ES2982951T3

ES2982951T3 - Dispositivo y método para mejorar la demanda energética específica de sistemas de pirólisis o reformación por plasma

Info

Publication number: ES2982951T3
Application number: ES20763001T
Authority: ES
Inventors: Leslie Bromberg; Kim-Chinh Tran; Jorj Ian Owen; Jonathan Whitlow
Original assignee: MAAT Energy Co
Current assignee: MAAT Energy Co
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2024-10-21
Anticipated expiration: 2040-02-25
Also published as: EP3931146C0; US11583814B2; EP3931146A1; WO2020176496A1; US20220040656A1; EP3931146A4; EP3931146B1

Abstract

Se presentan dispositivos y métodos para reducir la energía específica requerida para reformar o pirolizar reactivos en plasmas que operan a altas velocidades de flujo y altas presiones. Estos sistemas y métodos incluyen 1) introducir electrones y/o materiales fácilmente ionizables en un reactor de plasma, 2) aumentar la turbulencia y la velocidad de remolino de los flujos de gases de alimentación para tener una mezcla mejorada en un reactor de plasma, y 3) reducir el deslizamiento de un sistema de reactor de plasma. Dichos sistemas de plasma pueden permitir que los reactores de plasma operen a temperaturas más bajas, presión más alta, con ignición de plasma mejorada, mayor rendimiento y eficiencia energética mejorada. En realizaciones preferidas, los reactores de plasma se utilizan para producir hidrógeno y monóxido de carbono, hidrógeno y carbono, o monóxido de carbono a través de reacciones de reformado y pirólisis. Las materias primas preferidas incluyen metano, dióxido de carbono y otros hidrocarburos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo y método para mejorar la demanda energética específica de sistemas de pirólisis o reformación por plasma

Declaración de investigación patrocinada por el gobierno:

Esta invención se realizó con el apoyo del gobierno bajo el número de subvención DE-SC0019791, otorgada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, Investigación en Innovación para Pequeñas Empresas. El gobierno posee ciertos derechos sobre la invención.

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a reducir la energía específica requerida para reformar o pirolizar reactivos en plasmas que funcionan a altos caudales y altas presiones. Además, se desea disminuir la potencia de todo el sistema. Se divulgan sistemas y métodos para 1) introducir electrones y/o materiales fácilmente ionizables en un reactor de plasma, 2) aumentar la turbulencia y la velocidad de remolino de los flujos de gases de alimentación para mejorar la mezcla en un reactor de plasma, 3) aumentar la presión de funcionamiento y la presión de los productos generados y 4) reducir la materia prima sin reaccionar de un reactor de plasma.

Antecedentes de la invención

El documento US 2008/075649 A1 divulga métodos y aparatos para la producción de partículas ultrafinas mediante síntesis por plasma enfriado. Los sistemas de reactores de plasma también se pueden utilizar para reformar o pirolizar una materia prima de reactivos en un producto molecularmente diferente. Para aplicaciones industriales es deseable hacer funcionar sistemas de reactores de plasma a un caudal elevado, presiones elevadas y potencia con baja entrada de energía específica.

A medida que el caudal aumenta a una potencia dada, la proporción energía/masa disminuye, lo que da como resultado temperaturas más bajas que pueden hacer que el plasma se vuelva inestable. De manera similar, a medida que la presión aumenta a una potencia dada, la trayectoria libre media de los electrones disminuye y los plasmas pueden volverse inestables. En la actualidad, para mantener un plasma a altas presiones y/o alto caudal, se aplica energía adicional, lo que da como resultado temperaturas más altas del plasma. Los plasmas con temperaturas más altas dan como resultado una mayor concentración de electrones, lo que aumenta la estabilidad del plasma.

A menudo, la temperatura a la que es estable un plasma de alta presión y/o alto caudal es mayor que la temperatura realmente requerida para reformar o pirolizar los reactivos. En tales casos, se utiliza energía superior a la requerida para reformar o pirolizar reactivos, lo que lleva a una menor eficiencia energética. Es más, las altas temperaturas pueden ser difíciles de contener, funcionar a temperaturas superiores a las requeridas puede acortar la vida útil del equipo y limitar los materiales que pueden usarse para construir el reactor, y es posible que sea necesario enfriar los productos antes de su procesamiento posterior.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona un sistema de reactor de plasma para la conversión de uno o más reactivos en productos según la reivindicación 1. En las reivindicaciones subordinadas se describen realizaciones preferidas.

Para permitir que los sistemas de reactores de plasma funcionen a temperaturas más bajas con mayor eficiencia energética, electrones, materiales fácilmente ionizables, o tanto electrones como materiales fácilmente ionizables se alimentan al reactor de plasma. Los electrones tienden a ser el absorbente de gran parte de la energía aplicada, por tanto, aumentar la concentración de electrones puede simplificar la ignición y mejorar la estabilidad del plasma. Introducir materiales fácilmente ionizables, materiales con bajo voltaje de ruptura, tales como sales alcalinas y/o metales alcalinos, o moléculas de bajo potencial de ionización, tales como TDAE (tetrakis(dimetilamino)etileno) y moléculas similares, en el reactor de plasma aumentará la cantidad de electrones (absorbentes) en la cámara de plasma a una temperatura dada, ya que estos materiales se ionizan a temperaturas más bajas que las moléculas que generalmente se encuentran en las materias primas de reactivo. Por tanto, un plasma de temperatura más baja se puede catalizar o sembrar para que tenga la misma densidad de electrones (absorbente) que un plasma de temperatura más alta. Como alternativa, se pueden introducir sólidos en la descarga, lo que daría como resultado temperaturas reducidas para el procesamiento y la descomposición y mantenimiento del plasma. Los sólidos podrían ser nanopartículas metálicas con bordes afilados o sólidos de carbono (tales como negro de humo). Además de ayudar en la rotura del gas, el mantenimiento de la descarga, también pueden participar en los procesos químicos, por ejemplo, como sitios de nucleación para la formación de sólidos (por ejemplo, en la pirólisis del metano).

Catalizar o sembrar el reactor con materiales de ruptura a bajo voltaje o electrones permitirá el funcionamiento a temperaturas más bajas con una estabilidad del plasma mejorada. Esto a su vez permitirá el funcionamiento del plasma a mayores caudales y/o presiones más altas. Este aumento en el rendimiento puede dar como resultado una mayor eficiencia energética, ya que se gasta menos energía en calentar los reactivos a temperaturas superiores a las requeridas para la reacción.

Una buena mezcla de reactivos también es clave para poder funcionar a temperaturas más bajas. Para fomentar una mezcla completa, se introduce una entrada de gas "tornado", lo que da como resultado una mayor velocidad de remolino. La entrada de gas tornado produce una mezcla turbulenta que conduce a temperaturas más homogéneas y fomenta la formación de productos.

