Limpieza de combustible para motores alimentados por gas.

Un método de limpieza de la carga de alimentación de gas combustible para un motor de combustión interna quecomprende el paso del gas combustible a través de un filtro,

en el que el filtro contiene una resina de intercambioiónico a base de estireno-5 divinilbenceno.

Limpieza de combustible para motores alimentados por gas La presente invención se refiere a limpieza de combustible para motores alimentados por gas, por ejemplo motores alternativos de combustión interna y motores de turbina de gas.

Estos dos tipos de motor adolecen de un deterioro en el rendimiento y corrosión de sus piezas internas si el combustible gaseoso que se les suministra contiene impurezas. Esto sucede, especialmente, cuando el combustible es, o contiene como componente principal, metano. Dichos combustibles son producidos, por ejemplo, por la descomposición de material de desecho en vertederos, la descomposición de aguas residuales en plantas de tratamiento de aguas o la descomposición de estiércol o de una de las diversas tecnologías de biogás que se están desarrollando. El uso de dichos combustibles da lugar generalmente a una acumulación de depósitos o matrices de carbono, sílice y otros contaminantes en el interior del motor, lo que compromete la eficacia del motor y la producción del motor puede deteriorarse rápidamente hasta el punto de que, con el fin de mantener una producción aceptable, el motor debe desmontarse y procederse a la limpieza o sustitución de las piezas contaminadas, lo que consume tiempo y resulta costoso, especialmente si la sustitución es necesaria debido a la magnitud de la corrosión o la erosión de los componentes del motor por contaminantes químicos derivados de la fuente de combustible.

Por ejemplo, con un motor usado para accionar un generador para generar electricidad, la potencia de generación puede reducirse hasta el 10% normalmente desde 1 MW a 900 kW en un periodo de unos meses. La limpieza del gas de entrada puede eliminar estas pérdidas y permitir que el motor funcione a plena potencia durante un periodo de tiempo extenso.

Aunque a menudo la acumulación de contaminantes es bastante lenta, en ciertos lugares en los que los niveles de siloxanos son elevados, y en los que, en consecuencia, el biogás obtenido de dichos lugares contiene, entre otros contaminantes, una diversidad de metilsiloxanos volátiles, pueden acumularse rápidamente niveles importantes de depósitos. El gas generado a partir de vertederos o aguas residuales también contiene normalmente compuestos orgánicos volátiles, especialmente cloruros y fluoruros que, junto con los silicatos y los carbonos, tienden a formar matrices con contaminantes atmosféricos y corroen las piezas del motor en periodos de tiempo breves. Además la presencia de diversos compuestos que contienen azufre y cloro como, por ejemplo, sulfuro de hidrógeno, conduce a la formación de derivados ácidos no deseados que pueden provocar una grave corrosión en el motor, especialmente cuando las piezas del motor están en contacto con aceite lubricante.

Se ha venido observando desde hace algún tiempo que si pudieran eliminarse los contaminantes de la carga de alimentación de gas combustible, puede evitarse la formación de dichas matrices y depósitos ácidos y así eliminarse la corrosión de las piezas del motor debida a estas fuentes. Hasta ahora, esto se ha conseguido haciendo pasar el gas bien a través de un filtro de carbono activado, por ejemplo, según se describe en los documentos US-A

5.451.249 y US-A-5.899.187 o bien a través de un líquido compuesto, normalmente de base acuosa, por ejemplo, según se describe en los documentos US-A-5.059.405 y WO 95/34372. Los filtros de carbono conocidos son razonablemente eficaces pero su coste es tal que los periodos de amortización para el coste de instalación inicial y la posterior sustitución regular del carbono son largos, lo que hace el uso de dichos sistemas viable únicamente cuando existen problemas graves. El uso de sistemas de líquidos compuestos es bastante común, pero la cantidad de contaminación eliminada por dichos sistemas es muy limitada y se consideran bastante ineficaces.

El documento DE-A-19918946 desvela una configuración de un adsorbente y un dispositivo de deshumidificación por delante del motor, y hace referencia al documento EP-A-0818617, que usa carbón activo como adsorbente. También se desvelan la alúmina y la zeolita como posibles adsorbentes. El documento DE-A-3536158 desvela el uso de ciertos minerales arcillosos, sobre todo bentonita y montmorillonita, para limpiar los gases de desecho, mientras que el documento DE-A-4220950 desvela el uso de bentonita o wollastonita para limpiar gases de combustibles fósiles.

El documento US-A-2006/000352 desvela la eliminación de siloxanos de una corriente de gas usando medios de adsorción de base mineral.

El documento US-A-2004/237488 desvela una unidad de filtro para filtrar compuestos de azufre como mercaptanos de las corrientes de gas combustible, usando medios de filtrado de partículas como carbono, alúmina, resinas de intercambio iónico, zeolitas, desgasificadores y arcillas.

