BR112013016353B1 - Processo de produqao de hidrogenio - Google Patents
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Abstract
PROCESSO DE PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO É proporcionado um processo para a produção de hidrogênio a partir da água. O processo de produção de hidrogênio da presente invenção compreende a divisão da água em hidrogênio e oxigênio, em que o processo da presente invenção compreende a decomposição de ácido sulfúrico em água, dióxido de enxofre e oxigênio através de uma reação representada pela seguinte fórmula (XI) por utilização de energia térmica solar, em que pelo menos uma parte da reação elementar da seguinte fórmula (XI-1) é realizada utilizando a energia térmica solar, e pelo menos uma parte da reação elementar da seguinte fórmula (Xl-2) é realizada utilizando a energia térmica adicional diferente da energia térmica solar, onda a temperatura de aquecimento pela energia térmica adicional é maior do que 10°C ou maior do que a temperatura de aquecimento pela energia térmica solar, e pelo menos uma parte da energia térmica adicional é gerada num vaso de reação: (XI) H20 + S02 + 1/2 02 (Xl-1) H2S04 -> H2O +SO3 e (Xl-2) SO -> S02+ 1/2 02.
Description
A presente invenção refere-se a um processo para a produção de hidrogênio, mais especificamente, a um processo para a produção de hidrogênio a partir da água.
Nos últimos anos, do ponto de vista do aquecimento global, e outros, o hidrogênio está atraindo a atenção como uma energia limpa que não envolve nenhuma formação de dióxido de carbono durante a combustão.
Em geral, para a produção de hidrogênio, emprega-se a reforma a vapor de um combustível hidrocarboneto, representados pelas seguintes fórmulas (A1) e (A2):
Portanto, embora o dióxido de carbono não seja formado pela própria combustão de hidrogênio, o dióxido de carbono é geralmente formado na produção de hidrogênio.
A este respeito, o uso de energia térmica solar ou energia térmica nuclear tem sido proposto como o método para a produção de hidrogênio sem a utilização de um combustível de hidrocarboneto (ver, Documento de Patente 1 e Documento não-Patente 1).
Como a representação do método para a produção de hidrogênio a partir da água através da utilização de energia térmica, foi proposto um método denominado um processo de ciclo l-S (iodo-enxofre) representado pelas seguintes fórmulas (B1) a (B3): (81) H2SO4 (líquido) H2O (gás) + SO2 (gás) + I/2O2 (gás) (temperatura de reação = cerca de 950°C, ΔH = 188,8 kJ/mol-H2) (B2), l2 (líquido) + SO2 (gás) + 2H2O (líquido) -> 2HI (líquido) + H2SO4 (líquido) (temperatura de reação = cerca de 130°C, ΔH = -31,8 kJ/mol-H2) (83) 2HI (líquido) -> H2 (gás) + l2 (gás) (temperatura de reação = cerca de 400°C, ΔH = 146,3 kJ/mol-H2) A reação total do processo de ciclo l-S (iodo-enxofre) representado pelas fórmulas (B1) a (B3) é como segue: H2O H2+ I/2O2 (ΔH = 286,5 kJ/mol-H2 (com base no valor de aquecimento mais elevado)) (ΔH = 241,5 kJ/mol-H2 (com base no menor valor de aquecimento)) A reação da fórmula (B1) pode ser dividida em duas reações elementares das seguintes fórmulas (B1 -1) e (B1-2): (B1 -1) H2SO4 (líquido) -> H2O (gás) + SO3 (gás) (temperatura de reação = cerca de 300°C, ΔH = 90,9 kJ/mol-H2) (B1 -2) SO3 (gás) -> SO2 (gás) + I/2O2 (gás) (temperatura de reação = em torno de 950°C, ΔH = 97,9 kJ/mol-H2)
Ou seja, no caso da produção de hidrogênio por um processo de ciclo de l-S, 0 trió- xido de enxofre (SO3) a reação de decomposição com a fórmula (B1-2), exige uma maior temperatura, e a temperatura elevada necessária nesta reação não pode ser facilmente obtida.
O Documento não-Patente 1 não descreve que, no tocante a um problema como esse, um gás natural é queimado, conforme necessário, durante a utilização de energia térmica solar como fonte de calor, sendo, portanto, obtida a energia térmica adicional.
Além disso, a fim de baixar a temperatura necessária na reação de decomposição de trióxido de enxofre com a fórmula (B1-2), tem sido proposto 0 uso de um catalisador de platina. Sabe-se que um catalisador de platina pode ter alto desempenho no início de sua utilização nesta reação; no entanto, a atividade catalítica é reduzida devido à desoxidação da platina com 0 oxigênio produzido na reação, e, devido a sinterização das partículas de platina. Além disso, 0 catalisador de platina é caro e, por conseguinte, sua utilização numa escala industrial, é difícil.
A este respeito, 0 Documento não-Patente 2 propõe uma técnica em que, a fim de reduzir a temperatura necessária na reação de decomposição do trióxido de enxofre, um catalisador selecionado a partir do grupo consistindo de platina (Pt), cromo (Cr), ferro (Fe) e seus óxidos é usado por deposição do mesmo sobre um suporte de alumina.
Além disso, no que diz respeito ao processo de ciclo de l-S, 0 Documento de Patente 2 propôs uma técnica na qual, na reação representada pela fórmula geral (B2), isto é, na reação de obtenção de iodeto de hidrogênio e ácido sulfúrico a partir de iodo, dióxido de enxofre e água , a reação de dióxido de enxofre com a água é executada no lado do cátodo por uma membrana de troca de cátions, e a reação do iodo é realizada no lado do anodo da membrana de troca de cátion e, assim, a operação de separação subsequente é omitida.
Incidentalmente, além do processo de ciclo l-S, um processo de ciclo de Westinghouse, um processo de ciclo de Ispra-Mark 13 e semelhantes são conhecidos como 0 método para a produção de hidrogênio utilizando energia térmica. Contudo, também nestes processos, 0 trióxido de enxofre deve ser decomposto em dióxido de enxofre e hidrogênio, como na fórmula (B1-2). Lista de Referência Literatura de Patente [Documento de Patente 1] Publicação de Patente Japonesa não examinada N° 2007-218604 [Documento de Patente 2] Publicação de Patente Japonesa não examinada No. 2005-041764 Literatura não-Patente [Documento não-Patente 1] A. Giaconia, et al., International Journal of Hydrogen Energy, 32, 469-481 (2007) [Documento não-Patente 2] H. Tagawa, et ai., International Journal of Hydrogen Energy, 14, 11-17(1989)
A presente invenção proporciona um processo para a produção de hidrogênio.