De manera adicional, funcionar a temperaturas de plasma más bajas permitirá el uso de un lecho de catalizador muy cerca del plasma, ya que la temperatura del producto no tendrá que enfriarse o no tendrá que enfriarse tanto para estar por debajo de la temperatura de fusión del catalizador. Incluir un catalizador puede fomentar la conversión de cualquier reactivo restante en el producto objetivo. Por tanto, aumentando la eficiencia energética y el rendimiento del producto al tiempo que disminuye la materia prima sin reaccionar de reactivos.

Para reducir la producción de residuos, reducir el consumo de materias primas y, en general, aumentar la eficiencia energética, el gas de cola que puede producirse en procesos posteriores se puede reciclar de nuevo al reactor de plasma. El uso y la combinación de estas técnicas conducirán a una reducción de la demanda energética específica en los sistemas de reactores de plasma.

La compresión de los reactivos es más fácil que la compresión de los gases producto y, por tanto, es deseable funcionar a una presión de entrada más alta. El funcionamiento con plasma a alta presión es un desafío. Se describen medios para funcionar a mayor presión.

Breve descripción de los dibujos

Para ilustrar mejor la invención y ayudar en una descripción más detallada que proporcione otras ventajas y objetivos de la invención, se hace referencia a los siguientes dibujos. Cabe señalar que estas realizaciones son ejemplos específicos de la invención y no deben entenderse como casos limitantes del alcance de esta invención. Los dibujos son los siguientes:

Figura 1: Diagrama de bloques de un reactor de plasma según la técnica anterior.

Figura 2: Diagrama de bloques de un reactor de plasma sembrado con electrones según la primera realización. Figura 3: Vista en sección transversal de un primer ejemplo de unidad de entrada de tornado.

Figura 4: Vista en sección transversal de un primer ejemplo de unidad de entrada tornado perpendicular al eje que pasa por la entrada de cámara de tornado.

Figura 5: Vista en sección transversal de un segundo ejemplo de unidad de entrada de tornado.

Figura 6: Vista en sección transversal de un primer ejemplo de unidad de entrada de tornado perpendicular al eje que pasa por la entrada de cámara de tornado.

Figura 7: Vista en sección transversal de un primer ejemplo de unidad de reactor de segunda fase.

Figura 8: Diagrama de bloques de un reactor de plasma sembrado con electrones según la segunda realización.

Figura 9: Vista en sección transversal de un tercer ejemplo de unidad de entrada de tornado.

Figura 10: Vista en sección transversal de un cuarto ejemplo de unidad de entrada de tornado.

Figura 11: Diagrama de bloques de un reactor de plasma sembrado con electrones según la tercera realización.

Figura 12: Vista en sección transversal de un segundo ejemplo de unidad de reactor de segunda fase.

Figura 13: Diagrama de bloques de un reactor de plasma sembrado con electrones según la cuarta realización.

Descripción detallada de la invención

La figura 1 muestra un diagrama de bloques de un reactor de plasma según la técnica anterior1.Reactivos2se alimentan a una unidad de acondicionamiento pre-plasma opcional3.La unidad de acondicionamiento pre-plasma3puede realizar procesos que incluyen limpieza de gases, lavado de moléculas, precalentamiento, o una variedad de otros procesos conocidos por los expertos en la técnica. Los reactivos preacondicionados4que salen de la unidad de acondicionamiento pre-plasma opcional3fluyen a continuación hacia un reactor de plasma9.En el reactor de plasma9la composición molecular de los reactivos preacondicionados4se altera, formando un producto inicial y materia prima sin reaccionar10que tiene una composición molecularmente diferente. El producto inicial y materia prima sin reaccionar10fluye a continuación hacia una unidad de acondicionamiento/procesamiento post-plasma opcional13.

La unidad de procesamiento/acondicionamiento post-plasma13puede realizar procesamientos que incluyen limpieza de gases, lavado de moléculas, recuperación de calor, compresión de gases, separación de productos, suplementación de gases, procesos de Fischer-Tropsch, así como en otros procesos conocidos por los expertos habituales en la técnica. Un producto final14sale de la unidad de procesamiento/acondicionamiento post-plasma opcional13.

Si la unidad de acondicionamiento pre-plasma opcional3se omite, entonces los reactivos preacondicionados4son equivalentes a los reactivos2.De manera similar, si la unidad de procesamiento/acondicionamiento post-plasma opcional13se omite, entonces el producto final14es equivalente al producto inicial y materia prima sin reaccionar10.

Como se ha analizado anteriormente, reactores de plasma según la técnica anterior1,especialmente aquellos que funcionan a presión atmosférica y superior, tienden a funcionar a temperaturas superiores a las requeridas para accionar las reacciones por sí solas. El exceso de temperatura es necesario para mantener la estabilidad del plasma. Las siguientes realizaciones de la invención presentan métodos para disminuir la demanda energética específica para la reformación al 1) aumentar la conductividad de los reactivos, 2) aumentar la mezcla de turbulencia y 3) reducir la materia prima sin reaccionar.

Realización 1:

La figura 2 ofrece un diagrama de bloques de un reactor de plasma sembrado con electrones según la primera realización101.Reactivos102se alimentan a una unidad de acondicionamiento pre-plasma opcional103.La unidad de acondicionamiento pre-plasma103puede realizar procesos que incluyen limpieza de gases, lavado de moléculas, precalentamiento, o una variedad de otros procesos. Reactivos preacondicionados104que salen de la unidad de acondicionamiento pre-plasma opcional103fluyen a continuación hacia una unidad de catálisis o de siembra105donde se añaden electrones y/o materiales fácilmente ionizables a los reactivos preacondicionados104formando reactivos catalizados o sembrados106.En la presente divulgación, el término "materiales fácilmente ionizables" se define como aquellos átomos y moléculas que tienen una energía de ionización inferior a 5,5 eV. Los reactivos catalizados o sembrados.106fluyen hacia una unidad de entrada de tornado107donde se imparten altas velocidades de remolino formando reactivos con una alta velocidad de remolino108.Los reactivos con una alta velocidad de remolino108entran en el reactor de plasma109.En el reactor de plasma109,la composición molecular de los reactivos con alta velocidad de remolino108se altera, formando un producto inicial y materia prima sin reaccionar110que tiene una composición molecularmente diferente. El producto inicial y materia prima sin reaccionar.110fluye hacia una unidad de reactor de segunda fase111donde se forma producto adicional a partir de la materia prima sin reaccionar en el producto y materia prima sin reaccionar110.El producto inicial112fluye fuera de la unidad de reactor de segunda fase111y a una unidad opcional de acondicionamiento/procesamiento post-plasma113.La unidad de procesamiento/acondicionamiento post-plasma113puede realizar procesos que incluyen limpieza de gases, lavado de moléculas, recuperación de calor, compresión de gases, separación de productos, suplementación de gases, procesos de Fischer-Tropsch, así como en otros procesos conocidos por los expertos habituales en la técnica. El producto final114sale de la unidad de procesamiento/acondicionamiento post-plasma opcional113.

