BR112012019104B1 - Processo e sistema de produção de uma fonte de energia termodinâmica pela conversão de co2 a partir de matérias primas contendo carbono - Google Patents

Processo e sistema de produção de uma fonte de energia termodinâmica pela conversão de co2 a partir de matérias primas contendo carbono Download PDF

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Description

(54) Título: PROCESSO E SISTEMA DE PRODUÇÃO DE UMA FONTE DE ENERGIA
TERMODINÂMICA PELA CONVERSÃO DE CO2 A PARTIR DE MATÉRIAS PRIMAS CONTENDO CARBONO (51) Int.CI.: C10J 3/80; C10J 3/00; C01B 3/32; B01J 12/00; C10J 3/20; F02B 43/08; B01J 23/00; C12R 1/89; C12N 1/12 (30) Prioridade Unionista: 01/02/2010 FR 10/00377 (73) Titular(es): SEE - SOLUÇÕES, ENERGIA E MEIO AMBIENTE LTDA (72) Inventor(es): AMMAR BENSAKHRIA; RAYMOND FRANÇOIS GUYOMARCH (85) Data do Início da Fase Nacional: 31/07/2012
1/14
Processo e sistema de produção de uma fonte de energia termodinâmica pela conversão de CO2 a partir de matérias primas contendo carbono.
A invenção se refere a um processo de produção de energia termodinâmica conversível (em eletricidade, etc.) a partir de matéria prima contendo carbono. Ela se refere igualmente a um sistema de execução de tal processo.
O campo da invenção é a produção de eletricidade a partir de matéria prima contendo carbono, e mais particularmente a partir de carvão e/ou biomassa seca.
A produção de eletricidade por dupla geração (co-geração) a partir da energia térmica obtida pela queima de matéria prima combustível contendo carbono é um processo conhecido e dominado pelos especialistas da matéria.
Esse processo consiste, na sua versão mais genérica em utilizar o calor da combustão da biomassa para aquecer um fluido que em seguida é utilizado em sistema de co-geração de eletricidade tal como, por exemplo, um turbo alternador.
Entretanto, os processos e sistemas de geração de eletricidade a partir de matéria primas de carbono apresentam o inconveniente de necessitar realizar a combustão do material a fim de transferir o máximo de potencial energético produzido pela citada combustão. Em toda combustão existe um corolário de rendimento: o rendimento da combustão relacionado à qualidade e ao grau de umidade do citado material de carbono e o rendimento térmico global relativo ao gerador térmico, à sua configuração, ao seu rendimento de combustão (e por conseqüência a incidência da incrustação (depósito de não queimados) ocasionada por uma combustão mais ou menos completa, o que reduz progressiva e mais ou menos rapidamente o rendimento da troca térmica do gerador térmico).
Nos sistemas existentes, o método de combustão mais usado é realizado sob atmosfera oxidante, ou seja, em que o combustível da citada matéria prima contendo carbono é o ar circundante. O rendimento global dos citados geradores térmicos é aproximadamente de 85% do PCI (poder calorífico inferior) do material contendo carbono utilizado, sendo as necessidades de manutenção relativas à qualidade e grau de umidade da citada matéria prima de carbono.
Os sistemas desse tipo geram um gás de combustão (fumaças) mais ou menos carregado de poeiras, COV (Compostos Orgânicos Voláteis), NOx, moléculas complexas poluentes (metano, monóxido de carbono, dioxinas, PCB, etc.) e o CO2 relativo à combustão do carbono contido na citada matéria prima contendo carbono. Pelo menos 15% do PCI da citada matéria prima de carbono são dispersados pelas fumaças e produtos incombustíveis. O PCI da citada matéria prima de carbono varia, conforme se trate de biomassa vegetal e/ou animal, de 2 a 5,2 kWh/Kg em função
2/14 de sua umidade relativa (ou seja, um rendimento térmico global transferido de 1,7 a 4,4 kWh/Kg); ou quando se tratar de carbono fóssil: de 6 a 8 kWh/Kg em função de sua concentração em carbono (ou seja, um rendimento térmico global transferido de 5,1 a 6,8 kWh/Kg). A taxa de CO2 contida nas fumaças dos sistemas acima se situa de 10 a 18% por Nm3 de fumaças e sua concentração para uma eventual estocagem ou e/ou seqüestro necessita de processos complexos e onerosos.
Nestes últimos anos novos sistemas e processos foram postos em prática para otimizar o rendimento de combustão e as concentrações de CO2 nas fumaças: trata-se principalmente de comburentes enriquecidos em oxigênio, chegando até a sistemas de oxicombustão pura. Esses sistemas e processos aumentam sensivelmente o rendimento térmico global e as fumaças são menos prejudiciais ao meio ambiente, porque elas se compõem essencialmente de CO2, facilmente capturável. Entretanto, esses sistemas e processos são dependentes de um fornecimento continuo de oxigênio, e, portanto a produção é cara e não é isenta de impacto sobre o meio ambiente.
Um objetivo da presente invenção é o de sanar os inconvenientes retro citados.
Outro objetivo da presente invenção é oferecer um processo e um sistema de produção de eletricidade a partir de biomassa contendo carbono. Conforme a citada biomassa de carbono, seja fóssil ou não (carvão e/ou biomassa vegetal e/ou animal e/ou resíduos/lixo) contendo uma quantidade de carbono suficiente para sua exploração, ela pode conter hidrogênio molecular. Nessa condição, as reações descritas adiante são as mesmas, variando apenas os resultados finais relacionados à diferença de massa molar do carbono e do hidrogênio (1 mol de C= 12 g, um mol de H2 = 2, 016 g). A oxidação deste hidrogênio na cadeia de reações produz vapor d’água que será condensado e recuperado na dita cadeia de reações descrita adiante, assim como o resultante calor latente. O fato de que a matéria prima contendo carbono contenha ou não hidrogênio não tem influência essencial sobre o objeto da invenção: a produção de eletricidade, nem sobre o seu rendimento. Na presente descrição da invenção é considerado, portanto, um material composto essencialmente de carbono (carvão fóssil, carvão vegetal, carvão de pirólise de biomassa orgânica, etc.) sem que isso exclua a biomassa vegetal e/ou animal e/ou resíduos de carbono, devendo esses materiais serem condicionados e secos. O preparo dos citados materiais de carbono consiste em uma picagem/moagem (que otimiza o rendimento das reações pirolíticas) e a sua secagem, se necessário.