Los autores de la invención han encontrado ahora que la filtración eficaz de gases de carga de alimentación que contienen impurezas usados para motores de combustión de combustible puede conseguirse de forma sencilla y de una manera bastante más rentable económicamente mediante el uso de un filtro entre el suministro de gas y el motor en sí en el que el filtro contiene una resina de intercambio iónico a base de estireno-divinilbenceno, especialmente una que muestre una alta afinidad por compuestos de siloxano.

Las resinas de intercambio iónico son productos estándar bien conocidos disponibles en una amplia variedad de tipos. En general consisten en una resina sintética que contiene grupos activos (normalmente grupos sulfónicos, carboxílicos, fenólicos o amino sustituidos) que proporcionan a la resina la propiedad de combinarse con o de intercambiar iones entre la resina y una solución. Se usan ampliamente para ablandar el agua y para eliminar contaminantes no deseados, por ejemplo, para eliminar el hierro del vino. También pueden usarse para recuperar

materiales valiosos de corrientes de residuos líquidos. Se usan también para recuperación del material de corrientes de gases, por ejemplo, nicotina del gas de escape de los secaderos de tabaco, polonio del humo del tabaco (incorporado en el extremo del filtro) , y para la eliminación de impurezas del aire para su uso en ambientes "limpios" como en la industria de fabricación de semiconductores o en la industria biotecnológica, véanse, por ejemplo, los documentos JP-A-1008061 y JP-A-8025434, y para limpieza de gases de escape (véase, por ejemplo, el documento JP-A-2002/282642) .

Claramente para la filtración de gases, el gas debe hacerse pasar a través de alguna forma de estructura de filtro en la cual entra en contacto con la resina. El tipo de estructura puede variar ampliamente, si bien se prefieren las configuraciones sencillas dado que suelen ser económicas y fáciles de mantener. Por ejemplo, una estructura de filtro para su uso en la presente invención puede consistir simplemente en un recipiente que contiene gránulos de la resina a través de los cuales se hace pasar la corriente de gas combustible contaminado de entrada, colocado entre el motor y el suministro de gas de entrada. Cuando el gas pasa a través de la resina, los contaminantes del gas son eliminados en gran parte o en su totalidad, con lo que queda un gas más puro para alimentar el motor. Dicha estructura de filtro elimina también contaminantes líquidos de la carga de alimentación de gas contaminado y deja así más material combustible para alimentar el motor. Lo más conveniente es que el filtro se presente en forma de un cartucho reemplazable.

La resina en dicha estructura de filtro está preferentemente en la forma de gránulos y no de polvo, ya que el uso de polvo suele proporcionar un filtro a través del cual el gas combustible sólo puede pasar con una disminución de presión inaceptable, al menos para un filtro de tamaño razonable. El flujo de gas combustible puede ser sustancial para aplicaciones de combustión de gases de desecho, por ejemplo, 700 m3 por hora para un solo motor, proporcionalmente más si el gas suministrado a varios motores se hace pasar a través de un filtro de limpieza común.

Después de un cierto periodo, cuya duración depende de los niveles de contaminantes, normalmente de un día a un mes, el filtro, por ejemplo, un cartucho que contiene la resina se saturará y será necesario cambiarlo por otro nuevo. Esto puede hacerse, por ejemplo, simplemente desenroscando un cartucho antiguo del conducto de gas combustible e introduciendo un cartucho nuevo. El cartucho se ajusta normalmente en un conducto de derivación o bien se disponen dos filtros en paralelo de manera que el gas pueda redireccionarse durante la sustitución del cartucho sin que deba apagarse el motor.

Preferentemente la construcción... [Seguir leyendo]

1. Un método de limpieza de la carga de alimentación de gas combustible para un motor de combustión interna que comprende el paso del gas combustible a través de un filtro, en el que el filtro contiene una resina de intercambio 5 iónico a base de estireno-divinilbenceno.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el filtro consiste en un recipiente hueco que tiene un orificio de alimentación y un orificio de evacuación, y en el que el interior del recipiente contiene gránulos de la resina de intercambio iónico.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el filtro contiene más de un tipo de resina de intercambio iónico.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que los tipos de resina de intercambio iónico difieren en sus 15 tamaños de poro.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el tamaño de poro medio de una resina está comprendido en el intervalo de 100 a 150 nm y el de la otra está comprendido en el intervalo de 20 a 50 nm.

6. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la carga de alimentación de gas combustible es biogás obtenido de la descomposición de materiales de desecho.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que los materiales de desecho proceden de vertederos y el

biogás contiene cantidades de material de impurezas de siloxano. 25

8. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el filtro es regenerado regularmente para eliminar los contaminantes extraídos de la carga de alimentación de gas combustible.

9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la etapa de regeneración incluye someter el filtro a 30 radiación de microondas para eliminar los contaminantes del mismo.