Opcionalmente, pueden producirse residuos no reciclados115y gas de cola116en la unidad de procesamiento/acondicionamiento post-plasma113.Como se muestra en la figura 2, el gas de cola116se puede reinyectar con los reactivos102en la unidad de acondicionamiento pre-plasma opcional103.Vale la pena señalar que dependiendo de la composición del gas de cola116también podría reintroducirse en la unidad de catálisis o de siembra105,la unidad de entrada de tornado107,o directamente en el reactor de plasma109.

La adición de la unidad de catálisis o de siembra105,la unidad de entrada de tornado107,y la unidad de reactor de segunda fase111permiten la reformación o pirólisis basada en plasma con una menor demanda energética específica. La presencia de electrones y/o materiales fácilmente ionizables introducidos en la unidad de catálisis o de siembra105permitirá que el reactor de plasma109funcione a temperaturas más bajas o presiones más altas mientras se mantiene o mejora la estabilidad del plasma. Un plasma estable a temperatura más baja permitirá un mayor rendimiento para una potencia dada, lo que da como resultado una disminución de la demanda energética específica para procesar gases (es decir, una mayor eficiencia energética). Además, la presencia de electrones y/o materiales fácilmente ionizables puede simplificar la ignición dado que hay más absorbentes presentes.

La inclusión de la unidad de entrada de tornado107introducirá turbulencias en el reactor de plasma109.Un flujo turbulento mejorará la mezcla de los gases en el reactor de plasma109.Esto, a su vez, fomentará la formación de productos y reducirá los gradientes de temperatura que se forman dentro del reactor de plasma109.Una temperatura más homogénea y una mejor mezcla reducirán la fracción de gases que pasan por el reactor de plasma109sin ser reformados ni pirolizados. Por tanto, minimizando la cantidad de materia prima sin reaccionar dentro del producto inicial y la materia prima sin reaccionar110.

La inclusión de la unidad del reactor de segunda fase111fomenta la formación de producto inicial adicional en el producto inicial y materia prima sin reaccionar110.La unidad de reactor de segunda fase111puede incluir un lecho de catalizador. El lecho de catalizador en la unidad del reactor de segunda fase111fomenta la formación de producto inicial adicional al 1) estar compuesto por un catalizador que fomenta la formación de producto inicial deseada, y 2) mejorar aún más la mezcla de los gases y reducir los gradientes de temperatura dentro de los gases al fluir a través del lecho.

Si la unidad de acondicionamiento pre-plasma opcional103se omite, entonces los reactivos preacondicionados104son equivalentes a los reactivos102.De manera similar, si la unidad de procesamiento/acondicionamiento post plasma opcional113se omite, entonces el producto final114es equivalente al producto inicial112.

Materiales y construcción de ejemplo para la realización 1:

El sistema de reactor de plasma según la primera realización101,puede usar reactivos102,reactivos preacondicionados104y gas de cola116que comprende nitrógeno, oxígeno, argón, helio, neón, hidrógeno, cloro, flúor, amoniaco, dióxido de carbono, monóxido de carbono, cloruro de hidrogeno, óxido nitroso, trifluoruro de nitrógeno, dióxido de azufre, hexafloruro de azufre, metano, acetileno, etano, eteno, propano, propeno, butano, buteno, gasolina, gasóleo, queroseno, otros hidrocarburos, clorofluorocarburos, metanol, etanol, propanol, butanol, otros alcoholes, aire, agua, o combinaciones de los mismos. Preferentemente los reactivos102,reactivos preacondicionados104y gas de cola116incluyen al menos (1) metano, (2) dióxido de carbono, (3) dióxido de carbono y metano, (4) agua y metano, (5) dióxido de carbono y agua, o (6) hidrógeno.

Como se ha mencionado anteriormente, la unidad de acondicionamiento pre-plasma 103 puede incluir limpieza de gas, lavado de moléculas, precalentamiento, o una variedad de otros procesos.

La unidad de catálisis o de siembra105,que proporciona los electrones y/o materiales fácilmente ionizables, puede incluir un controlador de flujo másico o un inyector controlado o nebulizador configurado para inyectar una cantidad controlada de una sal alcalina dentro de una solución de disolvente o propulsor de aerosol, o una molécula orgánica fácilmente ionizable tal como TDAE (tetrakis(dimetilamino)etileno).

El disolvente o propulsor utilizado puede incluir agua, etanol, ciclohexano, heptano, benceno, trementina, metanol, hexano, cloroformo, pentano, tolueno, alcoholes, acetona, clorofluorocarburos, propano, butano, isobutano, éter dimetílico, éter metiletílico, óxido nitroso, dióxido de carbono, hidrofluoroalcanos e hidrofluoroolefinas. La sal alcalina puede incluir carbonato de sodio, bicarbonato de sodio, hidróxido de sodio, nitrato de sodio, hidróxido de litio, nitruro de litio, carbonato de litio, óxido de potasio, hidróxido de potasio, carbonato de potasio, carbonato de cesio, óxido de cesio, nitrato de cesio, hidróxido de cesio, hidróxido de calcio, nitruro de calcio, carbonato de calcio, nanopartículas de sodio, nanopartículas de potasio, nanopartículas de cesio y nanopartículas de calcio, cloruro de sodio, dicromato de potasio, cloruro de calcio y/o bisulfato de sodio.

También se podrían alimentar de forma controlada sólidos como nanopartículas metálicas con bordes afilados o sólidos de carbono (tal como negro de humo). Es más, dichas partículas pueden servir como sitios de nucleación para la formación de sólidos (por ejemplo, en la pirólisis del metano).

La unidad de catálisis o de siembra105también puede incluir un emisor termoiónico, tubos de rayos catódicos, descarga luminosa, descarga de barrera dieléctrica, descarga de microondas, descarga de radiofrecuencia, descarga de corona, descarga de arco eléctrico, inclusión de un reactor revestido con un material radiactivo que sufre desintegración beta (tal como níquel-63) o desintegración alfa (tal como americio-241), ablación por láser de un objetivo que comprende álcali y/o metales alcalinos, pulverización catódica de un objetivo que comprende álcali y/o metales alcalinos, y/o evaporación de un material que comprende álcali y/o metales alcalinos.

La unidad de catálisis o de siembra.105también puede incluir ionización por electropulverización. Preferentemente, las cargas en los aerosoles son negativas. Aunque las cargas negativas están en iones fuera de la unidad, cuando los aerosoles entran en la región calentada del plasma exterior, los iones ionizados negativamente se disociarían fácilmente generando electrones libres. Puede ser posible utilizar una solución de material alcalino en el líquido utilizado para la electropulverización. En este caso, la electropulverización introduce tanto iones negativos fácilmente ionizables como átomos alcalinos fácilmente ionizables.

Preferentemente, la unidad de catálisis o de siembra105es un controlador de flujo másico o inyector controlado configurado para inyectar una cantidad controlada de una sal alcalina dentro de una solución de disolvente o propulsor de aerosol, moléculas de bajo potencial de ionización o una alimentación sólida.