A invenção permite atingir os objetivos supracitados por meio de um processo de produção de eletricidade a partir de matéria prima de carbono (MPC) e mais particularmente a partir de biomassa de carbono (BC), cujo processo
3/14 compreende pelo menos uma iteração das seguintes etapas, constituindo um ciclo de tratamento:
uma gaseificação, em um primeiro reator, dito “de gaseificação”, de matéria prima de carbono com um fluxo gasoso de gaseificação contendo CO2 em alta temperatura, qual gaseificação fornece um primeiro fluxo gasoso contendo essencialmente moléculas de monóxido de carbono (CO), oxidação, em um segundo reator, dito de oxidação” dos citados portadores de oxigênio em estado de óxido, ditas moléculas de monóxido de carbono (CO) presentes no citado primeiro fluxo gasoso, a dita oxidação fornecendo um segundo fluxo gasoso em alta temperatura contendo CO2 e portadores de oxigênio em estado reduzido (Me), ativação, em um terceiro reator, dito “de ativação”, dos citados portadores de oxigênio em estado reduzido com um fluxo gasoso dito “de ativação” contendo elementos de oxigênio, a citada oxidação fornecendo portadores de oxigênio em estado de óxido e um fluxo gasoso de ativação empobrecido em oxigênio em alta temperatura.
conversão em eletricidade de ao menos uma parte da energia térmica do citado fluxo gasoso de ativação empobrecido em oxigênio em alta temperatura, por exemplo, por um sistema trocador-térmico gerador de vapor e um turbo alternador, para a conversão do vapor em eletricidade.
O processo segundo a invenção permite valorizar a energia da matéria prima contendo carbono com um rendimento mais elevado que os processos e sistemas atuais.
Os portadores de oxigênio podem conter NiO, Fe2O3,
MgO, CaO, etc.
O processo, segundo a invenção, permite gerar eletricidade a partir de matéria prima contendo carbono sem realizar combustão da biomassa. Com efeito, a energia contida na biomassa é recuperada graças a uma gaseificação da biomassa, a um fluxo gasoso de CO2 (reação termoquímica de conversão da molécula de CO2 sobre um elemento de carbono em duas moléculas de monóxido de carbono CO).
O processo, segundo a invenção, pode incluir, antes da etapa de valorização, uma transferência de uma parte da energia térmica gerada durante a gaseificação ao fluxo gasoso de ativação empobrecido de oxigênio.
Assim, o fluxo gasoso de ativação é pré-aquecido graças à energia térmica pelo processo segundo a invenção a partir de MPC, ou seja, sem aporte de energia exterior.
Vantajosamente, a valorização da energia térmica do
4/14 fluxo gasoso de ativação empobrecido de oxigênio em alta temperatura pode adicionalmente compreender uma etapa de transferência de pelo menos uma parte da > energia térmica do citado fluxo gasoso de ativação empobrecido em oxigênio a um fluido, dito de geração de eletricidade, fornecido a um dispositivo conversor para produção de eletricidade.
O processo segundo a invenção, por outro lado, pode compreender uma recuperação da energia térmica residual do citado fluxo gasoso de ativação empobrecido de oxigênio, pelo menos uma parte da dita energia térmica residual sendo transferida para o fluxo gasoso de gaseificação utilizado no ciclo de tratamento seguinte.
Assim, o processo segundo a invenção permite valorizar a energia residual para pré aquecer o fluxo gasoso de gaseificação, o que evita recorrer a uma fonte de energia exterior.
O processo segundo a invenção pode, vantajosamente, 15 compreender uma etapa de elevação de em temperatura da matéria prima contendo carbono antes da gaseificação pela transferência de ao menos uma parte da energia térmica do segundo fluxo gasoso em alta temperatura à citada matéria prima.
A energia térmica desse segundo fluxo gasoso é, assim, igualmente valorizada no processo segundo a invenção.
O processo segundo a invenção pode adicionalmente compreender uma reciclagem em circuito fechado (loop), de uma parte do CO2 do segundo fluxo gasoso para propiciar o citado fluxo gasoso de gaseificação.
O processo segundo a invenção permite reciclar uma parte desse fluxo de CO2 para um novo ciclo de tratamento. Assim, o impacto do processo da invenção sobre o meio ambiente é limitado.
Vantajosamente o procedimento segundo a invenção, pode compreender antes da etapa de ativação dos portadores de oxigênio, um préaquecimento do fluxo gasoso de ativação com a energia residual do fluído de geração de eletricidade.
Segundo uma versão particular do processo segundo a invenção, o mesmo pode, vantajosamente compreender o fornecimento de uma parte do segundo fluxo gasoso a um bio-reator contendo micro-algas, após refrigeração da citada parte do dito segundo fluxo gasoso, as citadas micro-algas realizando uma fotossíntese do CO2 presente na citada parte do dito segundo fluxo gasoso, fornecendo o citado bio35 reator, por um lado um fluxo gasoso de oxigênio, e por outro biomassa contendo carbono.
Nesta versão, o processo da invenção não acarreta qualquer impacto sobre o meio ambiente. Por outro lado, nesta versão particular, o processo segundo a invenção produz pelo menos uma parte da matéria prima contendo
5/14 carbono gaseificada no sistema.
Ainda nesta versão do processo, segundo a invenção, é gerado pelas micro-algas um fluxo gasoso de oxigênio. Esse fluxo gasoso de oxigênio pode ser valorizado no processo segundo a invenção, por exemplo, para a geração de eletricidade ou energia térmica para qualquer uma das etapas do processo segundo a invenção.
Por exemplo, o processo segundo a invenção pode compreender a recuperação de pelo menos uma parte do fluxo de oxigênio gerado pelas micro-algas, e uma injeção de ao menos uma parte do dito fluxo de oxigênio no reator de gaseificação para completar a gaseificação da matéria prima contendo carbono.
Por outro lado, o processo segundo a invenção pode compreender a recuperação e um tratamento da biomassa contendo carbono fornecida pelo bio-reator, em vista da gaseificação da citada biomassa no reator de gaseificação.
Segundo um outro aspecto da invenção, é proposto um 15 sistema de produção de eletricidade a partir de matéria prima contendo carbono compreendendo:
- um reator de gaseificação de matéria prima contendo carbono com um fluxo gasoso de gaseificação contendo CO2 em alta temperatura, fornecendo o reator um primeiro fluxo gasoso contendo moléculas de monóxido de carbono (CO),
- um reator de oxidação por portadores de oxigênio em estado de oxido, as citadas moléculas de monóxido de carbono (CO) presentes no primeiro fluxo gasoso, fornecendo o reator um segundo fluxo gasoso em alta temperatura contendo CO2 e portadores de oxigênio em estado reduzido,
- um reator de ativação dos portadores de oxigênio em estado reduzido com um fluxo gasoso contendo elementos de oxigênio, o citado reator fornecendo portadores de oxigênio em estado oxidado e um excedente de energia térmica
- um dispositivo de geração de eletricidade a partir de pelo menos uma parte do citado excedente térmico da citada ativação.