Solução para o problema Como resultado de intensivos estudos, a requerente realizou a presente invenção descrita a seguir: 1 - Um processo de produção de hidrogênio que compreende a separação da água em hidrogênio e oxigênio, onde o processo compreende: a decomposição de ácido sulfúrico em água, dióxido de enxofre e oxigênio através de uma reação representada pela seguinte fórmula (XI) por utilização de energia térmica solar, a reação representada pela seguinte fórmula (XI) que inclui as reações elementares representadas pelas seguintes fórmulas (X1 -1) e (X1 -2), pelo menos uma parte da reação elementar da seguinte fórmula (X1-1) é realizada utilizando a energia térmica solar, pelo menos uma parte da reação elementar da seguinte fórmula (X1-2) é realizada utilizando a energia térmica adicional diferente da energia térmica solar, a temperatura de aquecimento pela energia térmica adicional é maior do que 10°C ou maior do que a temperatura de aquecimento pela energia térmica solar, e pelo menos, uma parte da energia térmica adicional é gerada num vaso de reação utilizado para a realização das reações elementares de fórmula (X1 -1) e /ou fórmula (X1 -2):
2 - O processo tal como descrito em 1 acima, em que a energia térmica adicional é fornecida por combustão de hidrogênio e/ou por aquecimento com um aquecedor elétrico, no vaso de reação. 3 - O processo tal como descrito em 2 acima, em que a energia térmica adicional é fornecida por combustão de hidrogênio no vaso de reação. 4 - O processo tal como descrito em 3 acima, em que o hidrogênio é hidrogênio ob- tido por separação da água em hidrogênio e oxigênio com a utilização de energia térmica solar e / ou a energia da luz solar. 5 - O processo tal como descrito em 2 acima, em que a energia térmica adicional é fornecida por meio de aquecimento com um aquecedor elétrico, no vaso de reação. 6 - O processo tal como descrito em 5, acima, em que a energia elétrica para o aquecedor elétrico é energia elétrica obtida a partir de energia térmica solar e / ou energia da luz solar. 7 - O processo de produção de hidrogênio, como descrito em qualquer item 1 e 6 acima, em que o vaso de reação é um reator de tipo fluxo e a energia térmica solar é fornecida ao vaso de reação através de um meio de calor como uma contracorrente para o ácido sulfúrico fornecido ao vaso de reação. 8 - O processo de produção de hidrogênio, como descrito em quaisquer de 1 a 7 acima, em que o vaso de reação é um reator do tipo fluxo e, pelo menos uma parte da energia térmica adicional é gerada a jusante da parte que permite o início da reação elementar de fórmula (X1-2). 9 - O processo de produção de hidrogênio, como descrito em quaisquer de 1 a 8 acima, em que o vaso de reação é um reator do tipo fluxo e, pelo menos uma parte da energia térmica adicional é gerada numa parte a 400 ‘C ou mais do vaso de reação. 10-0 processo de produção de hidrogênio, como descrito em quaisquer de 1 a 9 acima, que é um processo de ciclo de l-S, um processo de ciclo de Westinghouse (por vezes referido como um processo de ciclo híbrido) ou um processo de ciclo Ispra-Mark 13. 11-0 processo de produção de hidrogênio, como descrito em quaisquer de 1 a 10 acima, em que a energia térmica solar é obtida por um coletor de luz do tipo disco parabólico, um coletor de luz do tipo torre, um coletor de luz do tipo calha parabólica ou uma combinação dos citados. 12-0 processo de produção de hidrogênio, como descrito em quaisquer de 1 a 11 acima, em que um catalisador de decomposição de trióxido de enxofre selecionado a partir do grupo que consiste de um metal de transição, um metal típico, seus óxidos, e uma combinação destes, é disposto no vaso de reação. 13-0 processo de produção de hidrogênio como descrito em 12 acima, em que o catalisador de decomposição de trióxido de enxofre inclui um óxido composto de vanádio e, pelo menos um metal selecionado a partir do grupo consistindo de metais de transição e os elementos de terras raras.
De acordo com o processo de produção de hidrogênio da presente invenção, o hidrogênio pode ser produzido a partir da água com boa eficiência de energia em relação à energia térmica adicional, além da energia térmica solar.
A FIG. 1 é uma vista para explicar uma primeira forma de realização do processo de produção de hidrogênio da presente invenção.
A FIG. 2 é uma vista que explica um segundo modo de realização do processo de produção de hidrogênio da presente invenção.
A FIG. 3 é uma vista que explica um terceiro modo de realização do processo de produção de hidrogênio da presente invenção.
A FIG. 4 é uma vista que mostra os efeitos da temperatura e hidrogênio na proporção de conversão na reação representada pela fórmula (B1 -2), isto é, a taxa de conversão na reação de decomposição de trióxido de enxofre para se obter o dióxido de enxofre e oxigênio.
A FIG. 5 é uma vista que mostra os resultados da análise de difração de raios-X em um composto de óxido de metal usado como um catalisador não suportado em (a) Exemplo 1 e (b) Exemplo 2.
A FIG. 6 é uma vista que mostra os resultados da análise de difração de raios-X em um composto de óxido de metal usado como um catalisador não suportado em (a) Exemplo 3 (b) Exemplo 4 e (c) Exemplo Comparativo 1.
A FIG. 7 é uma vista que mostra um aparelho utilizado para a avaliação dos catalisadores de decomposição de trióxido de enxofre dos Exemplos, Exemplos Comparativos e Exemplos de Referência.
O processo de produção de hidrogênio da presente invenção compreende a separação da água em hidrogênio e oxigênio.
Este processo compreende a decomposição de ácido sulfúrico em água, dióxido de enxofre e oxigênio através de uma reação representada pela seguinte fórmula (X1) por utilização de energia térmica solar, e a reação representada pela seguinte fórmula (X1) inclui as reações elementares representadas pelas seguintes fórmulas (X1-1) e (X1-2):
Além disso, neste processo, pelo menos uma parte da reação elementar de fórmula (X1-1) é realizada utilizando a energia térmica solar, pelo menos uma parte da reação elementar de fórmula (X1-2) é realizada por meio de energia térmica adicional diferente da energia térmica solar e a temperatura de aquecimento pela energia térmica adicional é maior de 10°C ou mais, 50°C ou mais, lOO'C ou mais, 150 °C ou mais, ou 200°C ou mais, do que a temperatura de aquecimento pela energia térmica solar.
Na reação elementar de fórmula (X1-1), a proporção da reação realizada utilizando a energia térmica solar pode ser de 10% ou mais, 20% ou mais, 30% ou mais, 40% ou mais, 50% ou mais, 60 % ou mais, 70% ou mais, 80% ou mais, 90% ou mais, ou cerca de 100%, com base em toda a energia térmica absorvida pela reação. A relação acima é maior, quanto maior se tornar a proporção de energia térmica solar utilizada no processo de produção de hidrogênio da presente invenção. Assim, a utilização de energia térmica solar, com uma proporção maior é geralmente preferida, em vista da eficiência energética, a respeito da energia térmica adicional.