Preferentemente, la sal alcalina incluye litio, sodio, potasio, rubidio, cesio y/o calcio. Más preferentemente, la sal alcalina incluye sodio, potasio y/o cesio. En estos casos más preferidos, las sales alcalinas preferidas son carbonato de sodio, bicarbonato de sodio, hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, carbonato de potasio, carbonato de cesio y/o hidróxido de cesio. En casos más preferidos donde se utiliza sodio, la fracción molar de sodio en la alimentación total que entra en el reactor de plasma109está preferentemente entre el 0,01 y el 1 %, más preferentemente entre el 0,05 y el 0,5 %. En casos más preferidos donde se utiliza potasio, la fracción molar de potasio en la alimentación total que entra en el reactor de plasma109está preferentemente entre el 0,0001 y el 0,01 %, más preferentemente entre el 0,0005 y el 0,005 %. En los casos más preferidos donde se utiliza cesio, la fracción molar de cesio en la alimentación total que entra en el reactor de plasma109está preferentemente entre el 0,00001 y el 0,001 %, más preferentemente entre el 0,00005 y el 0,0005 %.

La figura 3 ofrece una vista en sección transversal de un primer ejemplo de unidad de entrada de tornado120que puede servir como unidad de entrada de tornado107.En este ejemplo, la pared de cámara de tornado.121rodea y está en contacto con una superficie exterior122del reactor de plasma, formando una unión hermética123.La superficie interior124del reactor de plasma tiene un diámetro menor que la superficie exterior122del reactor de plasma, y estas superficies se extienden hacia la región encerrada por la pared de cámara de tornado121,terminando en una superficie superior125del reactor de plasma. Los puntos que se extienden más allá de la superficie exterior122del reactor de plasma y la superficie interior124del reactor de plasma indican que el reactor de plasma109puede continuar, sólo se muestra la porción correspondiente a la unidad de entrada de tornado107. La porción del reactor de plasma que se muestra es radialmente simétrica, la abertura adyacente a la superficie superior125del reactor de plasma a lo largo de la superficie interior124del reactor de plasma forma una entrada126al reactor de plasma. Existe un hueco127entre la superficie superior125del reactor de plasma y la pared de cámara de tornado121.Reactivos catalizados o sembrados106entran en la cámara creada por la pared de cámara de tornado121y la superficie exterior122del reactor de plasma a través de una entrada de cámara de tornado128.La entrada de cámara de tornado128está orientada de modo que los reactivos catalizados o sembrados106que entran tengan un movimiento de remolino de radio grande129.El movimiento de remolino en esta región tiene una primera velocidad de remolino. A medida que los reactivos catalizados o sembrados106entran en la entrada126al reactor de plasma los gases se confinan a un movimiento de remolino de radio pequeño130,en donde el movimiento de remolino en esta región tiene una segunda velocidad de remolino. Para conservar el momento angular al pasar del movimiento de remolino de radio grande129al movimiento de remolino de radio pequeño130,la velocidad radial debe aumentar. Las velocidades radiales más grandes en las regiones con movimiento de remolino de radio pequeño130puede conducir a flujos turbulentos que darán como resultado una buena mezcla de reactivos y temperaturas más homogéneas.

La figura 4 ofrece una vista en sección transversal de un primer ejemplo de unidad de entrada de tornado120perpendicular al eje que pasa por el centro de la entrada de cámara de tornado128.Reactivos catalizados o sembrados106se inyectan a través de la entrada de cámara de tornado128de tal manera que se imparta una velocidad de remolino, en otras palabras, un ángulo de azimut131está incluido (la entrada de cámara de tornado128no está dirigida directamente hacia el eje central). Preferentemente, el ángulo de azimut131está entre 30 y 90 grados. Si bien en la figura 4 se muestra una sola entrada de cámara de tornado128, podrían incluirse múltiples entradas de cámara de tornado128. En el caso donde se incluyan múltiples entradas de cámara de tornado128,el ángulo de azimut131de una entrada a otra puede diferir.

El primer ejemplo de unidad de entrada de tornado120que puede servir como unidad de entrada de tornado107tiene el beneficio adicional de que si el plasma se generó dentro del área encerrada por el reactor de plasma109donde se muestra el movimiento de remolino de radio pequeño130, el calor podría transferirse a través de las paredes del reactor de plasma109.La superficie interior más caliente124del reactor de plasma podría enfriarse a partir de los reactivos sembrados o catalizados más fríos106incidentes a lo largo de la superficie exterior122del reactor de plasma. Esto puede ayudar a proteger el reactor de plasma109de la fusión. De manera similar, los reactivos catalizados o sembrados más fríos106podría precalentarse absorbiendo energía de la superficie exterior122del reactor de plasma, reduciendo así la energía que debe suministrarse dentro del reactor de plasma109para reformar o pirolizar, aumentando así la eficiencia.

La figura 5 ofrece una vista en sección transversal de un segundo ejemplo de unidad de entrada de tornado140que puede servir como unidad de entrada de tornado107.En este ejemplo, una pared de cámara de tornado tipo embudo141contacta con el reactor de plasma109,formando una unión hermética123.La superficie interior124del reactor de plasma tiene un diámetro menor que la superficie exterior122del reactor de plasma, con estas superficies terminando en una superficie superior125del reactor de plasma. Los puntos que se extienden más allá de la superficie exterior122del reactor de plasma y la superficie interior124del reactor de plasma indican que el reactor de plasma109puede continuar, sin embargo, sólo se muestra la porción correspondiente a la unidad de entrada de tornado107. La porción del reactor de plasma que se muestra es radialmente simétrica, la abertura adyacente a la superficie superior125del reactor de plasma a lo largo de la superficie interior124del reactor de plasma forma una entrada126al reactor de plasma. Reactivos catalizados o sembrados106entran en la cámara creada por la pared de cámara de tornado tipo embudo141a través de una entrada de cámara de tornado tipo embudo142.La entrada de cámara de tornado tipo embudo142está orientado de modo que los reactivos catalizados o sembrados106que entran tengan un movimiento de remolino. Un movimiento de remolino ahusado143se produce a medida que la pared de cámara de tornado tipo embudo141se estrecha hacia dentro hacia la entrada126al reactor de plasma. A medida que los reactivos catalizados o sembrados106entran en la entrada126al reactor de plasma los gases se confinan a un movimiento de remolino de radio pequeño130.Para conservar el momento angular, la velocidad de remolino de los reactivos catalizados o sembrados106aumenta a medida que la pared de cámara de tornado tipo embudo141se estrecha, las velocidades de remolino más grandes se mantienen en las regiones con movimiento de remolino de radio pequeño130lo que conduce a flujos turbulentos que darán como resultado una buena mezcla de reactivos y temperaturas más homogéneas dentro del reactor de plasma109.