O sistema segundo a invenção pode vantajosamente compreender meios mecânicos de transporte dos portadores de oxigênio do reator de oxidação ao reator de ativação e/ou do reator de ativação ao reator de oxidação.
Por outro lado, o sistema segundo a invenção pode compreender um circuito de reciclagem em loop de uma parte do CO2 presente no segundo fluxo gasoso utilizado como fluxo gasoso de gaseificação.
O dispositivo de geração de eletricidade pode compreender um turbo alternador ou qualquer dispositivo equivalente.
Vantajosamente, o sistema segundo a invenção pode compreender um bio-reator contendo micro-algas ao qual é fornecida uma parte do CO2
6/14 presente no segundo fluxo gasoso, realizando as citadas micro-algas a fotossíntese do dito CO2, fornecendo o dito reator, de uma parte um fluxo gasoso de oxigênio e de outra parte, biomassa contendo carbono.
Outras vantagens e características aparecerão ao examinar a descrição detalhada de um modo de realização não limitativo, e das figuras anexas:
- A figura 1 que é uma representação esquemática de um primeiro modo de realização de um sistema segundo a invenção; e
- A figura 2 que é uma representação esquemática de um segundo modo de realização de um sistema segundo a invenção.
Nas figuras, os elementos que aparecem em todas elas conservam a mesma referência.
A figura 1 é uma representação esquemática de um primeiro modo de realização do sistema segundo a invenção.
O sistema 100 compreende um reator de gaseificação 102, um reator de oxidação 104 e um reator de ativação de portadores de oxigênio 106.
O reator de gaseificação é composto de duas partes comunicantes entre elas e concomitantes:
- uma câmara de alimentação (sas) 108 de matérias contendo carbono secas, compreendendo uma válvula de alimentação mecanizada (não representada) sob controle de CO2 para impedir qualquer entrada de ar e garantir a estanqueidade do sistema, e
- um conversor 110 (de do) CO2 sobre a matéria prima contendo carbono propriamente dita.
Na câmara de alimentação 108, as matérias contendo carbono secas anotadas C nas figuras, são pré-aquecidas por contato, convecção e osmose por um fluxo gasoso de CO2 quente. Veremos adiante que este fluxo gasoso de CO2 é produzido e pré-aquecido pelo sistema 100. Esse fluxo gasoso de CO2 atravessa as matérias contendo carbono secas C lhes transferindo sua capacidade térmica. No curso de sua introdução neste setor, pelo viés de uma válvula de alimentação mecanizada, cuja estanqueidade ao ar é assegurada pelo CO2 injetado sob pressão, as matérias contendo carbono absorvem o calor sensível do CO2. As ditas matérias primas contendo carbono são introduzidas por sequências determinadas.
As matérias primas contendo carbono secas C em seguida escoam por gravidade no conversor 110 através de grelhas tubulares (não representadas) que reduzem sua velocidade.
Um fluxo gasoso de gaseificação FGG composto essencialmente de CO2 reativo a alta temperatura é introduzido no reator de gaseificação 102. O CO2 reativo está a uma temperatura igual ou superior a 900/1000° C. Ele é
7/14 injetado no reator de gaseificação em contracorrente do escoamento das matérias contendo carbono C, após haver circulado nos tubos das grelhas de desaceleração. Essas grelhas tubulares têm por assim dizer, um papel de trocador de calor com as matérias contendo carbono, adicionando um grande complemento térmico, útil à conversão, com um papel de retardador do escoamento para as matérias primas no reator de gaseificação.
O CO2 introduzido encontra a matéria contendo carbono seca C que, nessa etapa, atingiu uma temperatura próxima de 900/1000°. A reação do encontro é a conversão do CO2 em CO, portanto, em energia. É essa energia que transfere integralmente 0 potencial energético das matérias contendo carbono C para os setores reativos seguintes no sistema 100.
A reação de conversão (I) do CO2 em CO é endotérmica segundo as reações:
CO2 -1/2 O2 = CO + O + 283 kJ/mol
C + 1/2 O2 (de CO2) = CO - 111 kJ/mol
Seja um déficit térmico de 172 kJ por mol de CO2 convertido em CO por C. As duas moléculas de CO obtidas têm cada uma um poder calorífico de 283 kJ/mol, ou seja, um total de 566 kJ, enquanto que o poder calorífico de C (matéria contendo carbono contendo energia primária da reação) é de 394 kJ/mol. Nessas condições, 0 objetivo principal é, portanto, de fornecer os 172 kJ da reação de conversão, pelos meios não imputáveis a esse potencial de energia nem por meios térmicos externos introduzindo uma outra energia que comprometería esse rendimento. Veremos na seqüência da descrição como o sistema segundo a invenção atinge esse objetivo.
Na saída do reator de gaseificação 102, se obtém um primeiro fluxo gasoso PFG composto essencialmente de CO a uma temperatura superior a 900°C. Esse primeiro fluxo gasoso PFG é, portanto eminentemente energético e reativo. Ele permite a transferência da energia potencial das matérias primas contendo carbono ao reator de oxidação 104. Ela é introduzida, portanto no reator de oxidação 104 onde vai se oxidar em contato com os materiais portadores de oxigênio MeO em estado oxidado ou ativo.
Os portadores de oxigênio ativos MeO são introduzidos no reator de oxidação 104 ao nível de uma parte superior desse reator 104 e escoam através de grelhas tubulares (não representadas) que desaceleram esse escoamento.
O primeiro fluxo gasoso proveniente do reator de 35 gaseificação 102 e composto essencialmente de CO está a uma temperatura superior a 900°. Ele é introduzido no reator de oxidação 104 ao nível de uma parte inferior desse reator 104 em contracorrente ao escoamento dos portadores de oxigênio MeO. O encontro dos portadores de oxigênio em estado de oxido MeO (ou ativos) com o primeiro
8/14 fluxo gasoso provoca:
- a oxidação das moléculas de monóxido de carbono CO em dióxido de carbono CO2. Essa reação é exotérmica e libera 283 kJ/mol; e
- a redução dos portadores de oxigênio ativos MeO. Essa reação é endotérmica e absorve 244,3 kJ/mol.
A reação global (II) é, portanto exotérmica:
2MeO - 2 % O2 + 2 CO + 2 1/2 O2 = 2CO2 + 2 Me +488,60 kJ - 566 kJ = - 77,4 kJ
O reator de oxidação 104 é, portanto exotérmico de 77,4 kJ por equivalente mol de CO2, que virão em dedução dos 172 kJ a serem fornecidos à reação que tem lugar dentro do reator de gaseificação 102 segundo a reação II descrita acima.