Além disso, na reação elementar de fórmula (X1 -2), a proporção entre a reação realizada utilizando a energia térmica adicional pode ser de 10% ou mais, 20% ou mais, 30% ou mais, 40% ou mais, 50% ou mais , 60% ou mais, 70% ou mais, 80% ou mais, 90% ou mais, ou cerca de 100%, com base em toda a energia térmica absorvida pela reação. Como descrito acima, a temperatura de aquecimento pela energia térmica adicional é superior à temperatura de aquecimento pela energia térmica solar. Portanto, quanto maior for a proporção de energia térmica adicional utilizada, conduzirá a que a reação elementar de fórmula (X1-2) seja realizada a uma temperatura relativamente elevada. Por conseguinte, a proporção mais elevada de energia térmica adicional utilizada é preferida em virtude da velocidade de reação, proporção de conversão e semelhantes da reação elementar de fórmula (X1-2). No entanto, uma relação muito alta de energia térmica adicional utilizada conduz a que a relação da energia térmica adicional utilizada no processo de produção de hidrogênio da presente invenção seja mais elevada, isto é, a razão entre a energia solar térmica utilizada é menor, o que é não é preferido, tendo em conta a eficiência energética relativa à energia térmica adicional.
Como descrito acima em relação ao processo de produção de hidrogênio denominado processo de ciclo de l-S (iodo - enxofre), enquanto a energia de reação (ΔH) da reação elementar de fórmula (X1 -2) é de 97,9 kj/mol- H2, a energia da reação (ΔH), da reação total de produção de hidrogênio a partir da água é de 241,5 kJ/mol-H2 com base no valor de aquecimento menor. Isto é, a energia de reação da reação elementar de fórmula (X1-2) é menor do que a metade da energia de reação da reação total da produção de hidrogênio a partir da água.
Assim, por exemplo, quando toda a reação elementar de fórmula (X1-1) for realizada utilizando a energia térmica solar, e toda a reação elementar de fórmula (X1 -2) for realizada por meio de energia térmica suplementar, a diferença entre a energia do hidrogênio obtido e a energia da energia térmica adicional necessária, isto é, a energia obtida a partir de energia térmica solar no processo de produção de hidrogênio da presente invenção, tor- nar-se 143,6 kJ/mol-H2 {isto é, (241,5 kJ/mol-H2) - (97,9 kJ/mol-H2)}. Significando que, cerca de 59% {por exemplo, (143,6 kJ/mol-H2) / (241,5 kJ/mol-H2)} da energia de reação da reação total de produção de hidrogênio a partir da água é obtida a partir de energia térmica solar.
Adicionalmente, por exemplo, quando toda a reação elementar de fórmula (X1-1) é realizada utilizando a energia térmica solar e metade da reação elementar de fórmula (X1-2) for realizada por meio de energia térmica suplementar, a diferença entre a energia obtida de hidrogênio e a energia da energia térmica adicional exigida, isto é, a energia obtida a partir de energia térmica solar no processo de produção de hidrogênio da presente invenção torna-se 169,7 kJ/mol-Ha {isto é, (241,5 kJ/mol-H2) - (97,9 kJ/mol-H2) / 2}. Isto significa que, cerca de 70% {por exemplo, (169,7 kJ/mol-Hg) / (241,5 kJ/mol-Ha)} da energia de reação da reação total de produção de hidrogênio a partir de água é obtida a partir de energia térmica solar.
Ocasionalmente, o cálculo da energia acima é baseado no calor de reação de acordo com uma fórmula simples de reação. No entanto, a perda de calor pode ocorrer, e a taxa de reação individual pode não atingir os 100% na instalação real. Por conseguinte, a proporção de energia de reação obtida a partir de energia térmica solar para a energia total de reação pode não coincidir, necessariamente, com o valor descrito acima.
A energia térmica solar pode ser fornecida ao vaso de reação de qualquer forma.
Por exemplo, quando o vaso de reação em que a reação de fórmula geral (XI) for realizada é um vaso de reação de tipo fluxo, a energia térmica solar pode ser fornecida para o vaso de reação por um meio de calor, tal como metal fundido e sal de metal fundido como uma contracorrente ao ácido sulfúrico fornecido ao vaso de reação. Neste caso, a temperatura no lado de saída do vaso de reação do tipo fluxo, isto é, do lado em que a reação elementar representada pela fórmula geral (X1-2) está ocorrendo, pode ser tornada mais elevada e a temperatura no lado da entrada do vaso de reação do tipo fluxo, isto é, do lado em que a reação elementar representada pela fórmula geral (X1-1) ocorre, pode ser reduzida. Uma vez que a temperatura no lado onde a reação elementar representada pela fórmula geral (X1-2), que necessita de temperatura mais elevada ocorre, pode ser elevada, a energia térmica solar pode ser utilizada eficientemente.
Quanto ao coletor de luz para se obter a energia térmica solar, um coletor de luz do tipo disco parabólico, um coletor de luz solar do tipo torre e um coletor de luz do tipo calha parabólica são conhecidos. Dentre estes, um coletor de luz de tipo calha parabólica é preferido, porque a estrutura é simples, o custo é baixo, e o coletor é adequado para uma instalação em grande escala.
A energia térmica adicional pode ser fornecida utilizando qualquer fonte de calor tendo uma temperatura mais elevada do que a temperatura de aquecimento fornecida pela energia térmica solar.
Pelo menos uma parte da energia térmica adicional, por exemplo, 30% ou mais, 50% ou mais, 70% ou mais, 90% ou mais, ou cerca de 100% da energia térmica adicional, é, pelo menos, parcialmente, gerada no vaso de reação em que as reações elementares de fórmula (X1-1) e / ou da fórmula (X1-2) são realizadas. Neste caso, a energia térmica adicional pode ser utilizada de forma eficiente para as reações elementares de fórmula (X1-1) e / ou de fórmula (X1-2). Por outro lado, no caso de fornecimento da energia térmica adicional do lado de fora do vaso de reação, uma vez que as reações elementares de fórmula (X1 -1) e/ou de fórmula (X1 -2) são reações endotérmicas, a temperatura ambiente é baixa na parte central do vaso de reação, e, por sua vez, a velocidade de reação na parte central do vaso de reação é reduzida.
Por exemplo, quando o vaso de reação é um reator de tipo fluxo, pelo menos, uma parte da energia térmica adicional pode ser gerada a jusante da parte em que a reação elementar de fórmula (X2-2) é iniciada. Além disso, quando o vaso de reação é um reator do tipo fluxo, pelo menos uma parte da energia térmica adicional pode ser gerada numa porção que tem uma temperatura de 400°C ou mais, 500°C ou mais, ou 600 °C ou mais, do vaso de reação. De acordo com essas modalidades, a taxa de conversão final pode ser eficientemente aumentada, elevando-se a temperatura numa parte em que a reação elementar de fórmula (X1-2), procedeu, até certo ponto.