La figura 6 ofrece una vista en sección transversal de un segundo ejemplo de unidad de entrada de tornado140perpendicular al eje que pasa por el centro de la entrada de cámara de tornado tipo embudo142.Reactivos catalizados o sembrados106se inyectan a través de la entrada de cámara de tornado tipo embudo142de tal manera que se imparta una velocidad de remolino, en otras palabras, un ángulo de azimut131está incluido (la entrada de cámara de tornado tipo embudo142no está dirigida directamente hacia el eje central). Preferentemente, el ángulo de azimut131está entre 30 y 90 grados. Si bien en la figura 6 se muestra una sola entrada de cámara de tornado tipo embudo142, podrían incluirse múltiples entradas de cámara de tornado tipo embudo142. En el caso de que múltiples entradas de cámara de tornado tipo embudo142estén incluidas, el ángulo de azimut131de una entrada a otra puede diferir.

Preferentemente, la unidad de entrada de tornado107produce velocidades de remolino superiores a 0,5 m/s. Más preferentemente, la unidad de entrada de tornado.107produce velocidades de remolino superiores a 2 m/s.

El reactor de plasma109contiene una fuente de energía que puede ser una descarga luminosa de CC, descarga de radiofrecuencia, descarga de arco, descarga de corona, descarga de barrera dieléctrica, descarga de microondas, descarga de CA o descarga de arco deslizante. Preferentemente, la fuente de energía en el reactor de plasma.109es una descarga de microondas.

Como se ha mencionado anteriormente, la unidad de reactor de segunda fase111puede incluir un lecho de catalizador. La figura 7 proporciona una vista en sección transversal de un primer ejemplo de unidad de reactor de segunda fase150que puede servir como unidad de reactor de segunda fase111.El primer ejemplo de unidad de reactor de segunda fase150está formado por una pared de reactor de segunda fase151que forma una cámara de reactor cerrada. Producto inicial y materia prima sin reaccionar110fluyen hacia el primer ejemplo de unidad de reactor de segunda fase 150 a través de una entrada de reactor de segunda fase152.Producto inicial112fluye fuera del primer ejemplo de unidad de reactor de segunda fase150a través de una salida de reactor de segunda fase153.El reactor cerrado formado por la pared de reactor de segunda fase151contiene un lecho de catalizador154.

El lecho del catalizador154en el primer ejemplo de unidad de reactor de segunda fase150fomenta la formación de producto inicial adicional112al 1) estar compuesto por un catalizador que fomenta la formación de producto inicial deseada, y 2) mejorar aún más la mezcla de los gases y reducir los gradientes de temperatura dentro de los gases al fluir a través del lecho de catalizador154.El catalizador utilizado en el lecho de catalizador puede contener níquel, platino, rutenio, rodio, paladio, plata, osmio, iridio, oro, cobre, alúmina, vanadio, hierro, aluminosilicatos, zeolitas y/o renio. Si el primer ejemplo de unidad de reactor de segunda fase150se utiliza como unidad de reactor de segunda fase.111el lecho de catalizador154contiene preferentemente níquel.

Una unidad de reactor de segunda fase111que incluye un lecho de catalizador154tal como el descrito en el primer ejemplo de unidad de reactor de segunda fase150anterior sería especialmente aplicable para correformar dióxido de carbono y metano o agua y metano. Se podría alentar a los reactivos que pasaron sin reaccionar a reformarse a monóxido de carbono e hidrógeno al incluir un lecho de catalizador154que comprende níquel.

Como se ha mencionado anteriormente, la unidad opcional de acondicionamiento/procesamiento post-plasma113puede realizar procesos que incluyen limpieza de gases, lavado de moléculas, recuperación de calor, compresión de gases, separación de productos, suplementación de gas y procesamiento posterior, tal como procesos de Fischer-Tropsch, así como en otros procesos conocidos por los expertos habituales en la técnica. Preferentemente, gas de cola116se recicla para reducir los residuos y mejorar la conversión en masa.

El producto inicial y materia prima sin reaccionar110,producto inicial112,y el producto final114pueden incluir nitrógeno, oxígeno, argón, helio, neón, hidrógeno, cloro, flúor, amoniaco, dióxido de carbono, monóxido de carbono, cloruro de hidrogeno, óxido nitroso, trifluoruro de nitrógeno, dióxido de azufre, hexafloruro de azufre, metano, acetileno, etano, eteno, propano, propeno, butano, buteno, gasolina, gasóleo, queroseno, otros hidrocarburos, clorofluorocarburos, metanol, etanol, propanol, butanol, otros alcoholes, aire, agua, negro de humo, nanotubos de carbono, o combinaciones de los mismos. Preferentemente, el producto inicial112incluye al menos (1) hidrógeno y carbono (negro de humo, nanotubos de carbono y/u hollín), (2) monóxido de carbono e hidrógeno, o (3) monóxido de carbono.

La presión de funcionamiento del sistema de reactor de plasma está preferentemente entre 0,1 y 10 atm. Más preferentemente, la presión de funcionamiento está entre 0,95 y 5 atm.

Realización 2:

La figura 8 ofrece un diagrama de bloques de un reactor de plasma sembrado con electrones según la segunda realización201.El reactor de plasma sembrado según la segunda realización201es muy similar al de la primera101.

Los elementos con el mismo número cumplen una función similar a la de la primera realización. La atención se centrará en las diferencias en esta realización particular.

En el reactor de plasma sembrado con electrones según la segunda realización201,no todos los reactivos preacondicionados104(en la figura 2) pasan a través de la unidad de catálisis o de siembra105.En cambio, una primera porción de reactivos preacondicionados202evitan la unidad de catálisis o de siembra105y van a la unidad de entrada de tornado107.Una segunda porción de reactivos preacondicionados203fluyen hacia la unidad de catálisis o de siembra105donde se añaden electrones y/o materiales fácilmente ionizables a la segunda porción de reactivos preacondicionados203formando reactivos catalizados o sembrados106.Los reactivos catalizados o sembrados106fluyen a continuación hacia la unidad de entrada de tornado107.

Materiales y construcción de ejemplo para la realización 2:

Salvo que se indique lo contrario, el reactor de plasma sembrado con electrones según la segunda realización201puede utilizar los mismos materiales y construcción de ejemplo que los divulgados para el reactor de plasma sembrado con electrones según la primera realización101.Dado que la primera porción de reactivos preacondicionados202y los reactivos catalizados o sembrados106se alimentan por separado a la unidad de entrada de tornado107se pueden utilizar configuraciones alternativas para la unidad de entrada de tornado. Se divulgarán ejemplos adicionales de unidades de entrada de tornado107.