Esse reator de oxidação fornece um segundo fluxo gasoso DFG composto essencialmente de CO2 a alta temperatura e de portadores de oxigênio Me em estado reduzido (desativados).
O reator de oxidação 104 é mantido a um nível de temperatura correta (igual ou inferior a 1.000° C) graças ao segundo fluxo gasoso DFG1 (parte do segundo fluxo gasoso DFG reciclado, depois que o citado segundo fluxo DFG trocou sua capacidade térmica ao curso das diferentes trocas térmicas que o refrigeram na saída desse reator de oxidação 104) que regula a temperatura do dito reator de oxidação 104, captando o excesso térmico em beneficio de sua capacidade térmica útil a uma nova iteração.
Esse segundo fluxo gasoso DFG saindo do reator de oxidação 104 atravessa a câmara de alimentação 108 de matérias contendo carbono secas. É esse segundo fluxo gasoso DFG que é, portanto utilizado para pré-aquecer a matéria prima contendo carbono seca C, trocando seu calor sensível (por contato, convecção ou osmose) com a dita matéria prima seca C.
Na saída da câmara de alimentação 108, o segundo fluxo gasoso DFG é refrigerado à temperatura de admissão da matéria prima contendo carbono seca C à qual foi transferido o essencial de sua capacidade térmica. Ele é extraído dessa câmara 108 por meios mecânicos (extratores/ventiladores, não representados) que mantêm todo sistema em depressão
Os portadores de oxigênio Me em estado reduzido são introduzidos no reator de ativação 106. A transferência dos portadores de oxigênio do reator de oxidação 104 ao reator de ativação 106 é realizada por meios mecânicos ou por gravidade, conforme a configuração dos reatores.
Os portadores de oxigênio desativados Me estão ainda à alta temperatura, cerca de 800°C e são eminentemente reativos. Eles escoam ao reator
9/14 de ativação 106 por gravidade através da rede de grelhas tubulares (não representadas) que desaceleram esse escoamento. As redes tubulares fazem o papel de trocador térmico, no qual circula o fluxo gasoso DFG1 (parte do segundo fluxo gasoso DFG reciclado) onde ele adquire sua capacidade térmica de fluxo gasoso de gaseificação FGG.
No reator 106, os Me são reativados pelo oxigênio de um fluxo gasoso de ativação FA, que no presente exemplo é do ar atmosférico que circula a contracorrente.
A oxidação dos portadores de oxigênio Me ao contato com o ar é exotérmica, a energia fornecida é de 244,30 kJ/mol de Me, ou seja, 488,60 kJ para os dois rnols de Ni segundo a opção de referência dos portadores de oxigênio da descrição da reação em cadeia.
Esse reator fornece na saída um fluxo gasoso de ativação empobrecido em oxigênio muito quente FAA a temperaturas inferiores ou iguais a 1100°C e de portadores de oxigênio ativados MeO a mesma temperatura.
Os portadores de oxigênio reativados em MeO são transferidos ao reator de oxidação 104 por meios mecânicos ou por gravidade, conforme a configuração dos reatores.
O fluxo gasoso de ativação empobrecido em oxigênio e muito quente FAA obtido na saída do reator de ativação 106 é dirigido através de um trocador 112 via reator de gaseificação 102 para uma rede tubular fazendo o papel de trocador e de grelhas de desaceleração no dito reator de gaseificação 102. Esse trajeto permite a manutenção da alta temperatura útil à reação de conversão de CO2 sobre C, sem sobrecarregar a capacidade térmica do fluxo gasoso empobrecido em oxigênio e superaquecido FAA.
Na saída do reator de gaseificação 102, o fluxo gasoso empobrecido em oxigênio e superaquecido FAA é transferido no trocador 112 no qual ele troca o essencial do seu calor com um fluido de geração de eletricidade FGE.
Esse fluido de geração de eletricidade em seguida é fornecido a um turbo-alternador 114 no qual a energia térmica se transforma em eletricidade.
Na saída do turbo-alternador 114 o fluido de geração de eletricidade FGE contem uma energia térmica residual. Na saída do turbo-alternador 114 esse fluido FGE é injetado em outro trocador térmico 116 no qual a energia residual do fluido de geração de eletricidade FGE é transferida ao fluxo gasoso de ativação FA que será utilizado em um ciclo de tratamento seguinte para a ativação dos portadores de oxigênio no reator de ativação 106. Assim, o fluxo gasoso de ativação FA utilizado no ciclo de tratamento seguinte é pré-aquecido graças à energia térmica fornecida
10/14 diretamente pelo sistema segundo a invenção sem necessitar uma fonte de energia externa.
Na saída desse segundo trocador, o fluido de geração de eletricidade FGE é novamente injetado no primeiro trocador térmico 112 para começar um novo ciclo.
Assim, o fluido de geração de eletricidade FGE circula num circuito fechado 118 interligando o primeiro trocador térmico 112, o turbo-alternador 114 e o segundo trocador térmico 116.
Uma parte DFG1 do segundo fluxo gasoso DFG resfriado extraído da câmara de alimentação 108 do reator de gaseificação é reciclado e utilizado como fluxo gasoso de gaseificação para o ciclo seguinte. A outra parte DFG2 do segundo fluxo gasoso é estocada ou rejeitada na atmosfera.
Entretanto, esse fluxo DFG1 é frio e deve ser aquecido para ser utilizado como fluxo gasoso de gaseificação.
O fluxo gasoso pobre de oxigênio FAA saindo do primeiro trocador térmicol 12 após ter cedido à maior parte de sua energia térmica com o fluido de geração de eletricidade FGE contem uma energia residual a qual é transferida ao fluxo gasoso DFG1 num trocador térmico 120.
Esse fluxo DFG1 transita em seguida na rede tubular (fazendo o papel de grelhas tubulares de desaceleração de escoamento dos MeO e de trocador térmico) situada no reator de oxidação 104 para obter uma parte da sua capacidade térmica e ao mesmo tempo regulando a temperatura do reator de oxidação 104 a valores inferiores a 1000°C. É graças a essa transferência de uma parte de energia térmica do reator de oxidação 104 que o segundo fluxo gasoso DFG cede uma parte de sua capacidade térmica antes da sua introdução na câmara de alimentação 108 do reator de gaseificação 102. Na saída do dito reator de oxidação 104 obtém-se, portanto um fluxo gasoso de gaseificação FGG composto pela reciclagem da parte DFG1 do segundo fluxo gasoso DFG. O fluxo gasoso de gaseificação FGG obtido na saída do reator de oxidação 104 é em seguida injetado na rede de grelhas tubulares (que faz papel de trocador térmico) do reator de ativação 106. Ali ele adquire toda a capacidade útil à conversão do CO2 sobre as matérias contendo carbono, sempre mantendo a temperatura do reator de ativação abaixo de 1000°C, absorvendo o excesso de energia liberado. Na saída do reator de ativação 106, o fluxo gasoso de gaseificação FGG obtido é injetado no conversor 110 para realizar o ciclo seguinte.
