximadamente 20 mm y no mayor de aproximadamente 45 mm.
10. El aparato de la reivindicación 8 en el cual el cuerpo del nodo de electrodo tiene un área de superficie externa de aproximadamente 22 m2 con aproximadamente 17,000 agujas de aproximadamente 0.35 mm de diámetro que se proyectan desde su superficie, estando las agujas separadas a aproximadamente 22 mm entre las agujas adyacentes.
11. El aparato de la reivindicación 8 en el cual los cuerpos de las agujas sobresalen aproximadamente 40 mm de la superficie externa del cuerpo del nodo de electrodo.
12. El aparato de la reivindicación 1 en el cual la fuente de voltaje es un transformador.
13. El aparato de la reivindicación 12 en el cual el transformador proporciona un voltaje en el rango de aproximadamente 10-3,000 kV a través de un rectificador.
14. El aparato de la reivindicación 12 en el cual el transformador produce un voltaje en el rango de aproximadamente 300 kV y una corriente de aproximadamente 250 ???, a través de un rectificador.
15. El aparato de la reivindicación 1 en el cual el receptor tiene forma de embudo que tiene una superficie interna inclinada cónica.
16. El aparato de la reivindicación 15 que incluye un medio para suministrar una película continua de agua eléctricamente conectada a tierra, sobre la superficie interna del receptor.
17. El aparato de la reivindicación 16 en el cual el borde externo del receptor se encuentra rodeado por una canal anular continuamente suministrado con agua que se derrama sobre el borde externo del receptor de embudo para suministrar la película continua de agua.
18. El aparato de la reivindicación 16 en el cual la superficie interna del receptor que transporta la película de agua se encuentra recubierta con un recubrimiento aislante.
19. El aparato de la reivindicación 18 en el cual el recubrimiento aislante es una epoxia rellena con partículas dieléctricas.
20. El aparato de la reivindicación 16 que incluye medios para recolectar el agua que pasa a través de la superficie interna del receptor y medios para filtrar el agua recolectada para retirar partículas y material elemental.
21. El aparato de la reivindicación 20 que incluye un sistema de flotación de aire para filtrar el agua recolectada .
22. El aparato de la reivindicación 1 en el cual la zona de reacción es de aproximadamente 5 m de diámetro.
23. El aparato de la reivindicación 1 que incluye medio para mover el cuerpo del nodo de electrodo con respecto al receptor con el fin de variar el diámetro de la zona de reacción .
24. El aparato de la reivindicación 1 en el cual el cuerpo del nodo de electrodo y el receptor tienen forma de cuba .
25. El aparato de la reivindicación 1 en el cual la superficie externa del cuerpo del nodo de electrodo y la superficie interna correspondientes son substancialmente equidistantes entre si y el cuerpo del nodo de electrodo y el receptor se encuentran simétricamente dispuestos alrededor de un e e común .
26. El aparato de la reivindicación 1 que incluye medios para reciclar el flujo de aire introducido en la zona de reacción.
27. El aparato de la reivindicación 1 que incluye medios para introducir el flujo de aire desde la parte inferior del receptor.
28. El aparato de la reivindicación 1 que incluye medios para acelerar el flujo de aire a medida que entra en la zona de reacción.
29. Un método para tratar un flujo de aire que contiene partículas y compuestos oxidados de carbón, azufre, hierro y otros elementos, que comprende las etapas de: suministrar un flujo de aire a una zona de reacción formada entre un nodo de electrodo que tiene una pluralidad de electrodos de fuente puntual y un receptor conectado a tierra, estando el nodo de electrodo y el receptor eléctricamente aislado entre sí y; aplicar un voltaje a los electrodos de la fuente puntual; suministrar una película continua de agua eléctricamente conectada a tierra sobre la superficie del receptor; y filtrar el agua después de que pasa sobre la superficie del receptor para recolectar los materiales elementales formados en la zona de reacción.
30. El método de la reivindicación 29, en donde los electrodos de la fuente puntual son electrodos de aguja.
31. El método de la reivindicación 29, en donde el hidrógeno- atómico se produce por medio de ionización unipolar en los electrodos de la fuente puntual para reducir los compuestos de oxido en la zona de reacción.