La figura 9 ofrece una vista en sección transversal de un tercer ejemplo de unidad de entrada de tornado210que puede servir como unidad de entrada de tornado107.Este ejemplo está estrechamente relacionado con el primer ejemplo de unidad de entrada de tornado120(en la figura 3), y los elementos comunes se han descrito anteriormente. La primera porción de reactivos catalizados o sembrados202entran en la cámara creada por la pared de cámara de tornado121y la superficie exterior122del reactor de plasma a través de una entrada de cámara de tornado128.Los reactivos catalizados o sembrados106entran en la cámara a través de una entrada de gas axial211.Los gases inyectados a lo largo del eje tendrán los flujos menos turbulentos, por tanto los reactivos catalizados o sembrados106puede estar más confinado al centro del reactor de plasma109esto puede ayudar a confinar el plasma al centro del reactor de plasma109.

Una vista en sección transversal del tercer ejemplo de unidad de entrada de tornado210perpendicular al eje que pasa por el centro de la entrada de cámara de tornado128sería muy similar a la proporcionada para el primer ejemplo de unidad de entrada de tornado120,en la figura 4. La única diferencia notable es que una primera porción de reactivos preacondicionados202,fluiría a través de la entrada de cámara de tornado128,en lugar de los reactivos catalizados o sembrados106,como se muestra en la figura 4. Como los ejemplos anteriores, preferentemente, el ángulo de azimut131está entre 30 y 90 grados. Si bien en la figura 4 se muestra una sola entrada de cámara de tornado128, podrían incluirse múltiples entradas de cámara de tornado128. En el caso de que múltiples entradas de cámara de tornado128estén incluidas, el ángulo de azimut131de una entrada a otra puede diferir.

La figura 10 ofrece una vista en sección transversal de un cuarto ejemplo de unidad de entrada de tornado220que puede servir como unidad de entrada de tornado107.Este ejemplo está estrechamente relacionado con el segundo ejemplo de unidad de entrada de tornado140(en la figura 5), y los elementos comunes se han descrito anteriormente. La primera porción de reactivos preacondicionados202entran en la cámara creada por la pared de cámara de tornado tipo embudo141a través de una entrada de cámara de tornado tipo embudo142.Los reactivos catalizados o sembrados106entran en la cámara a través de una entrada de gas axial211.Los gases inyectados a lo largo del eje tendrán los flujos menos turbulentos, por tanto los reactivos catalizados o sembrados106puede estar más confinado al centro del reactor de plasma109esto puede ayudar a confinar el plasma al centro del reactor de plasma109.

Una vista en sección transversal del cuarto ejemplo de unidad de entrada de tornado220perpendicular al eje que pasa por el centro de la entrada de cámara de tornado tipo embudo142sería muy similar a la proporcionada para el segundo ejemplo de unidad de entrada de tornado140,en la figura 6. La única diferencia notable es que una primera porción de reactivos preacondicionados202,fluiría a través de la entrada de cámara de tornado tipo embudo142,en lugar de los reactivos catalizados o sembrados106,como se muestra en la figura 6. Como los ejemplos anteriores, preferentemente, el ángulo de azimut131está entre 30 y 90 grados. Si bien en la figura 6 se muestra una sola entrada de cámara de tornado tipo embudo142, podrían incluirse múltiples entradas de cámara de tornado142. En el caso de que múltiples entradas de cámara de tornado142estén incluidas, el ángulo de azimut131de una entrada a otra puede diferir.

Preferentemente, la unidad de entrada de tornado220produce velocidades de remolino superiores a 0,5 m/s. Más preferentemente, la unidad de entrada de tornado.107produce velocidades de remolino superiores a 2 m/s.

Preferentemente el volumen de los gases que entran en la unidad de entrada de tornado.120como un gas de remolino tal como la primera porción de reactivo preacondicionado202que entra a través de la entrada de cámara de tornado128(en la figura 9) o la entrada de cámara de tornado tipo embudo142(en la figura 10) es al menos el doble que el volumen de los gases que entren en la unidad de entrada de tornado220como un gas axial tal como los reactivos catalizados o sembrados106que entran a través de la entrada de gas axial211.

Realización 3:

La figura 11 ofrece un diagrama de bloques de un reactor de plasma sembrado con electrones según la tercera realización.301.El reactor de plasma sembrado según la cuarta realización301es muy similar al de la primera101.

Los elementos con el mismo número realizan una función similar a la de la primera realización. La atención se centrará en las diferencias en esta realización particular.

En el reactor de plasma sembrado con electrones según la segunda realización201,reactivos secundarios302además del producto inicial y materia prima sin reaccionar110entran en la unidad de reactor de segunda fase111.

Los reactivos secundarios302pueden reformarse o pirolizarse utilizando el calor sensible dentro del producto inicial y materia prima sin reaccionar110.Añadiendo los reactivos secundarios302en la unidad de reactor de segunda fase111tiene dos beneficios principales: 1) se pueden formar productos iniciales adicionales sin necesidad de introducir energía adicional y 2) el proceso generalmente exotérmico de reformación o pirólisis enfriará los gases, dando como resultado un producto inicial112que puede manejarse más fácilmente aguas abajo.

Materiales y construcción de ejemplo para la realización 3:

La figura 12 proporciona una vista en sección transversal de un segundo ejemplo de unidad de reactor de segunda fase310que puede servir como unidad de reactor de segunda fase111.El segundo ejemplo de unidad de reactor de segunda fase310está formado por una pared de reactor de segunda fase151que forma una cámara de reactor cerrada. Producto inicial y materia prima sin reaccionar110fluyen hacia el segundo ejemplo de unidad de reactor de segunda fase310a través de una entrada de reactor de segunda fase152.Reactivos secundarios302entran en el segundo ejemplo de unidad de reactor de segunda fase310a través de entradas de reactivo adicionales311.Los reactivos secundarios302y la materia prima sin reaccionar dentro del producto inicial y materia prima sin reaccionar110pueden reformarse aún más utilizando el calor sensible en el producto inicial y materia prima sin reaccionar110.

Además, la reacción exotérmica de reformación y pirólisis enfriará los gases. El producto inicial112que fluye fuera del segundo ejemplo de unidad de reactor de segunda fase310a través de una salida de reactor de segunda fase153puede haber aumentado el producto inicial y una temperatura más fría.

Si bien en la figura 12 se muestran dos entradas de reactivo adicionales311, también se podrían utilizar más o una sola entrada. Es más, como se muestra en la figura 12, las entradas de reactivo adicionales311puede inyectar el reactivo adicional161en un ángulo no normal al eje de simetría, aunque también pueden inyectarse en un ángulo normal al eje de simetría.

El tamaño de la unidad de reactor de segunda fase.111debe ajustarse para optimizar la composición del producto inicial112.Aumentar el tamaño permitirá tiempos de reacción más prolongados y, por tanto, puede formar productos deseados adicionales, sin embargo, demasiado tiempo puede provocar una recombinación no deseada de los productos en moléculas no deseadas.