O segundo fluxo gasoso DFG composto essencialmente de CO2 gerado pela reação de oxidação no reator de oxidação 104 é composto de 2 rnols cuja capacidade térmica é de 101,331 kJ, aos quais se deve acrescentar os 77,40 kJ da energia exotérmica da reação, ou seja: 178,731 kJ aos quais é necessário retirar a Cp
11/14 (Capacidade térmica do carvão a 1000°C) do carvão a 1000°C e a Cp do mol de CO2 de gaseificação reciclada e a energia de conversão, ou seja:
- Capacidade térmica do carvão a 1000°C - 14 kJ/mol (um mol de C por um mol de CO2), e
- Entalpia do mol de CO2 de gaseificação reciclado = 50,67 kJ/mol
Energia de conversão = 172 kJ/mol de CO2, ou seja, um total:
+ 50,67 + 172 kJ - 236,67 kJ por mol de CO2 convertido por um mol de carbono (energia necessária à gaseificação)
Nesta etapa de recuperação das energias do processo o déficit térmico é reduzido a: 178,731 kJ - 236,67 = 57,939 kJ por mol de CO2 convertido por um mol de carbono. Esse déficit térmico de 57,939 kJ por mol de CO2 é retirado da energia térmica fornecida ao reator de ativação 106 antes do processo de produção de energia termodinâmica e a conversão em eletricidade.
A energia térmica de 236,67 por mol de CO2 convertida, consumida pelo conjunto das reações deve ser fornecida na partida do sistema. Em seguida, o sistema é autônomo termicamente exceção feita ao fornecimento de carbono.
Com efeito, como acabamos de descrever, o sistema segundo a invenção possibilita a produção/recuperação/reciclagem das energias necessárias para elevar em temperatura a matéria prima contendo carbono e os diferentes fluxos gasosos e para realizar as diferentes reações, reduzindo a demanda térmica inicial de 236,67 kJ a 57,939 kJ por mol de CO2 convertido (por um mol de carbono utilizado para a geração de eletricidade) no decorrer dos ciclos seguintes.
Nesta etapa do processo, segundo a invenção, 100% da energia do mol de carbono (MPC - Matéria Prima contendo carbono) é transferida à cadeia de reação para produzir eletricidade (ou energia termodinâmica/vapor d’água) e o CO2 produzido pela sua oxidação completa é puro e capturável sem outra forma de processo e o CO2 de conversão é reciclado.
O segundo fluxo gasoso DFG composto essencialmente de CO2 é portanto quase puro (pode conter partículas de poeira que um filtro clássico reterá). Ele é separado em dois volumes por um jogo de registros na saída da câmara de alimentação 108 do reator de oxidação 102. Pelo menos 50% é reciclado no sistema para constituir o fluxo gasoso de gaseificação para o ciclo de tratamento seguinte.
O volume restante DFG2 é captado “sem qualquer processo” para ser estocado ou reciclado em várias aplicações. Deve-se notar que para cada ciclo, esse volume corresponde aos carbonos contidos na formulação química da matéria de carbono introduzida no reator de gaseificação. A cadeia de reações, das conversões e das transferências de energia, sobre esses carbonos produz somente CO2 puro, sem que nenhum outro processo e/ou sistema seja útil. Essa etapa de fato elimina
12/14 completamente todos os procedimentos atuais visando à captação de CO2, que são muito onerosos.
Nesta etapa do processo segundo a invenção, a solução referente ao impacto negativo ambiental (de instalações tradicionais de produção de eletricidade a partir de materiais contendo carbono) é provida nesta etapa do processo segundo a invenção o balanço térmico é desequilibrado, deficitário de 57,939 kJ por mol de CO2 convertido por um mol de carbono; nesta etapa do processo segundo a invenção, a cadeia das reações dispõe da energia de oxidação dos 2 rnols de Me gerada no reator de ativação 106 a transferir ao fluido FGE para conversão em eletricidade.
Em conclusão, o balanço térmico é o seguinte:
- a oxidação dos 2 rnols de Me = 2 rnols de MeO = 488,60 kJ menos
- o déficit térmico no reator de oxidação = 57, 939 kJ por mol de CO2 convertido por um mol de carbono, ou seja, um total de :
- 488,60 kJ - 57,939 = 430,661 kJ por mol de carbono,
A compensação dos ditos 57,939 kJ do déficit térmico das reações do processo, segundo a invenção, é assegurado por:
- transferência térmica dos ditos 57,939 kJ do déficit térmico do fluxo de ar superaquecido FAA à reação de gaseificação por um trocador térmico situado no reator de gaseificação 102, e/ou
- uma reciclagem complementar de CO2 (1,15 mol de CO2 útil ao aporte de 57,939 kJ) cuja função será de portador de calor da dita energia que lhe toma da na energia fornecida ao reator de ativação 106.
Isso permite a seguinte relação: em um sistema atual, a combustão de carvão (matérias primas contendo carbono) degrada o potencial de energia (principalmente pelas perdas térmicas nas fumaças) sendo esse rebaixamento definido pelo rendimento de combustão, sendo o residual de energia ele próprio rebaixado pelas perdas relacionadas às trocas no gerador. O conjunto desses rebaixamentos nos dá um rendimento global sobre PCS (se houver recuperação de energia de condensação do vapor d’água contido nas fumaças) ou sobre PCI (dado mais comum). Para um gerador térmico eficiente esse rendimento global é próximo de 85% sobre PCI.
O rendimento de conversão em eletricidade de uma instalação atual é no máximo de 35% do PCI, esse rendimento levando em conta o conjunto das degradações, da combustão até o turbo-alternador passando pelos diversos trocadores.
O sistema segundo a invenção também troca o calor das reações a para o vapor d’água (fluido de geração de eletricidade FGE) que é introduzido no alternador a turbina para conversão em eletricidade. Se tomarmos como ponto de
13/14 referência o evaporador, incluído nos dois processos o sistema convencional por combustão e o sistema segundo a invenção é a neste ponto que se define o rendimento real da conversão em eletricidade.
Para os dois processos reserva-se o mesmo potencial 5 térmico para os carbonos introduzidos (MPCS) ou seja, um de PCI 394 kJ/mol de C.