A energia térmica adicional pode ser fornecida, por exemplo, por combustão de hidrogênio e/ou aquecimento com um aquecedor elétrico no vaso de reação.
No caso do fornecimento de energia térmica adicional por combustão de hidrogênio no vaso de reação, o hidrogênio é fornecido ao vaso de reação, onde as reações elementares de fórmula (X1-1) e/ou fórmula (X1-2) são realizadas, e o hidrogênio é queimado no vaso de reação, podendo assim ser fornecido o calor de combustão.
A queima de hidrogênio no vaso de reação é preferida pelo fato de que o hidrogênio e a água produzidos pela combustão não terem nenhum efeito adverso sobre as reações elementares de fórmula (X1-1) e / ou da fórmula (X1-2). Além disso, a adição de hidrogênio é preferida na medida em que, na relação de equilíbrio representada pela seguinte fórmula (X1-2 ') o equilíbrio é deslocado para o lado de decomposição de trióxido de enxofre, isto é, o lado de produção do dióxido de enxofre:
O deslocamento de equilíbrio por adição de hidrogênio para a reação elementar de fórmula (X1-2) pode ser demonstrado, por exemplo, na FIG. 4. Na figura 4, a linha inferior sólida indica a relação entre a temperatura e a taxa de conversão de equilíbrio, no caso em que o hidrogênio não é adicionado, e a linha tracejada superior indica a relação entre a temperatura e a taxa de conversão de equilíbrio no caso em que a proporção de hidrogênio para trióxido de enxofre (H2/SO3) é de 0,2.
Como ficou entendido a partir da figura 4, tanto no caso em que 0 hidrogênio é adicionado e no caso em que 0 hidrogênio não é adicionado, a taxa de conversão de equilíbrio a partir de trióxido de enxofre (SO3) para dióxido de enxofre (SO2) é aumentada com a elevação da temperatura. Além disso, quando a temperatura é constante, a taxa de conversão de equilíbrio a partir de trióxido de enxofre (SO3) para dióxido de enxofre (SO2) é maior no caso em que 0 hidrogênio é adicionado.
Assim, por exemplo, quando a proporção de hidrogênio para trióxido de enxofre (H2/SO3) é de 0,13 e a temperatura é elevada de 550°C para 650°C por combustão do hidrogênio, 0 equilíbrio é deslocado a partir do ponto A para 0 ponto B, devido ao aumento na temperatura de reação de 550°C para 650°C, e 0 equilíbrio é ainda mais deslocado do ponto B para 0 ponto C, devido à alteração na relação de hidrogênio de 0 para 0,2, como mostrado na Figura 4.
De modo específico, por exemplo, quando apenas a temperatura da reação é elevada de 550 °C para 650^0, a taxa de conversão de equilíbrio é aumentada em 23,11%. Quando a relação de hidrogênio é ajustada em 0,13 e a temperatura é elevada de 550 °C para 650°C, a taxa de conversão de equilíbrio é ainda melhorada em 4,40% e aumentada em 27,51% no total (ou seja, 23,11% + 4,40%).
A proporção de hidrogênio para trióxido de enxofre (H2/SO3) pode ser opcionalmente determinada de acordo com a temperatura de reação pretendida, a taxa de conversão final e semelhantes, podendo ser, por exemplo,de 0,01 ou mais , 0,05 ou mais, ou 0,10 ou mais e 0,3 ou menos, ou 0,2 ou menos.
O hidrogênio fornecido ao vaso de reação pode ser hidrogênio obtido por separação da água em hidrogênio e oxigênio com utilização de energia térmica solar e/ou energia da luz solar. Esta opção é preferida pelo fato de que 0 dióxido de carbono não é formado ou é formado em relativamente pouca proporção na produção de hidrogênio fornecido ao vaso de reação.
No caso do fornecimento de energia térmica adicional por combustão de hidrogênio no vaso de reação, 0 vaso de reação para utilização no processo de produção de hidrogênio da presente invenção pode ser, por exemplo, um vaso de reação conforme mostrado na Fig. 1 ou 2.
No vaso de reação do tipo fluxo mostrado na Fig. 1, ácido sulfúrico (H2SO4) como uma matéria prima de reação de fórmula (X1) é passado através do vaso de reação do tipo de fluxo (32, 34, 36), como mostrado pela seta (12). Além disso, a energia térmica solar, é fornecida para 0 vaso de reação através de um meio de calor em contracorrente ao ácido sulfúrico fornecido ao vaso de reação, conforme indicado pela seta (14). Além disso, 0 hidrogênio (24) é adicionado ao vaso de reação a partir de um aparelho de adição de hidrogê- nio (22).
O vaso de reação do tipo fluxo mostrado na Fig. 1 está dividido numa parte a montante (32), onde a reação de fórmula (X1-1) é realizada, uma parte a meio caminho (34) em que o hidrogênio é adicionado, e uma parte a jusante (36), onde a reação de fórmula (X1-2 ) é realizada, mas estas partes (32, 34, 36) não necessitam ser individualmente separadas. De modo inverso, como mostrado na Fig. 2, no vaso de reação do tipo fluxo, estas partes (32, 34, 36) podem ser dispostas individualmente, como um vaso de reação independente, e os vasos de reação independentes podem ser ligados através de um conduto. (Energia térmica adicional - Aquecimento com Aquecedor Elétrico)
No caso do fornecimento de energia térmica adicional por aquecimento com um aquecedor elétrico no vaso de reação, qualquer aquecedor elétrico útil para aquecimento no vaso de reação pode ser usado. Ou seja, no caso de aquecimento com um aquecedor elétrico, como uma fonte de calor ser utilizado, o aquecedor elétrico está colocado no vaso de reação, onde são realizadas as reações elementares de fórmula (X1 -1) e / ou da fórmula (X1-2), sendo que, o aquecedor elétrico é energizado, e daí o aquecimento pode ser realizado no vaso de reação.
A energia elétrica para o aquecedor elétrico pode ser energia elétrica obtida a partir da energia térmica solar e/ou a energia da luz solar. Prefere-se esta opção pelo fato de que o dióxido de carbono não é formado ou é formado em quantidade relativamente pequena na produção de energia elétrica para o aquecimento elétrico.
No caso do fornecimento de energia térmica adicional por aquecimento com um aquecedor elétrico ao vaso de reação, o vaso de reação utilizado no processo de produção de hidrogênio da presente invenção pode ser, por exemplo, um vaso de reação conforme mostrado na Fig. 3.