Cabe señalar que la composición de los reactivos.102y los reactivos secundarios302pueden diferir. En muchos casos, puede ser preferible que sean diferentes. Por ejemplo, si el producto deseado es hidrógeno y carbono, hidrógeno reciclado a partir de gas de cola116podría usarse como reactivo102y metano podría usarse como reactivo secundario302.El metano pirolizaría en la unidad de reactor de segunda fase.111(segundo ejemplo de unidad de reactor de segunda fase310)formando hidrógeno y carbono adicionales como producto inicial112.La formación de carbono en la unidad de reactor de segunda fase111impedirá la acumulación de carbono en el reactor de plasma109y puede prolongar la vida útil y/o reducir el tiempo de inactividad del reactor de plasma109.

Finalmente, cabe señalar que la unidad de reactor de segunda fase111puede contener elementos tanto del primer ejemplo de unidad de reactor de segunda fase150(figura 7) como del segundo ejemplo de unidad de reactor de segunda fase310(figura 12). Una unidad de reactor de segunda fase111que tiene tanto un lecho de catalizador154(figura 7) y que inyecta reactivos secundarios302(figura 12) puede fomentar la formación de producto inicial adicional112incorporando catalizadores que fomentan la formación de producto y usando eficazmente la energía térmica en el producto inicial y materia prima sin reaccionar110para reformar reactivos secundarios302.

Realización 4:

La figura 13 ofrece un diagrama de bloques de un reactor de plasma sembrado con electrones según la cuarta realización401.El reactor de plasma sembrado según la cuarta realización.401contiene todos los elementos de la primera101.Los elementos con el mismo número realizan una función similar a la de la primera realización. La atención se centrará en las diferencias en esta realización particular.

El reactor de plasma sembrado con electrones según la cuarta realización401incluye adicionalmente una unidad de medición402que realiza mediciones de propiedades de plasma403en el reactor de plasma109.La unidad de medición402genera datos de medición404a partir de las mediciones de propiedades de plasma403.Los datos de medición404se envían a un sistema de control de retroalimentación405que está configurado para interpretar el estado del reactor de plasma109y aumentar, disminuir o mantener la velocidad de catálisis o siembra que se produce en la unidad de catálisis o de siembra105.Incluir estos elementos ayudará a optimizar el rendimiento y mejorar la eficiencia del reactor de plasma sembrado con electrones según la cuarta realización401,ya que sólo se producirá la cantidad necesaria de catálisis o siembra.

Materiales y construcción de ejemplo para la realización 4:

La unidad de medición402puede contener un espectrómetro, un fotodetector, un termopar y/o un amperímetro. La unidad de medición402realiza mediciones de propiedades de plasma403,tales como el espectro electromagnético del plasma, la amplitud del espectro electromagnético del plasma, la temperatura en una ubicación definida cerca del plasma y/o el flujo de carga a través del plasma y genera datos de medición404.Los datos de medición404se envían a un sistema de control de retroalimentación405que puede ser un ordenador que está configurado para mantener una condición óptima del plasma. El sistema de control de retroalimentación405utiliza los datos de medición404para determinar si la velocidad actual de catálisis o siembra en la unidad de catálisis o de siembra105necesita aumentar, disminuir o mantenerse. El sistema de control de retroalimentación405altera la señal de control de unidad de siembra406yendo a la unidad de catálisis o de siembra105para aumentar, disminuir o mantener la velocidad a la que se produce la catálisis o la siembra. La señal de control de unidad de siembra406generalmente será una señal eléctrica utilizada para controlar una porción de la unidad de catálisis o de siembra105.

Si la unidad de catálisis o de siembra105consiste en un controlador de flujo másico, un inyector controlado, o un nebulizador configurado para inyectar una cantidad controlada de una sal alcalina dentro de una solución de disolvente o propulsor de aerosol, a continuación la señal de control de la unidad de siembra406aumentará, disminuirá o mantendrá la velocidad a la que se introduce la sal alcalina dentro de una solución de disolvente o propulsor de aerosol.

Si la unidad de catálisis o de siembra105consiste en emisor termoiónico, tubos de rayos catódicos, descarga luminosa, descarga de barrera dieléctrica, descarga de microondas, descarga de radiofrecuencia, descarga de corona o descarga de arco eléctrico, la señal de control de la unidad de siembra406aumentará, disminuirá o mantendrá la potencia aplicada.

En algunos casos, la unidad de catálisis o de siembra105puede ser capaz de apagarse una vez que el plasma sea estable. En otros casos, se requerirá constantemente un nivel básico de catálisis o siembra para mantener la estabilidad del plasma. Es más, en otros casos distintos, se puede desear un nivel de base de catálisis o siembra para mejorar el producto final114.Por ejemplo, si se utiliza gas natural como uno de los reactivos (como fuente de metano), es probable que también estén presentes pequeñas cantidades de azufre, introducir una pequeña cantidad de sodio en la unidad de catálisis o de siembra105no sólo ayudará a estabilizar el plasma sino que también puede ayudar en la eliminación de azufre, ya que el azufre puede precipitar de la corriente de gas en forma de sulfato de sodio.

Para las realizaciones 1-4, es posible invertir la dirección del flujo. Invertir la dirección del flujo, mientras se sigue generando un remolino, requiere que ambos extremos del aplicador de plasma estén conectados a la entrada/salida a través de aberturas arremolinadas. Las aberturas arremolinadas podrían ser agujeros que están inclinados (parcialmente tangenciales). Preferentemente, están inclinados en la salida para minimizar la caída de presión, de modo que la dirección del flujo esté alineada con el eje de los orificios de salida. Si este es el caso, entonces en la dirección inversa, los orificios de la salida en el flujo inverso se alinearán automáticamente con la dirección del flujo. La ventaja de invertir los flujos de esta manera es que las válvulas que controlan los flujos se pueden colocar en regiones de baja temperatura, por ejemplo, aguas arriba de la unidad de acondicionamiento pre-plasma opcional103y la unidad de acondicionamiento/procesamiento post-plasma opcional113.Durante el flujo inverso, la unidad que anteriormente funcionaba como unidad de acondicionamiento/procesamiento pre-plasma opcional103actuaría entonces como unidad de acondicionamiento/procesamiento post-plasma opcional113,asimismo, la unidad que anteriormente funcionaba como unidad de acondicionamiento/procesamiento post-plasma opcional113actuaría entonces como unidad de acondicionamiento pre-plasma opcional103.Las unidades103y113podrían ser regeneradores, y al invertir la dirección del flujo, es posible precalentar los gases de entrada y enfriar simultáneamente los gases de salida. Cuando las unidades103y113son regeneradores, el material de relleno en el regenerador tiene alta capacidad calorífica y tolerancia a altas temperaturas. Se puede clasificar, de modo que los materiales con mayor capacidad calorífica se ubiquen más cerca del reactor de plasma109,que es el más caliente, mientras que los materiales menos costosos se pueden ubicar más alejados del reactor de plasma109.El tiempo necesario para invertir el flujo (cuando la salida alcanza su límite o la entrada se enfría demasiado) está determinado por el caudal másico y la capacidad calorífica del regenerador.