Nos processos de combustão o rendimento global no gerador é de 85%, ou seja, um residual térmico de 335 kJ/mol de C disponível no evaporador. Nesses sistemas o rendimento de conversão em eletricidade é de 35% do PCI, ou seja: 394 x 0.35 = 138 kJelet/mol de C; se fizermos a relação na base definida no evaporador, o rendimento real de conversão em eletricidade da energia disponível desse processo é portanto: 138 x 100/335 = 41%.
O processo segundo a invenção realiza reações termoquímicas que não degradam a energia disponível. No mesmo ponto de referência, nos teremos então 430,661 kJ por mol de carbono posto em reação como definido antes ;
a conversão em eletricidade é então de 430,661 x 41% = 176,571 kJelet, ou seja, um ganho de 38,571 kJelet 27,95% de eletricidade a mais “pela mesma quantidade de carbono introduzido”.
Os dois processos utilizam um mol de carbono que gera um mol de CO2.
Em um sistema convencional esse mol de CO2 é diluído nas fumaças (em uma proporção de 14 a 18% de CO2 por Nm3) e sua captação necessita meios importantes.
No sistema e processo segundo a invenção, esse mesmo mol de CO2 não é diluído, e está em uma proporção igual ou superior a 98% do volume de saída e pode ser captado diretamente. Esse mol de CO2 pode ser captado para ser estocado e/ou reciclado.
A figura 2 é uma representação esquemática de um segundo modo de montagem de um sistema segundo a invenção.
O sistema 200 representado pela figura 2 compreende todos os elementos do sistema 100 representado na figura 1.
O sistema 200 compreende alem disso um bio-reator contendo microalgas.
A parte DFG2 do segundo fluxo gasoso resfriado obtido na saída da câmara de alimentação 108 do reator de gaseificação 102 é injetado no bio35 reator 202. No bio-reator 202 de cultura de algas, o dióxido de carbono CO2 é utilizado em uma foto-síntese realizada pelas micro-algas. A foto-síntese produz, de uma parte, biomassa de carbono BC e de outra parte um fluxo gasoso de oxigênio FO2 por separação do elemento carbono < C > da molécula de dioxigênio < O2 >.
14/14
A biomassa de carbono BC obtida é fornecida a um sistema condicionado de biomassa 204 que pode ser:
- um sistema de extração de óleos essenciais, de micro-algas de alto teor de lipídios e em moléculas alimentício-farmacêuticas usadas na farmacopéia e/ou hidrocarbonetos. Ao final dessa extração restam cerca de 30% da biomassa sob a forma de carvão que pode ser reconduzida ao gaseificador 102,
- ou, por exemplo, um sistema de secagem para ser condicionado antes de ser introduzido no reator de gaseificação 102.
O fluxo gasoso de oxigênio FO2 pode ser fornecido ao sistema segundo a invenção por exemplo ao nível do reator de gaseificação 102 para complementar a gaseificação da matéria de carbono no reator 102.
Vantajosamente a produção de biomassa contendo carbono nesse segundo modo de realização, vem estimular o rendimento térmico no evaporador de referência, “entregando” os 394 kJ (do elemento C reciclado em biomassa); a conversão em eletricidade é então de 430,661 + 394 = 824,661 x 41% = 338,111 kJ elétricos, ou seja um coeficiente multiplicador de produção de eletricidade “pelo mesmo mol de carbono introduzido” de 2,45.
Nesse exemplo o carbono é oxidado pela molécula de O2 e gera assim novamente um CO2 que é reciclado da mesma forma. Não há rejeição atmosférica nem necessidade de depuração.
Seguramente, a invenção não é limitada aos exemplos que foram descritos.
1/3

Claims (2)

Reivindicações
1/2
FIGURA 1
1. Processo de produção de eletricidade a partir de matéria prima contendo carbono (C), o dito processo caracterizado por compreender pelo menos uma iteração das etapas seguintes constituindo um ciclo de tratamento:
- uma gaseificação em um primeiro reator (102), dito de gaseificação de matéria prima seca contendo carbono (C) com um fluxo gasoso de gaseificação (FGG) compreendendo essencialmente CO2 a alta temperatura, a dita gaseificação fornecendo um primeiro fluxo gasoso (PFG) compreendendo essencialmente moléculas de monóxido de carbono (CO),
- oxidação em um segundo reator (104), dito de oxidação, por portadores de oxigênio em estado oxidado (MeO), as ditas moléculas de monóxido de carbono (CO) presentes no dito primeiro fluxo gasoso (PFG), a dita oxidação fornecendo um segundo fluxo gasoso (DFG) a alta temperatura compreendendo CO2 e portadores de oxigênio em estado reduzido (Me),
- ativação, em um terceiro reator (106), dito de ativação, dos ditos portadores de oxigênio em estado reduzido (Me) com um fluxo gasoso (FA), dito de ativação, compreendendo elementos de oxigênio (O), a dita oxidação fornecendo portadores de oxigênio em estado oxidado (MeO) e um fluxo gasoso de ativação pobre em oxigênio a alta temperatura (FAA),
- conversão em eletricidade de pelo menos uma parte da energia térmica do dito fluxo gasoso de ativação, pobre de oxigênio a alta temperatura (FAA).
2. Processo segundo a reivindicação 1, caracterizado em que, antes da etapa de conversão, uma parte da energia térmica gerada durante a gaseificação é transferida ao fluxo gasoso de ativação pobre em oxigênio (FAA).
3. Processo segundo uma qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado em que a conversão compreende uma etapa de transferência de pelo menos uma parte da energia térmica do dito fluxo gasoso de ativação pobre de oxigênio (FAA) a um fluido (FGE), dito de geração de eletricidade fornecido a um dispositivo conversor para a produção de eletricidade.
4. Processo segundo uma qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado em que ele compreende, por outro lado, uma recuperação de energia térmica residual, do dito fluxo gasoso de ativação pobre de oxigênio (FAA), pelo menos uma parte da dita energia térmica residual sendo transferida ao fluxo gasoso de gaseificação (FGG) utilizado no ciclo de tratamento seguinte.
5. Processo segundo uma qualquer das reivindicações precedentes caracterizado em que ele compreende uma etapa de elevação de temperatura da matéria prima prima contendo carbono (C ) antes da gaseificação pela transferência de pelo menos uma parte da energia térmica do segundo fluxo gasoso (DFG) a alta temperatura para dita matéria prima prima contendo carbono ( C ).