No vaso de reação do tipo de fluxo mostrado na Fig. 3, o ácido sulfúrico (H2SO4) como uma matéria prima da reação de fórmula (X1), é passado através do vaso de reação do tipo de fluxo (32, 34, 36), da esquerda para a direita na Figura, como indicado pela seta (12). Além disso, a energia térmica solar, é fornecida para 0 vaso de reação através de um meio de calor em contracorrente ao ácido sulfúrico fornecido ao vaso de reação, conforme indicado pela seta (14). Além disso, um aquecedor elétrico (52) está disposto no vaso de reação.
O vaso de reação do tipo fluxo mostrado na Fig.3 é dividido numa parte a montante (32), onde a reação de fórmula (X1-1) é realizada, uma parte a meio caminho (34), onde 0 aquecimento é efetuado por um aquecedor elétrico (52), e uma parte a jusante (36), onde a reação de fórmula (X1 -2) é realizada, mas estas partes (32, 34, 36) não necessitam ser distintamente segmentadas. Por outro lado, como mostrado na Fig. 2 para a forma de realização de adição de hidrogênio, no reator do tipo fluxo, estas partes (32, 34, 36) podem ser dispostas individualmente, como um vaso de reação independente, e os vasos de reação independentes podem ser ligados através de um conduto. (Ciclo de Produção de Hidrogênio)
O processo de produção de hidrogênio da presente invenção que compreende a separação da água em hidrogênio e oxigênio utilizando a energia térmica solar, compreende a decomposição do ácido sulfúrico em água, dióxido de enxofre e oxigênio através de uma reação representada pela seguinte fórmula (X1):
O processo de produção de hidrogênio da presente invenção pode ser, por exemplo, um processo de ciclo l-S, um processo de ciclo Westinghouse ou um processo de ciclo Ispra-Mark 13.
Ou seja, por exemplo, 0 processo de produção de hidrogênio da presente invenção pode ser um processo de ciclo l-S (iodo-enxofre), representado pelas seguintes fórmulas (X1)a(X3):
Adicionalmente, por exemplo, 0 processo de produção de hidrogênio da presente invenção pode ser um processo de ciclo de Westinghouse, representado pelas seguintes fórmulas (X1), (X4), e (X5):
Além disso, por exemplo, 0 processo de produção de hidrogênio da presente invenção pode ser um processo de ciclo Ispra-Mark 13, representado pelas seguintes fórmulas (X1) (X6) e (X7):
(Catalisador de Decomposição de Trióxido de Enxofre)
No processo de produção de hidrogênio da presente invenção, um catalisador de decomposição de trióxido de enxofre pode ser usado no vaso de reação a fim de baixar a temperatura necessária para a reação de decomposição do trióxido de enxofre da fórmula (B1 -2) para fazer com que a reação de decomposição do trióxido de enxofre prossiga a uma velocidade substancial a uma temperatura, por exemplo, de cerca de 700°C ou menos.
O catalisador de decomposição do trióxido de enxofre, contém, por exemplo, um composto de óxido de vanádio e, pelo menos, um metal selecionado do grupo que consiste em metais de transição e os elementos de terras raras.
Como descrito acima, no processo convencional de decompor o trióxido de enxofre, uma temperatura próxima a 1000 °C é geralmente empregada. No entanto, o material capaz de resistir a uma temperatura tão elevada é muito limitado e, além disso, bastante caro.
Além disso, a elevada temperatura próxima a 1.000°C pode ser dificilmente obtida a um baixo custo a partir da energia solar. Mais especificamente, por exemplo, como o coletor de luz para a obtenção de energia térmica solar, um coletor de luz do tipo disco parabólico, um coletor de luz solar do tipo torre e um coletor de luz do tipo calha parabólica são conhecidos. Dentre estes, o coletor de luz do tipo calha parabólica tem uma estrutura simples e é pequeno no custo e adequado para uma instalação em grande escala; contudo, não é um fato concreto para um coletor de luz do tipo calha parabólica coletar energia solar em temperaturas tão altas como 1000°C devido ao equilíbrio entre a coleta da energia solar e a dissipação de energia por radiação.
Assim, possui um grande valor industrial o fato de baixar a temperatura necessária para a reação de decomposição de trióxido de enxofre, usando um catalisador de decomposição do trióxido de enxofre, fazendo com que a reação de decomposição do trióxido de enxofre prossiga a uma velocidade substancial a uma temperatura de, por exemplo, cerca de 700 °C ou menor. (Catalisador de Decomposição do Trióxido de Enxofre - Óxido Composto)
O catalisador de decomposição de trióxido de enxofre contém, por exemplo, um composto de óxido de vanádio e, pelo menos um metal selecionado a partir do grupo consistindo de metais de transição e os elementos de terras raras. Para o elemento de metal de transição e de terras raras que constituem o óxido composto, quaisquer metais de transição ou de terras raras, por exemplo, um metal selecionado a partir do grupo consistindo de cobre (Cu), cromo (Cr), titânio (Ti), zircônio ( Zr), lantânio (La), cério (Ce), neodímio (Nd), e uma combinação dos mesmos, podem ser utilizados.
No óxido composto do catalisador de decomposição de trióxido de enxofre, a relação atômica entre o vanádio e pelo menos um metal selecionado a partir do grupo consistindo de metais de transição e os elementos de terras raras (pelo menos um metal tal como metal de transição: vanádio) pode ficar em 1: 9 e 9:1, de 2:08 a 8:02, de 3:07 a 7:03, ou de 4:6 a 6:4.
O óxido compósito do catalisador da decomposição do trióxido de enxofre pode ser obtido por qualquer método.
Por exemplo, o óxido composto pode ser obtido através da mistura de óxidos metá- licos individuais que constituem o óxido composto e queimando-se a mistura. Além disso, no caso de seleção de um sal de um elemento de metal de transição ou semelhante e um sal de vanádio, de modo a permitir a co-precipitação do mesmo, o óxido composto pode ser obtido pela coprecipitação de um precursor do óxido composto de uma solução aquosa contendo um sal de um elemento de metal de transição ou semelhante e um sal de vanádio, e em seguida procedendo à queima do co-precipitado obtido.