Para las realizaciones 1-4, también sería posible incluir múltiples unidades de entrada de tornado107y reactores de plasma109en serie. Cuando se incluyen múltiples unidades de entrada de tornado107y reactores de plasma109, el producto inicial y materia prima sin reaccionar110procedente del primer reactor de plasma fluiría hacia la unidad de entrada de tornado de la segunda unidad de entrada de tornado como reactivo catalizado o sembrado106.

Multiplexar las unidades de esta manera puede reducir la cantidad de materia prima sin reaccionar y crear sistemas de reformación por plasma escalables.

Cabe señalar que las diversas combinaciones de las cuatro realizaciones presentadas también podrían realizarse a partir de esta divulgación. Queda en manos de un experto habitual en la técnica elegir las partes particulares de cada una de estas realizaciones para una aplicación particular de reformación o pirólisis.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de reactor de plasma para la conversión de uno o más reactivos en productos, que comprende:

una unidad de catálisis o de siembra;

una fuente de electrones, materiales fácilmente ionizables o tanto electrones como materiales ionizables en comunicación con dicha unidad de catálisis o de siembra, en donde los materiales fácilmente ionizables se definen como átomos y moléculas que tienen una energía de ionización inferior a 5,5 eV;

una unidad de entrada de tornado que tiene una entrada de cámara de tornado;

un reactor de plasma;

y una unidad de reactor de segunda fase dispuesta aguas abajo del reactor de plasma;

en donde una primera porción de reactivos entra en la unidad de catálisis o de siembra, en donde la unidad de catálisis o de siembra introduce un flujo de los electrones, los materiales fácilmente ionizables, o tanto los electrones como los materiales fácilmente ionizables, en la primera porción de reactivos;

en donde una salida de la unidad de catálisis o de siembra está en comunicación con la unidad de entrada de tornado;

en donde una segunda porción de reactivos entra en la unidad de entrada de tornado a través de la entrada de cámara de tornado, en donde una salida de la unidad de entrada de tornado produce velocidades de remolino y está en comunicación con el reactor de plasma;

en donde el reactor de plasma aumenta la temperatura de la primera porción de reactivos y la segunda porción de reactivos;

en donde el reactor de plasma, la unidad de reactor de segunda fase, o tanto el reactor de plasma como la unidad de reactor de segunda fase, están configurados para convertir la primera porción de reactivos y la segunda porción de reactivos en un producto, en donde la composición molecular de la primera porción de reactivos tiene una composición molecular diferente de la del producto.

2. El sistema de reactor de plasma de la reivindicación 1, en donde dicha unidad de catálisis o de siembra incluye un controlador de flujo másico, un inyector controlado, o un nebulizador configurado para dispensar una cantidad controlada de una sal alcalina dentro de una solución de disolvente o propulsor de aerosol, moléculas de bajo potencial de ionización o una alimentación sólida.

3. El sistema de reactor de plasma de la reivindicación 1, en donde dicha unidad de catálisis o de siembra incluye una unidad de emisión termoiónica, una unidad de tubo de rayos catódicos, una unidad de descarga luminosa, una unidad de descarga de barrera dieléctrica, una unidad de descarga de microondas, una unidad de descarga de radiofrecuencia, una unidad de descarga de corona, una unidad de descarga de arco eléctrico, una unidad de desintegración beta radiactiva, una unidad de ablación por láser con un objetivo que comprende un metal alcalino, una unidad de pulverización catódica con un objetivo que comprende un metal alcalino, una unidad de ionización por electropulverización, o una unidad de evaporación que comprende metales alcalinos.

4. El sistema de reactor de plasma de la reivindicación 1, que está configurado de modo que la primera porción de reactivos y la segunda porción de reactivos entran en la unidad de entrada de tornado a través de la entrada de cámara de tornado con un movimiento de remolino de radio grande y salen de la unidad de entrada de tornado con un movimiento de remolino de radio pequeño.

5. El sistema de reactor de plasma de la reivindicación 1, que está configurado de modo que la primera porción de reactivos y la segunda porción de reactivos entran en la unidad de entrada de tornado a través de la entrada de cámara de tornado con un movimiento de remolino de radio grande que se estrecha hasta un movimiento de remolino de radio pequeño.

6. El sistema de reactor de plasma de la reivindicación 1, donde la unidad de entrada de tornado comprende además una entrada axial;

en donde la primera porción de reactivos que salen de la unidad de catálisis o de siembra entran en la unidad de entrada de tornado a través de la entrada axial; y

en donde la segunda porción de reactivos entra en la unidad de entrada de tornado a través de la entrada de cámara de tornado con un movimiento de remolino de radio grande y sale de la unidad de entrada de tornado con un movimiento de remolino de radio pequeño, y en donde la segunda porción de reactivos no pasa a través de la unidad de catálisis o de siembra.

7. El sistema de reactor de plasma de la reivindicación 1, donde la unidad de entrada de tornado comprende además una entrada axial;

en donde la segunda porción de reactivos entra en la unidad de entrada de tornado a través de la entrada de cámara de tornado con un movimiento de remolino de radio grande que se estrecha hasta un movimiento de remolino de radio pequeño, y en donde la segunda porción de reactivos no pasa a través de la unidad de catálisis o de siembra.

8. El sistema de reactor de plasma de la reivindicación 1, que comprende además una segunda unidad de entrada de tornado;

en donde la segunda unidad de entrada de tornado está ubicada aguas abajo del reactor de plasma.

9. El sistema de reactor de plasma de la reivindicación 1, que comprende además una segunda unidad de entrada de tornado y una segunda unidad de reactor de plasma;

en donde el producto formado en dicho reactor de plasma fluye a través de la segunda unidad de entrada de tornado hacia la segunda unidad de reactor de plasma.

10. El sistema de reactor de plasma de la reivindicación 1, en donde la unidad de reactor de segunda fase comprende un lecho de catalizador, opcionalmente en donde el lecho de catalizador comprende un material metálico.

11. El sistema de reactor de plasma de la reivindicación 1, en donde la unidad de reactor de segunda fase comprende además una entrada de reactivo a través de la cual fluye un reactivo secundario,

opcionalmente, en donde la unidad de reactor de segunda fase contiene además un lecho de catalizador que comprende un material metálico.

12. El sistema de reactor de plasma de la reivindicación 1, que comprende además un sistema de control de retroalimentación;

en donde dicho sistema de control de retroalimentación mide las propiedades de dicho reactor de plasma y controla el caudal con el que dicho flujo de electrones, materiales fácilmente ionizables, o tanto electrones como materiales fácilmente ionizables entran en dicha unidad de catálisis o de siembra,

opcionalmente, en donde dicho sistema de control de retroalimentación mide los cambios de propiedades de dicho reactor de plasma debido a la fluctuación en la potencia suministrada a dicho reactor de plasma y controla el caudal con el que dicho flujo de electrones, materiales fácilmente ionizables, o tanto electrones como materiales fácilmente ionizables entran en dicha unidad de catálisis o de siembra.