2/3
6. .Processo segundo uma qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado em que ele compreende uma reciclagem em anel fechado, de uma parte (DFG1) do CO2 do segundo fluxo gasoso (DFG) para constituir o dito fluxo gasoso de gaseificação(FGG)
5
7. Processo segundo a reivindicação 3 caracterizado em que ele compreende, antes da etapa de ativação, um preaquecimento do fluxo gasoso de ativação (FA) com a energia residual do fluido de geração de eletricidade
8. .Processo segundo uma qualquer das reivindicações 6 ou 7, caracterizado em que ele compreende um fornecimento de uma parte (DFG2) do
10 segundo fluxo gasoso (DFG) a um bio-reator (202) compreendendo micro-algas, após refrigeração da dita parte (DFG2) do dito segundo fluxo gasoso (DFG), as ditas microalgas realizando uma fotossíntese do CO2 presente na dita parte (DFG2) do dito segundo fluxo gasoso (DFG), o dito bio-reator (202) fornecendo, de uma parte um fluxo gasoso de oxigênio e de outra parte , biomassa prima contendo carbono(BC)
15 9. Processo segundo a reivindicação 8, caracterizado em que ele compreende uma recuperação e um tratamento da biomassa prima contendo carbono (BC) fornecida pelo bio-reator (202), em vista da gaseificação da dita biomassa (BC) no reator de gaseificação (102).
10. Processo segundo a reivindicação 8, caracterizado em
20 que ele compreende a recuperação de ao menos uma parte do fluxo gasoso de oxigênio (FO2) gerado pelas micro-algas e uma injeção de ao menos uma parte do dito fluxo de oxigênio (FO2) no reator de gaseificação (102) para complementar a gaseificação da matéria prima prima contendo carbono ( C ).
11. Sistema (100, 200) de produção de eletricidade a partir
25 de matéria prima seca contendo carbono (C), o dito sistema caracterizado por compreender:
- um reator (102) de gaseificação de matéria prima contendo carbono (C) com um fluxo gasoso (FGG) compreendendo essencialmente CO2 a alta temperatura, o dito reator (102) fornecendo um primeiro fluxo gasoso (PFG) compreendendo moléculas de
30 monóxido de carbono (CO),
- um reator (104) de oxidação para os portadores de oxigênio em estado oxidado (MeO), as ditas moléculas de monóxido de carbono (CO) presentes no dito primeiro fluxo gasoso (PFG), o dito reator de oxidação fornecendo um segundo fluxo gasoso (DFG) a alta temperatura compreendendo CO2 e portadores de oxigênio em estado reduzido (Me),
35 - um reator (106) de ativação dos ditos portadores de oxigênio em estado reduzido (Me) com um fluxo gasoso (FA) compreendendo elementos de oxigênio (O), o dito reator (106) fornecendo portadores de oxigênio em estado oxidado (MeO) e um excedente de energia térmica,
3/3
- um dispositivo (114) de geração de eletricidade a partir de ao menos uma parte do dito excedente térmico da dita ativação.
12. Sistema segundo a reivindicação 11, caracterizado em que ele compreende meios mecânicos de transporte dos portadores de oxigênio do reator
5 de oxidação ao reator de ativação e/ou do reator de ativação ao reator de oxidação.
13. Sistema segundo uma qualquer das reivindicações 11 ou 12, caracterizado em que ele compreende um circuito de reciclagem em anel fechado de uma parte (DFG1) do CO2 presente no segundo fluxo gasoso (DFG) em tanto que o fluxo gasoso de gaseificação (FGG).
10 14. Sistema segundo uma qualquer das reivindicações 11 a
13, caracterizado em que o dispositivo de geração de eletricidade compreende um turbo-alternador.
15. Sistema segundo uma qualquer das reivindicações 11 a
14, caracterizado em que ele compreende um bio-reator (202) contendo micro-algas, ao 15 qual é fornecida uma parte (DFG2) do CO2 presente no segundo fluxo gasoso (DFG), as ditas micro-algas realizando a foto-síntese do dito CO2, o dito bio-reator (202) fornecendo, de uma parte um fluxo gasoso de oxigênio (FO2) e de outra parte, biomassa prima conte do carbono (BC).
2/2
Carbono recicl.
FIGURA 2
BR112012019104-7A 2010-02-01 2010-10-08 Processo e sistema de produção de uma fonte de energia termodinâmica pela conversão de co2 a partir de matérias primas contendo carbono BR112012019104B1 (pt)

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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2985517B1 (fr) * 2012-01-11 2018-05-18 Ifp Energies Now Procede integre de gazeification et combustion indirecte de charges hydrocarbonees solides en boucle chimique
FR2994980B1 (fr) 2012-09-05 2014-11-14 Commissariat Energie Atomique Procede de gazeification de charge de matiere carbonee, a rendement ameliore.
CN103486578B (zh) * 2013-09-16 2015-12-09 云南天安化工有限公司 一种液氮洗尾气催化燃烧的装置及方法
US9470111B2 (en) * 2014-02-14 2016-10-18 Serdar Firkan Air independent propulsion and power generation system based on exothermic reaction sourced thermal cycle
JP6300646B2 (ja) * 2014-06-03 2018-03-28 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ケミカルルーピング燃焼システム
CN106398768B (zh) * 2016-11-04 2021-10-08 河南农业大学 一种化学链燃烧制备合成气的装置和方法
CN112303629A (zh) * 2020-09-23 2021-02-02 广西大学 一种生活垃圾焚烧资源化综合利用产藻方法

Family Cites Families (59)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1163922A (en) 1915-06-29 1915-12-14 Charles B Hillhouse Method of producing carbon monoxid from carbon dioxid.