Além disso, quando o catalisador de decomposição de trióxido de enxofre é um catalisador suportado em que o óxido compósito é suportado sobre um suporte, o catalisador de decomposição de trióxido de enxofre pode ser obtido por um processo no qual o suporte é levado a absorver uma solução aquosa contendo um sal de um elemento de metal de transição, ou um elemento de terras raras, seco e calcinado; levados a absorver uma solução aquosa de um sal de vanádio, seco e calcinado, e em seguida queimado. De modo inverso, o catalisador de decomposição de trióxido de enxofre pode ser obtido por um processo no qual o suporte é levado, em primeiro lugar a absorver uma solução aquosa de um sal de vanádio, seco e calcinado; forçado a absorver uma solução aquosa contendo um sal de um elemento de metal de transição ou semelhante, seco e calcinado e, em seguida, queimado. Além disso, no caso da seleção de um sal de vanádio e um sal de um elemento de metal de transição ou semelhante, de modo a permitir a co-precipitação do mesmo, o catalisador de decomposição de trióxido de enxofre pode ser obtido por um processo no qual o suporte é levado a absorver uma solução aquosa contendo, tanto um sal de vanádio como um sal de um elemento de metal de transição ou semelhante, seco e calcinado, e em seguida queimado. (Catalisador de Decomposição de Trióxido de Enxofre - Suporte)
O óxido composto do catalisador de decomposição de trióxido de enxofre pode ser apoiado sobre um suporte a fim de aumentar a área superficial do óxido composto e reduzir a diminuição da área superficial do óxido compósito durante o uso do mesmo. Nesta conexão, o suporte útil inclui um suporte selecionado a partir do grupo que consiste em: sílica, alumina, zircônia, titânia e uma combinação destes.
Assim, por exemplo, a sílica, particularmente, um suporte de sílica poros tendo uma estrutura porosa, pode ser usado como o suporte. Neste caso, o oxido composto é de preferência suportado dentro da estrutura porosa do suporte de sílica porosa. Também neste caso, o suporte de sílica porosa tem de preferência uma distribuição de poro tal que o pico atribuível a uma folga entre as partículas primárias de sílica está presente na faixa de um tamanho de poro de 5 a 50 nm, em particular um tamanho de poro de 5 a 30 nm, e o pico atribuível à estrutura de poro dentro da partícula de sílica está presente na faixa de tamanho de poro de 1 a 5 nm, em particular um tamanho de poro de 2 a 4 nm.
No caso do uso de um suporte de sílica porosa tendo uma estrutura de poro no modo citado, o óxido compósito pode ser suportado, perto da superfície da estrutura de poro do suporte de sílica porosa, e, assim, a sinterização das partículas de óxido compósito pode ser eliminada. Apesar de não estar ligado a uma teoria, considera-se que, com a partícula de óxido compósito mantida em um estado muito fino, não apenas a área superficial do catalisador aumenta cerca de 100 vezes, devido à microparticulação do catalisador, como também a propriedade de superfície do catalisador é muitas vezes alterada a fim de melhorar o desempenho do catalisador de óxido compósito.
Além disso, considera-se que, na distribuição de poro da partícula de sílica porosa tendo uma estrutura porosa, uma distribuição dos poros binária é criada e, assim, um gás em fase de vapor com uma elevada velocidade de difusão é fornecido a uma alta velocidade dos poros com um tamanho de poro de dez a algumas dezenas de nm aos sítios ativos, tendo uma grande área superficial e um tamanho de poro de vários nm, aumentando com isso a possibilidade de colocar a partícula de óxido compósito em contato com o trióxido de enxofre; resultando no aperfeiçoamento do desempenho do catalisador.
A propósito, o suporte de sílica porosa tendo uma estrutura de poros, pode ser obtido pelo método descrito na Publicação de Patente Japonesa Não Examinada N ° 2008- 12382.
A reação de decomposição de trióxido de enxofre em dióxido de enxofre e oxigênio, utilizando um catalisador de decomposição de trióxido de enxofre pode ser realizada a uma temperatura mais baixa do que no processo convencional de decomposição de trióxido de enxofre, por exemplo, a uma temperatura de 800 °C ou menos, 750 °C ou menos, 700 °C ou menos, ou 650°C ou menos.
Nos Exemplos a seguir, é avaliado o catalisador utilizável no processo de produção de hidrogênio da presente invenção
Neste Exemplo, um composto de óxido de metal (Cu-V-O) de cobre (Cu) e vanádio (V) foi usado como o catalisador.
Óxido de cobre e óxido de vanádio numa razão atômica de metais respectivos de 1:1 foram moídos num almofariz, os óxidos triturados foram bem misturados e a mistura foi carregada a um cadinho de alumina e queimada a 750 ‘C durante 12 horas, sendo assim obtido o catalisador não suportado utilizado como o catalisador. A Fig. 5(a) mostra os resultados da análise por difração de raios-X (XRD), do catalisador não suportado obtido.
Um catalisador dotado de suporte em que um oxido metálico composto é suportado sobre um suporte de sílica porosa tendo uma estrutura de poro foi produzido como segue. (Produção do Catalisador Suportado - Produção de Suporte de Sílica Porosa)
O suporte de sílica porosa para o catalisador com suporte foi produzido por um modo similar ao método descrito na Publicação de Patente Japonesa Não Examinada N ° 2008-12382. Ou seja, o suporte de sílica porosa foi produzido como segue.
Em 6 L (litros) de água destilada, dissolveu-se 1 kg de cloreto de cetiltrimetilamônio. A solução aquosa obtida foi agitada durante 2 horas para autoalinhar o cloreto de cetiltrime- tilamónio. Tetraetoxissilano e amoníaco foram então adicionados à solução contendo o cloreto de cetiltrimetilamônio autoalinhado para ajustar o pH da solução em 9,5.
Nesta solução, o tetraetoxissilano foi hidrolisado durante 30 horas para precipitar a sílica em torno de hexadecilamina alinhada, e assim, foi formada uma partícula secundária composta por uma partícula primária com poros nanométricos, obtendo-se daí, um precursor de suporte de sílica porosa.
A seguir, o precursor de suporte de sílica porosa obtido foi lavado com etanol aquoso, filtrado, seco e queimado ao ar a 800°C durante 2 horas obtendo-se um suporte de sílica porosa.
O suporte de sílica porosa obtida presente tinha poros em torno de 2,7 nm atribuíveis à estrutura porosa da sílica e poros de mais de 10 nm, atribuíveis ao intervalo entre as partículas primárias de sílica. (Produção de catalisador com Suporte - Carregamento do Óxido de Metal Compósito)
O óxido compósito foi carregado na sílica porosa por um método de carregamento de absorção de água. Especificamente, em primeiro lugar, o nitrato de cobre foi dissolvido em água para preparar uma solução aquosa, e o suporte foi levado a absorver a solução aquosa, secando-se a 150°C sendo calcinado a 350°C durante 1 hora. Metavanadato de amónio foi então dissolvido em água, e o suporte foi levado a absorver a solução aquosa resultante, foi seco 150°C e calcinado a 350 °C por 1 hora. Finalmente, o suporte obtido foi queimado a 600 °C durante 2 horas para se obter um suporte de sílica porosa suportado em óxido compósito.
A quantidade de cobre suportado foi de 0,12mol/100g suporte, e a quantidade de vanádio suportado foi de 0,12mol/100g-suporte.