32. Un método para tratar las emisiones de una planta con combustión de hulla para mejorar su eficiencia por medio de la recuperación del carbón a partir de las emisiones de la planta y reutilizando el carbón recuperado como combustible, que comprende: suministrar un flujo de aire que contiene compuestos de carbón provenientes las emisiones de una planta con combustión de hulla, a una zona de reacción formada entre un nodo de electrodo que tiene una pluralidad de electrodos de fuente puntual y un receptor conectado a tierra, estando el nodo de electrodo y el receptor eléctricamente aislados entre sí; aplicar un voltaje a los electrodos de fuente puntual; suministrar una película continua de agua eléctricamente conectada a tierra sobre la superficie del receptor; filtrar el agua después de que pasa sobre la superficie del receptor para recolectar el carbón producido en la zona de reacción; y agregar el carbón recolectado al combustible de hulla.
33. El método de la reivindicación 32, en donde los electrodos de fuente puntual son electrodos de agujas.
34. El método de la reivindicación 32, en el cual el flujo de aire se enfría a al menos aproximadamente 60°C antes de que entre en la banda de reacción.
35. Un método para reducir los desechos en rellenos de tierra con desechos incinerando los desechos y rellenando de tierra, teniendo el resultante material elemental un volumen disminuido en comparación al desecho inicial, que comprende: quemar los desechos en un incinerador para producir un flujo de aire que contiene óxidos de carbono, azufre, hierro y otros elementos; suministrar el flujo de aire desde el incinerador hacia una zona de reacción formada entre un nodo de electrodo que tiene una pluralidad de electrodos de fuente puntual y un receptor conectado a tierra, estando el nodo de electrodo y el receptor eléctricamente aislados entre sí; aplicar un voltaje a los electrodos de fuente puntual del inyector; suministrar una película continua de agua eléctricamente conectada a tierra, sobre la superficie del receptor; filtrar el agua después de que pasa sobre la superficie del receptor para recolectar los materiales elementales producidos en la zona de reacción; y rellenar la tierra con los materiales elementales recolectados .
36. El método de la reivindicación 35, en donde los electrodos de la fuente puntual son electrodos de aguja.
37. Un método para producir fulerenos, que comprende : suministrar un flujo de aire que contiene compuestos de carbón oxidados a una zona de reacción formada entre un nodo de electrodo que tiene una pluralidad de electrodos de fuente puntual y un receptor conectado a tierra, estando el nodo de electrodo y el receptor eléctricamente aislados entre sí; aplicar un voltaje a los electrodos de la fuente puntual del inyector; suministrar una película continua de agua eléctricamente conectada a tierra, sobre la superficie del receptor; filtrar el agua después de que pasa sobre la superficie del receptor para recolectar el carbón producido en la zona de reacción; y separar los fulereaos del carbón recolectado.
38. El método de la reivindicación 37, en donde los electrodos de la fuente puntual son electrodos de aguja.
39. El método de la reivindicación 37, en donde el hidrógeno atómico se produce por medio de ionización unipolar en los electrodos de fuente puntual para reducir los compuestos de carbón en la zona de reacción y producir carbón.
40. El método de la reivindicación 35, en el cual los compuestos de carbono oxidados se producen por medio de la quema de un combustible de hidrocarburo o parafina. RESUMEN ün aparato (10) y método para recuperar carbón elemental, azufre elemental, hierro elemental, oro elemental, y otros materiales elementales de un flujo de aire que incluye un receptor en forma de embudo (14) y el cuerpo de un nodo de electrodo en forma de cono invertido (12) separado del receptor de embudo, una zona de reacción en forma de embudo (45) entre la superficie exterior del cuerpo del nodo de electrodo y la superficie interior (60) del receptor para recibir el flujo de aire y una pluralidad de electrodos de fuente puntual (36) instalados en el cuerpo del nodo de electrodo (12) y que se proyectan hacia la zona de reacción (45) . El cuerpo del nodo de electrodo (12) y el receptor (14) se encuentran eléctricamente aislados entre si, el receptor (14) se conecta a tierra y una fuente de voltaje se conecta eléctricamente al cuerpo del nodo de electrodo (12). El aparato y el método pueden utilizarse para tratar un flujo de aire que contiene contaminantes generados por la combustión de combustibles fósiles, desechos y otros materiales para reducir los óxidos a materia elemental y agua y retirar la materia elemental del flujo de aire, para tratar las emisiones de las plantas de energía operadas con hulla para mejorar su eficiencia al recuperar el carbón de las emisiones de la planta y reutilizar el carbón recuperado como combustible, para reducir los requerimientos de relleno de tierra al quemar desechos en incineradores y tratar las emisiones del incinerador para recuperar material elemental el cual entonces se rellena en la tierra en bastante menos espacio que el desecho original no quemado, y producir valioso material elemental tal como fulerenos.