US2128262A (en) 1935-09-05 1938-08-30 Semet Solvay Eng Corp Carbon monoxide manufacture
BE437031A (pt) 1938-11-18
US2602809A (en) 1948-07-10 1952-07-08 Kellogg M W Co Treatment of solid carbon containing materials to produce carbon monoxide for the synthesis of organic materials
US2656255A (en) 1949-02-02 1953-10-20 Kellogg M W Co Manufacture of hydrogen
US2772954A (en) 1951-01-29 1956-12-04 Amonia Casale Societa Anonima Gasification method
GB757333A (en) 1952-07-11 1956-09-19 Montedison Spa Improvements in and relating to the production of hydrogen and carbon monoxide synthesis gas
US2864688A (en) 1958-01-28 1958-12-16 United States Steel Corp Two-step method of removing oxygen from iron oxide
US3031287A (en) 1958-06-23 1962-04-24 Homer E Benson Process for manufacturing mixtures of hydrogen, carbon monoxide, and methane
US3201215A (en) 1963-06-07 1965-08-17 Chemical Construction Corp Production of combustible gas
US3442620A (en) 1968-04-18 1969-05-06 Consolidation Coal Co Production of hydrogen via the steam-iron process
US3692506A (en) * 1970-02-13 1972-09-19 Total Energy Corp High btu gas content from coal
US3915840A (en) * 1974-05-24 1975-10-28 Exxon Research Engineering Co Process for improving the octane number of cat cracked naphtha
US4040976A (en) 1976-07-06 1977-08-09 Cities Service Company Process of treating carbonaceous material with carbon dioxide
US4070160A (en) * 1977-05-09 1978-01-24 Phillips Petroleum Company Gasification process with zinc condensation on the carbon source
US4265868A (en) * 1978-02-08 1981-05-05 Koppers Company, Inc. Production of carbon monoxide by the gasification of carbonaceous materials
US4272555A (en) 1979-09-21 1981-06-09 Monsanto Company Conversion of carbon-containing materials to carbon monoxide
US4343624A (en) 1979-12-10 1982-08-10 Caterpillar Tractor Co. Rotating fluidized bed hydrogen production system
US4382915A (en) * 1981-10-13 1983-05-10 Phillips Petroleum Company Quenching of ZnO-char gasification
JPS5930702A (ja) 1982-08-13 1984-02-18 Toyo Eng Corp 重質油の熱分解の方法
US4725381A (en) 1984-03-02 1988-02-16 Imperial Chemical Industries Plc Hydrogen streams
US5213587A (en) * 1987-10-02 1993-05-25 Studsvik Ab Refining of raw gas
JPH06319520A (ja) 1993-05-10 1994-11-22 Toshiba Corp 光合成バイオリアクタ
JPH1135950A (ja) * 1996-12-26 1999-02-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 発電方法及び発電装置
JP3904161B2 (ja) 1997-03-19 2007-04-11 バブコック日立株式会社 水素・一酸化炭素混合ガスの製造方法および製造装置
RU2270849C2 (ru) * 1998-11-05 2006-02-27 Ибара Корпорейшн Система, вырабатывающая электрическую энергию с помощью газификации горючих веществ
EP1222144A1 (en) 1999-10-05 2002-07-17 Ballard Power Systems Inc. Autothermal reformer
DK200000417A (da) 2000-03-15 2001-09-16 Cowi Radgivende Ingeniorer As Fremgangsmåde og anlæg til dekomposition, forgasning og/eller forbrænding af fugtigt brændsel.
JP2002173301A (ja) 2000-12-04 2002-06-21 Sumitomo Precision Prod Co Ltd 水素エネルギー発生システム
US6682714B2 (en) 2001-03-06 2004-01-27 Alchemix Corporation Method for the production of hydrogen gas
US6911058B2 (en) * 2001-07-09 2005-06-28 Calderon Syngas Company Method for producing clean energy from coal
US6648949B1 (en) 2001-11-28 2003-11-18 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy System for small particle and CO2 removal from flue gas using an improved chimney or stack
US6896854B2 (en) 2002-01-23 2005-05-24 Battelle Energy Alliance, Llc Nonthermal plasma systems and methods for natural gas and heavy hydrocarbon co-conversion
US20040009378A1 (en) 2002-07-09 2004-01-15 Lightner Gene E. Gasification of lignocellulose for production of electricity from fuel cells
US6877322B2 (en) 2002-09-17 2005-04-12 Foster Wheeler Energy Corporation Advanced hybrid coal gasification cycle utilizing a recycled working fluid
US7191736B2 (en) 2003-01-21 2007-03-20 Los Angeles Advisory Services, Inc. Low emission energy source
WO2005003632A1 (en) * 2003-06-28 2005-01-13 Accentus Plc Combustion of gaseous fuel
US7767191B2 (en) 2003-12-11 2010-08-03 The Ohio State University Combustion looping using composite oxygen carriers
JP2006008872A (ja) 2004-06-25 2006-01-12 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 二酸化炭素によるバイオマスのガス化法
US20060130401A1 (en) * 2004-12-16 2006-06-22 Foster Wheeler Energy Corporation Method of co-producing activated carbon in a circulating fluidized bed gasification process
JP4314488B2 (ja) * 2005-07-05 2009-08-19 株式会社Ｉｈｉ 固体燃料のガス化方法及び該方法を用いたガス化装置
WO2007082089A2 (en) 2006-01-12 2007-07-19 The Ohio State University Systems and methods of converting fuel
US7824574B2 (en) 2006-09-21 2010-11-02 Eltron Research & Development Cyclic catalytic upgrading of chemical species using metal oxide materials
US8038744B2 (en) 2006-10-02 2011-10-18 Clark Steve L Reduced-emission gasification and oxidation of hydrocarbon materials for hydrogen and oxygen extraction
US7833296B2 (en) 2006-10-02 2010-11-16 Clark Steve L Reduced-emission gasification and oxidation of hydrocarbon materials for power generation
US20080134666A1 (en) * 2006-12-11 2008-06-12 Parag Prakash Kulkarni Systems and Methods Using an Unmixed Fuel Processor
US7780749B2 (en) * 2006-12-11 2010-08-24 General Electric Company Unmixed fuel processors and methods for using the same
US20090049748A1 (en) * 2007-01-04 2009-02-26 Eric Day Method and system for converting waste into energy
US8236072B2 (en) 2007-02-08 2012-08-07 Arizona Public Service Company System and method for producing substitute natural gas from coal
US8926717B2 (en) * 2007-07-27 2015-01-06 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Methods and systems for producing synthetic fuel
US8951314B2 (en) 2007-10-26 2015-02-10 General Electric Company Fuel feed system for a gasifier
US20090148927A1 (en) 2007-12-05 2009-06-11 Sequest, Llc Mass Production Of Aquatic Plants
DE102007062413B3 (de) * 2007-12-20 2009-09-10 Conera Process Solutions Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Wiederaufbereitung von CO2-haltigen Abgasen
US7833315B2 (en) * 2008-02-26 2010-11-16 General Electric Company Method and system for reducing mercury emissions in flue gas
RU2373259C1 (ru) * 2008-03-24 2009-11-20 Михаил Рудольфович Предтеченский Способ получения энергии из угля
JP5205568B2 (ja) 2008-03-28 2013-06-05 独立行政法人産業技術総合研究所 ジメチルエーテルの製造方法および製造装置
FR2941689B1 (fr) * 2009-01-30 2011-02-18 Inst Francais Du Petrole Procede integre d'oxydation, reduction et gazeification pour production de gaz de synthese en boucle chimique
US20100132633A1 (en) 2009-06-29 2010-06-03 General Electric Company Biomass gasification reactor
WO2011031755A1 (en) 2009-09-08 2011-03-17 The Ohio State University Reseach Foundation Integration of reforming/water splitting and electrochemical systems for power generation with integrated carbon capture

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