No Exemplo 2, um composto de óxido de metal de cromo (Cr) e vanádio (V) (Cr-V- O) foi usado como o catalisador. Um catalisador não suportado foi produzido no mesmo procedimento do Exemplo 1, exceto que a temperatura de queima foi de 700°C na produção do catalisador não suportado. A Fig. 5(b) mostra os resultados da análise por difração de raios-X (XRD), do catalisador não suportado obtido.
No Exemplo 3, um composto de óxido de metal de cério (Ce) e vanádio (V) (Ce-V- O) foi usado como o catalisador. Um catalisador não suportado e um catalisador suportado foram produzidas pelo mesmo procedimento que no Exemplo 1, exceto que a temperatura de queima foi de 700°C na produção do catalisador não suportado. A Fig. 6(a) mostra os resultados da análise por difração de raios-X (XRD), do catalisador não suportado obtido.
No Exemplo 4, um composto de óxido de metal de zircônio (Zr) e vanádio (V) (Zr-V- O) foi usado como o catalisador. Um catalisador não suportado foi produzido no mesmo procedimento do Exemplo 1, exceto que a temperatura de queima foi de 700 °C na produção do catalisador não suportado. A FIG. 6(b) mostra os resultados da análise por difração de raios-X (XRD), do catalisador não suportado obtido.
No Exemplo 5, um composto de óxido de metal (Ti-V-O) de titânio (Ti) e vanádio (V) foi usado como o catalisador. Um catalisador não suportado foi produzido pelo mesmo procedimento do Exemplo 1, exceto que a temperatura de queima foi de 600°C na produção do catalisador não suportado.
No Exemplo 6, um composto de óxido de metal de lantânio (La) e vanádio (V) (La- V-O) foi usado como o catalisador. Um catalisador suportado foi produzido pelo mesmo procedimento que no Exemplo 1.
No Exemplo 7, um composto de óxido de metal (Nd-V-O) de neodímio (Nd) e vanádio (V) foi usado como o catalisador. Um catalisador suportado foi produzido pelo mesmo procedimento que no Exemplo 1.
No Exemplo Comparativo 1, um composto de óxido de metal de zinco (Zn) e vanádio (V) (Zn-V-O) foi usado como o catalisador. Um catalisador não suportado foi produzido pelo mesmo procedimento que no Exemplo 1, exceto que a temperatura de queima foi de 700 °C na produção do catalisador não suportado. A Fig. 6(c) mostra os resultados da análise por difração de raios-X (XRD), do catalisador não suportado obtido.
No Exemplo Comparativo 2, um óxido de cromo (Cr-O) foi usado como o catalisador. Um catalisador não suportado e um catalisador suportado foram produzidos pelo mes- mo procedimento que no Exemplo 1, exceto que não foi utilizada a queima para formação de um óxido composto na produção do catalisador não suportado e a quantidade de cromo suportado foi de 0,24mol/1 OOg-suporte na produção do catalisador suportado.
No Exemplo Comparativo 3, um óxido de ferro (Fe-O) foi usado como o catalisador. Um catalisador não suportado e de um catalisador suportado foram produzidos pelo mesmo processo que no Exemplo 1, exceto que a queima para formação de um oxido composto não foi realizada na produção do catalisador não suportado e a quantidade de ferro suportado foi de 0,24mol/1 OOg-suporte na produção do catalisador suportado.
No Exemplo Comparativo 4, um óxido de cobre (Cu-O) foi usado como o catalisador. Um catalisador não suportado foi produzido pelo mesmo processo que no Exemplo 1, exceto que a queima para formação de um óxido composto não foi realizada na produção do catalisador não suportado.
No Exemplo Comparativo 5, um óxido de vanádio (VO) foi usado como o catalisador. Um catalisador não suportado foi produzido pelo mesmo processo que no Exemplo 1, exceto que não foi realizada a queima para a formação de um oxido compósito na produção do catalisador não suportado.
No Exemplo Comparativo 6, um óxido de níquel (Ni-O) foi usado como o catalisador. Um catalisador não suportado foi produzido pelo mesmo procedimento que no Exemplo 1, exceto que não se realizou a queima para a formação de um óxido composto na produção do catalisador não suportado.
No Exemplo Comparativo 7, um óxido de cobalto (CO-O),foi utilizado como o catalisador. Um catalisador não suportado foi produzido pelo mesmo procedimento que no Exemplo 1, exceto que a queima para a formação do oxido composto não foi realizada na produção do catalisador não suportado.
No Exemplo Comparativo 8, não foi utilizado um catalisador.
No Exemplo de referência, platina foi introduzida num suporte de Y-alumina para produzir um catalisador suportado. A quantidade de Pt suportada foi de 0,5g/1 OOg-suporte.
Os catalisadores não suportados e os catalisadores suportados dos Exemplos, Exemplos Comparativos e Exemplo de Referência foram avaliados para a taxa de conver- são da reação de decomposição de trióxido de enxofre com a seguinte fórmula (X1-2) usando um reator de fluxo de leito fixo mostrado na Fig. 7:
Particularmente, a taxa de conversão da reação de decomposição de trióxido de enxofre foi avaliada como descrito a seguir com referência à fig. 7.
Um tubo de reação de quartzo 4 (diâmetro interno = 10 mm) foi cheio com, como um leito de catalisador 10, 0,5 g de catalisador de um catalisador suportado ou não suportado ajustado em 14 a 20 malhas. Nitrogênio (N2) (100 ml_ / min.) e uma solução aquosa de ácido sulfúrico a 47% em peso (H2SO4) (50 pL/min.) foram fornecidos à menor fase do tubo de reação de quartzo 4, de uma parte de fornecimento de nitrogênio 1 e uma parte de suprimento de ácido sulfúrico 3, respectivamente.
O ácido sulfúrico (H2SO4) fornecido à fase inferior do tubo de quartzo 4 foi aquecido em estágios médio e inferior do tubo de quartzo 4, para decomposição em trióxido de enxofre (SO3) e oxigênio (O2) e fluiu para 0 leito de catalisador 10 (SO3: 4.5 mol%, H2O: 31 mol%, N2: equilíbrio, taxa de fluxo de gás em termos de 0°C: 148,5 cm3 / min., relação de peso/ fluxo (relação W/F): 5.61x10'5 g.h /cm3, velocidade espacial horária de gás (GHSV): cerca de 15,000 Ir1).
No tubo de reação de quartzo 4, a fase inferior foi aquecido a cerca de 400 °C por um aquecedor 4a, e a fase mediana foi aquecida a cerca de 600°C por um aquecedor 4b. Além disso, a fase superior do tubo de reação de quartzo 4 foi inicialmente aquecida a cerca de 600 °C por um aquecedor 4c, e aquecido a 650°C depois de atingir a fase estacionária.
Após a fase superior do tubo de reação de quartzo 4 ter sido aquecida a 650 °C pelo aquecedor 4c, 0 gás de saída do tubo de reação de quartzo 4 foi arrefecido ao ar e, em seguida borbulhado através de uma solução a 0,05M de iodo (I2), e 0 dióxido de enxofre (SO2) foi absorvido na solução de iodo. A quantidade de dióxido de enxofre absorvido foi determinada por titulação iodométrica realização da solução de iodo, que absorveu 0 dióxido de enxofre com uma solução 0,025M de tiossulfato de sódio (Na2S2θ3).
Além disso, 0 gás de saída após borbulhar através da solução de iodo foi arrefecido com uma mistura de gelo seco/etanol, e 0 dióxido de enxofre e 0 trióxido de enxofre remanescentes foram completamente removidos com um absorvedor de névoa e gel de sílica. A partir daí, a quantidade de oxigênio (O2), foi determinada utilizando um analisador de oxigênio de pressão magnética (MPA3000, fabricado por Horiba Ltd.) e cromatografia de gás (GC8A, fabricado por Shimadzu Corporation, peneira molecular 5A, detector TCD).
A taxa de conversão a partir de trióxido de enxofre (SO3) para 0 dióxido de enxofre (SO2), foi calculada a partir das quantidades de dióxido de enxofre e oxigênio, conforme ficou determinado acima.
Os resultados da avaliação dos Exemplos, Exemplos Comparativos e Exemplo de
Referência estão apresentados na Tabela 1 abaixo.
Fica entendido que a partir da Tabela 1, os catalisadores dos Exemplos possuem características de decomposição de trióxido de enxofre significativamente preferenciais a temperatura relativamente baixa de 650°C, em comparação com os catalisadores dos Exemplos Comparativos. Além disso, entende-se da Tabela 1, que os catalisadores dos Exemplos que não utilizam nenhum metal nobre possuem características de decomposição de trióxido de enxofre iguais ou superiores as do catalisador do Exemplo de Referência que utiliza platina que é um metal nobre.
Por conseguinte, o óxido de vanádio, especialmente pentóxido de vanádio (V2O5), usado no Exemplo Comparativo 5 foi empregado para acelerar a reação de fórmula (C-2) da decomposição do dióxido de enxofre para se obter o trióxido de enxofre no método chamado um processo de contato da produção de ácido sulfúrico por meio de reações representadas pelas seguintes fórmulas (C1) a (C-3):
Contudo, no Exemplo Comparativo 5 utilizando 0 óxido de vanádio, a taxa de conversão foi significativamente baixa em comparação com os Exemplos. Relação dos Numerais de Referência 1. Parte de suprimento de nitrogênio 2. Parte de suprimento de ácido sulfúrico 4. Tubo de reação de material de quartzo 4a, 4b, 4c - Aquecedor 10. Leito de Catalisador 22. Aparelho de adição de hidrogênio 24. Hidrogênio 32, 34, 36 - Vaso de reação do tipo fluxo 5 52. Aquecedor elétrico
Claims (10)
1. Processo de produção de hidrogênio (24) CARACTERIZADO por compreender a separação da água em hidrogênio (24) e oxigênio, em que: o processo compreende a decomposição de ácido sulfúrico em água, dióxido de enxofre e oxigênio através de uma reação representada pela seguinte fórmula (X1) por utilização de energia térmica solar, a reação representada pela seguinte fórmula (X1) inclui as reações elementares representadas pelas seguintes fórmulas (X1-1) e (X1-2), pelo menos uma parte da reação elementar da seguinte fórmula (X1-1) é realizada utilizando a energia térmica solar, pelo menos uma parte da reação elementar da seguinte fórmula (X1 -2) é realizada utilizando a energia térmica adicional proporcionada pela combustão do hidrogênio (24) adicionado em um vaso de reação usado para realizar as reações elementares da fórmula (X1 - 1) e/ou fórmula (X1-2), e o equilíbrio da reação representada pela seguinte fórmula (X1-2) é desviado para o lado de produção de dióxido de enxofre pela reação de hidrogênio (24) adicionado remanescente após a combustão, e oxigênio gerado pela conversão de SO3 a SO2, e onde a temperatura de aquecimento pela referida energia térmica adicional é maior do que 10°C ou maior do que a temperatura de aquecimento pela energia térmica solar, e pelo menos, uma parte da energia térmica adicional é gerada no vaso de reação utilizado para a realização das reações elementares de fórmula (X1-1) e /ou fórmula (X1-2), e a reação do hidrogênio (24) adicionado remanescente após a combustão, e oxigênio gerado pela conversão de SO3 a SO2 ocorre no vaso de reação usado para realizar a reação elementar da fórmula (X1 -2):
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pela energia térmica adicional ser fornecida adicionalmente por aquecimento com um aquecedor elétrico (52) no vaso de reação (32, 34, 36).
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato do hidrogênio (24) adicionado ser hidrogênio (24) obtido por separação da água em hidrogênio (24) e oxigênio com a utilização de energia térmica solar e/ou a energia da luz solar.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato da energia elétrica para 0 aquecedor elétrico (52) ser energia elétrica obtida a partir de energia térmica solar e/ou energia da luz solar.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, CARACTERIZADO pelo fato do vaso de reação ser um reator de tipo fluxo (32, 34, 36) e a energia térmica solar ser fornecida ao referido vaso de reação (32, 34, 36) através de um meio de calor como uma contracorrente para o ácido sulfúrico fornecido ao vaso de reação (32, 34, 36).
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, CARACTERIZADO pelo fato do vaso de reação ser um reator do tipo fluxo (32, 34, 36) e, pelo menos uma parte da energia térmica adicional ser gerada a jusante da parte em que é iniciada a reação elementar de fórmula (X1-2).
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, CARACTERIZADO pelo fato do vaso de reação ser um reator do tipo fluxo (32, 34, 36) e, pelo menos uma parte da energia térmica adicional ser gerada numa parte do referido vaso de reação (32, 34, 36) com uma temperatura de 400°C ou maior.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, CARACTERIZADO pelo fato do processo ser um processo de ciclo l-S, um processo de ciclo Westinghouse ou um processo de ciclo Ispra-Mark 13.
9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, CARACTERIZADO pelo fato da energia térmica solar ser obtida por um coletor de luz do tipo disco parabólico, um coletor de luz solar do tipo torre, um coletor de luz do tipo calha parabólica ou uma combinação dos citados.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, CARACTERIZADO pelo fato do catalisador de decomposição de trióxido de enxofre contendo um óxido compósito de vanádio e, pelo menos um metal selecionado a partir do grupo consistindo em metais de transição e elementos de terras raras ser disposto no vaso de reação.
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